Android开发艺术探索2

Android开发艺术探索2

该系列文章为《Android开发艺术探索》读书笔记，仅作为学记录，勿喷。

Android IPC简介

1. IPC是Inter-Process Communication 的缩写，含义为进程间通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。
2. 任何一个操作系统都需要有相应的IPC机制，Linux上可以通过命名通道、共享内存、信号量等来进行进程间通信。Android系统使用了Binder机制来实现IPC，Socket也可以实现
3. 多进程的使用场景：
   一个应用因为某些原因自身需要采用多进程的模式来实现
   当前应用需要向其他应用获取数据，由于是两个应用，必须采取跨进程方式获取所需数据，ContentProvider也是一种进程间通信。

Android中的多进程模式

1. 在Android中使用多进程只有一种方法，就是给四大组件在AndroidMenifest中制定 android:process 属性，无法给一个线程或者一个实体类指定其运行时所在的进程（有一种非常规的方法，通过JNI在native层fork一个新的进程，该方法属于特殊情况，也不是常用的创建多进程的方式）
2. 默认进程的进程名是包名packageName，进程名以 : 开头的进程属于当前应用的私有进程，其他应用的组件不可以和它跑在同一个进程中，而进程名不以 : 开头的进程属于全局进程，其他应用通过 ShareUID 方法可以和它跑在同一个进程中。

android:process=":xyz" //进程名是 packageName:xyz
android:process="aaa.bbb.ccc" //进程名是 aaa.bbb.ccc

1. Android系统会为每个应用分配一个唯一的UID，具有相同UID的应用才能共享数据。两个应用通过ShareUID跑在同一个进程中是有要求的，需要这两个应用有相同的ShareUID并且签名相同才可以。在这种情况下，它们可以相互访问对方的私有数据，比如data目录、组件信息等，不管它们是否跑在同一个进程中。如果它们跑在同一个进程中，还可以共享内存数据，它们看起来就像是一个应用的两个部分。
2. Android为每个进程都分配一个独立的虚拟机，不同的虚拟机在内存分配上有不同的地址空间，导致在不同虚拟机中访问同一个类的对象会产生多份副本（在当进程修改类的值只会影响当前进程，对其它进程不会造成影响）
3. 所有运行在不同进程的四大组件，只要它们之间通过内存的来共享数据，都会共享失败。
4. 使用多进程会造成一下问题：
   静态成员和单例模式完全失效。//不同内存
   线程同步机制完全失效 //锁不是同一个对象
   SharePreference的可靠性下降。//不支持两个进程同时读写，不支持并发读写
   Application会多次创建 //组件在新的进程分配独立虚拟机，应用重启，新建Application，不同进程中的组件属于两个不同的虚拟机和Application

IPC基础概念介绍

1. Serializable是java提供的一个序列化接口，踏实一个空接口，为对象提供标准的序列化和反序列化操作

2. serialVersionUID是一串long型数字，主要是用来辅助序列化和反序列化的，原则上序列化后的数据中的serialVersionUId只有和当前类的serialVersionUId相同才能够正常地被反序列化。（serialVersionUID不是必须的，不声明也能序列化，但是会对序列化过程产生影响）

   serialVersionUID详细工作机制：
   序列化的时候系统会把当前类的serialVersionUID写入序列化的文件中（也可能是其它中介），当反序列化的时候系统回去检测文件中的serialVersionUID，看它是否和当前类的serialVersionUID一致，这时候可以成功反序列化；否则说明当前类和序列化的类相比发生了某些变换，无法正常反序列化

3. 给serialVersionUID指定为1L或采用自动使用当前类结构生成hash值，两者没有本质区别。我们应该手动指定serialVersionUId的值。

4. 静态成员变量属于类不属于对象，不会参与序列化；用transient关键字标记的成员变量不参与序列化
5. Parcel内部包装了可序列化的数据，可以在Binder中自由的传输。可以直接序列化的有Intent、Bundle、Bitmap以及List和Map等等
6. Serializable是java中的序列化接口，使用开销很大，序列化反序列化需要大量I/O操作，建议用在对象序列化到存储设备和序列化后通过网络传输的情况；Parcelable是android中的序列化方式，效率很高，主要用在内存序列化。
7. Binder是Android中的一个类，实现了IBinder接口，从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信方式，还可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder,该通信方式linux没有;从framework角度说，Binder是Servicemanager连接各种Manager（ActivityManager、WindowManager等）和ManagerService的桥梁；从应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService的时候，服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务
8. Android开发中，binder主要用在service中，包括AIDL和messenger,其中普通service中的Binder不涉及进程间通信，而messenger底层其实是aidl

9. 我们所写的aidl文件会在gen目录下自动生成对应的java文件，这个类中继承了IInterface这个接口，同时它自己也还是个接口。里面的有个内部类Stub，这个Stub就是Binder类，当客户端和服务端都位于同一个进程时，方法调用不会走跨进程的transact过程，当两者位于不同进程，方法调用走transact过程，这个逻辑由Stub的内部代理类Proxy来完成。

   DESCRIPTOR
   Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示。
   asInterface(android.os.IBinder obj)
   用于将服务端的Binder对象转换成客户端所需要的AIDL接口类型对象，这种转换过程是区分进程的，如果客户端和服务端用于同一进程，那么此对象返回就是服务端的Stub对象本身，否则返回的就是系统封装后的Stub.proxy
   asBinder
   此方法用于返回当前Binder对象
   onTransact
   这个方法运行在服务端中的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理。这个方法的原型是public Boolean onTransact(int code, Parcelable data, Parcelable reply, int flags)服务端通过code可以知道客户端请求的目标方法，接着从data中取出所需的参数，然后执行目标方法，执行完毕之后，将结果写入到reply中。如果此方法返回false，说明客户端的请求失败，利用这个特性可以做权限验证(即验证是否有权限调用该服务)。
   Proxy#[Method]
   代理类中的接口方法，这些方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法时，它的内部实现是：首先创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data、输入型Parcel对象_reply和返回值对象List，然后把方法的参数信息写入到_data中，接着调用transact方法来发起RPC（远程调用）请求，同时当前线程挂起；然后服务端的onTransact方法会被调用，直到RPC过程返回后，当前线程继续执行，并从_reply中取出RPC过程的返回结果，最后返回_reply中的数据。

10. 当客户端发起远程请求，当前线程观其知道服务端进程返回数据，如果一个远程方法很好使，那么不能再UI线程中发起此远程请求；由于服务端Binder方法运行在Binder的线程池中，所以Binder方法不管是否耗时都应该采用同步的方式去实现，因为已经运行在一个线程池中了。下图是Binder工作机制
    

11. AIDL文件并不是实现Binder的必需品。手写Binder必须在服务端建立一个xxmanagerImpl的对象并在Service的onBind方法中返回。AIDL的本质是系统提供的一种快捷实现Binder的工具。

12. Binder的两个重要方法linkToDeath和unlinkToDeath
    Binder运行在服务端，如果由于某种原因服务端异常终止，这时候服务端Binder连接断裂（称之为Binder死亡）会导致客户端的远程调用失败。所以Binder提供了两个配对的方法linkToDeath和unlinkToDeath，通过linkToDeath方法可以给Binder设置一个死亡代理，当Binder死亡的时候客户端就会收到通知，然后就可以重新发起连接请求从而恢复连接。(isBinderAlive可以判断Binder是否死亡)

    给Binder设置死亡代理

    • 1.声明一个DeathRecipient对象，DeathRecipient是一个接口，其内部只有一个方法bindeDied，实现这个方法就可以在Binder死亡的时候收到通知了。

private IBinder.DeathRecipient mDeathRecipient = new IBinder.DeathRecipient() {
    @Override
    public void binderDied() {
        if (mRemoteBookManager == null) return;
        mRemoteBookManager.asBinder().unlinkToDeath(mDeathRecipient, 0);
        mRemoteBookManager = null;
        // TODO:这里重新绑定远程Service
    }
};

• 2.在客户端绑定远程服务成功之后，给binder设置死亡代理

mRemoteBookManager.asBinder().linkToDeath(mDeathRecipient, 0);

Android中的IPC方式

1. 使用Bundle：Bundle实现了Parcelable接口，方便在不同进程传输。除了数据直接传递的使用场景，还有一种特殊场景。a进程计算完的结果给b进程去启动组件，但结果不支持放入Bundle，这时可以吧a进程的计算转到b进程的后台Service去执行，这样就避免了进程间通信问题

2. 使用文件共享：可以成功恢复之前存储的对象内容，但本质是两个对象。没有具体的格式要求，读写约定数据格式。适合在对数据同步要求不高的进程之间通信，需要妥善处理并发读写问题。

   sharepreference是一个特例，虽然它也是文件的一种，但是由于系统对它的读写有一定的缓存策略，即在内存中会有一份SharedPreferences文件的缓存，因此在多进程模式下，系统对它的读写就变得不可靠，当面对高并发读写访问的时候，有很大几率会丢失数据，因此，不建议在进程间通信中使用SharedPreferences。

3. 使用Messenger：是一种轻量级的IPC方案，它的底层实现是AIDL。Messenger是以串行的方式处理请求的，即服务端只能一个个处理，不存在并发执行的情形。Messenger中进行数据传递必须将数据放入Message中，它们都实现了Parcelable接口，载体只有what，arg1.arg2，Bundle及replyto。message的另一个字段object在同一进程很实用，但在进程间通信，2.2以前object不支持跨进程传输，2.2以后系统提供的实现了Parcelable接口的对象才能传输。意味着自定义的Parcelable对象是无法传输的。还好有Bundle。下图是Messenger工作原理图
   

   • 客户端发送消息给服务端（单向通信）
     服务端：
     　　（1）创建一个handler对象，并实现handlemessage方法，用于接收来自客户端的消息，并作处理 .
     　　（2）创建一个messenger(送信人)，封装handler .
     　　（3）messenger创建一个IBinder对象，通过onBind返回给客户端
     客户端：
     　　（1）在activity中绑定服务
     　　（2）创建ServiceConnection并在其中使用 IBinder 将 Messenger实例化
     　　（3）使用Messenger向服务端发送消息
     　　（4）解绑服务
     　　（5）服务端中在 handleMessage() 方法中接收每个 Message
     这样，客户端并没有调用服务的”方法”。而客户端传递的”消息”（Message 对象）是服务在其 Handler 中接收的。
     上面实现的仅仅是单向通信，即客户端给服务端发送消息。
   • 客户端与服务端双向通信
     如果我需要服务端给客户端发送消息又该怎样做呢？
     其实，这也是很容易实现的，下面就让我们接着上面的步骤来实现双向通信吧：
     　　（1）在客户端中创建一个Handler对象，用于处理服务端发过来的消息。
     　　（2）创建一个客户端自己的messenger对象，并封装handler。
     　　（3）将客户端的Messenger对象赋给待发送的Message对象的replyTo字段。
     　　（4）在服务端的Handler处理Message时将客户端的Messenger解析出来，并使用客户端的Messenger对象给客户端发送消息。
     这样就实现了客户端和服务端的双向通信了。
     注意：
     　　注：Service在声明时必须对外开放，即android:exported=”true”

4. 使用AIDL：如果有大量消息同时发送到服务器，我们需要AIDL来实现跨进程的方法调用。

   • 服务端：创建Service来监听客户端的连接请求，然后创建一个AIDL文件，将暴露给客户端的接口在这个AIDL文件中声明，最后在service中实现这个AIDL接口。
   • 客户端：绑定服务端的Service，将服务端返回的Binder对象装换成AIDL接口所属的类型，接着就可以调用AIDL中的方法了
   • AIDL支持的数据类型：基本数据类型、String和CharSequence、ArrayList、HashMap、Parcelable以及AIDL
   • 某些类即使和AIDL文件在同一个包中也要显式import进来
   • AIDL文件中用到了自定义的Parcelable对象，那么必须新建一个和它同名的AIDL文件，并在其中声明它为Parcelable类型
   • AIDL中除了基本数据类，其他类型的参数都要标上方向：in、out或者inout
   • AIDL接口中支持方法，不支持声明静态变量
   • 为了方便AIDL的开发，建议把所有和AIDL相关的类和文件全部放入同一个包中，这样做的好处是，当客户端是另一个应用的时候，可以直接把整个包复制到客户端工程中
   • 当客户端要解除注册监听时，发现无法解除，由于进程间通信本质是序列化和反序列化，虽然listner内容相同，但本质是两个对象，这时就出现了RemoteCallbackList
   • RemoteCallbackList是系统专门提供的用于删除跨进程Listener的接口。RemoteCallbackList是一个泛型，支持管理任意的AIDL接口，因为所有的AIDL接口都继承自IInterface接口。
     public class RemoteCallbackList
     它的工作原理很简单，内部有一个map来保存所有的aidl回调,如下
     ArrayMap mCallbacks = new ArrayMap();
     mCallabck中存的是真正的客户端注册时的listener。key，value获得方式
     

     IBinder key = listener.asBinder();
     Callback value = new Callback(listener,cookie);

   虽说多次跨进程传输客户端的同一个对象会在服务端生成不同对象，但是这些生成的对象它们底层有个相同的Binder对象。解注册时遍历对象找相同Binder的服务端listener并删除。RemoteCallbackList可以在客户端进程终止后自动移除客户端注册的listener。它内部实现了线程同步的功能，所以注册和解注册不用做额外操作
   RemoteCallbackList并不是List，遍历时beginBroadcast和finishBroadcast必须成对使用

   final int N = mListenerList.beginBroadcast();
    for(int i=0;iif(l!=null){
          //TODO handle l
    }
   }
   mListenerList.finishBroadcast();

   • 当客户端调用远程服务方法时，被调用的方法运行在服务端的Binder线程池中，同时客户端挂起，这时如果客户端的方法执行耗时会ANR，解决方式避免在UI线程中操作。
   • Binder死亡时会收到binderDied，也可以调用onServiceDisconnected。区别在于：onServiceDiconnected在客户端的UI线程中被回调，而binderDied在客户端的Binder线程池中被回调。也就是在binderDied中不能访问UI
   • 如何在AIDL中使用权限验证？
     (1)在onBind中验证，验证不通过就直接返回null，失败的客户端无法绑定服务，方式比如permission验证
     (2)可以在服务端的onTransact方法中验证，如果失败返回false

5. 使用ContentProvider

   • ContentProvider是Android中提供专门进行不同应用进行数据共享的方式，和Messenger一样底层实现也是Binder
   • ContentProvider主要以表格的形式来组织数据，并且可以包含多个表
   • ContentProvider还支持文件数据，比如图片、视频等，系统提供的MediaStore就是文件类型的ContentProvider
   • ContentProvider对底层的数据存储方式没有任何要求，可以是SQLite、文件，甚至是内存中的一个对象都行；
   • 要观察ContentProvider中的数据变化情况，可以通过ContentResolver的registerContentObserver方法来注册观察者；

6. 使用Socket
   Socket是网络通信中“套接字”的概念，分为流式套接字和用户数据包套接字两种，分别对应网络的传输控制层的TCP和UDP协议。

Binder连接池

1. 当项目规模很大的时候，创建很多个Service是不对的做法，因为service是系统资源，太多的service会使得应用看起来很重，所以最好是将所有的AIDL放在同一个Service中去管理。整个工作机制是：每个业务模块创建自己的AIDL接口并实现此接口，这个时候不同业务模块之间是不能有耦合的，所有实现细节我们要单独开来，然后向服务端提供自己的唯一标识和其对应的Binder对象；对于服务端来说，只需要一个Service，服务端提供一个queryBinder接口，这个接口能够根据业务模块的特征来返回相应的Binder对象给它们，不同的业务模块拿到所需的Binder对象后就可以进行远程方法调用了。
   Binder连接池的主要作用就是将每个业务模块的Binder请求统一转发到远程Service去执行，从而避免了重复创建Service的过程。
2. 作者实现的Binder连接池BinderPool的实现源码，BinderPool是一个单里实现，同一个进程只会初始化一次，提前对BinderPool可以优化程序体验；BinderPool有短线重连机制，当远程服务以外终止，BinderPool会重新连接，这时如果业务模块中的Bidner调用出现异常需要手动重新获取Binder对象；BinderPool能够极大提高AIDL的开发效率，避免大量service创建，建议在AIDL开发工作中引入BinderPool机制。
   

选用合适的IPC方式