【Android学习】IPC（跨进程通信，Inter-Process Communication）
1，概念
IPC（跨进程通信，进程间通信，Inter-Process Communication）：指两个进程之间进行数据交换的过程。
1）Binder机制
①概念
可以实现进程间通信。
Binder类实现了IBinder接口。
也可以理解为是一种虚拟的物理设备，设备驱动是/dev/binder。
从Android Framework角度：Binder是ServiceManager连接各种Manager和相应ManagerService的桥梁；
从Android应用层角度：Binder是客户端和服务端进行通信的媒介。如bindService，服务端会返回一个包含了服务端调用的Binder对象，客户端可以通过它获取服务端提供的服务或数据。
②优点
相比其它IPC方式，优点在于：
i>高性能
从数据拷贝次数来看Binder只需要进行一次内存拷贝，而管道、消息队列、Socket都需要两次，共享内存不需要拷贝，Binder的性能仅次于共享内存。
ii>稳定性
上面说到共享内存的性能优于Binder，那为什么不适用共享内存呢，因为共享内存需要处理并发同步问题，控制负责，容易出现死锁和资源竞争，稳定性较差。而Binder基于C/S架构，客户端与服务端彼此独立，稳定性较好。
iii>安全性
我们知道Android为每个应用分配了UID，用来作为鉴别进程的重要标志，Android内部也依赖这个UID进行权限管理，包括6.0以前的固定权限和6.0以后的动态权限，传荣IPC只能由用户在数据包里填入UID/PID，这个标记完全
是在用户空间控制的，没有放在内核空间，因此有被恶意篡改的可能，因此Binder的安全性更高。
③IBinder
IBinder接口的实现类，该类用以提供客户端用来与服务进行交互的编程接口，该接口可以通过三种方法定义接口：
扩展 Binder 类
场景：服务仅供本地应用使用，不需要跨进程工作
原理：通过扩展 Binder 类并从 onBind() 返回它的一个实例来创建接口。客户端收到 Binder 后，可利用它直接访问 Binder 实现中以及Service 中可用的公共方法。
实现：
1.创建BindService服务端，继承自Service并在类中，创建一个实现IBinder 接口的实例对象并提供公共方法给客户端调用
2.从 onBind() 回调方法返回此 Binder 实例。
3.在客户端中，从 onServiceConnected() 回调方法接收 Binder，并使用提供的方法调用绑定服务。
public class LocalService extends Service{
private final static String TAG = "wzj";
private int count;
private boolean quit;
private Thread thread;
private LocalBinder binder = new LocalBinder();
/**
* 创建Binder对象，返回给客户端即Activity使用，提供数据交换的接口
*/
public class LocalBinder extends Binder {
// 声明一个方法，getService。（提供给客户端调用）
LocalService getService() {
// 返回当前对象LocalService,这样我们就可在客户端端调用Service的公共方法了
return LocalService.this;
}
}
/**
* 把Binder类返回给客户端
*/
@Nullable
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
return binder;
}
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
Log.i(TAG, "Service is invoke Created");
thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 每间隔一秒count加1 ，直到quit为true。
while (!quit) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count++;
}
}
});
thread.start();
}
/**
* 公共方法
* @return
*/
public int getCount(){
return count;
}
/**
* 解除绑定时调用
* @return
*/
@Override
public boolean onUnbind(Intent intent) {
Log.i(TAG, "Service is invoke onUnbind");
return super.onUnbind(intent);
}
@Override
public void onDestroy() {
Log.i(TAG, "Service is invoke Destroyed");
this.quit = true;
super.onDestroy();
}
}public class BindActivity extends Activity {
protected static final String TAG = "wzj";
Button btnBind;
Button btnUnBind;
Button btnGetDatas;
/**
* ServiceConnection代表与服务的连接，它只有两个方法，
* onServiceConnected和onServiceDisconnected，
* 前者是在操作者在连接一个服务成功时被调用，而后者是在服务崩溃或被杀死导致的连接中断时被调用
*/
private ServiceConnection conn;
private LocalService mService;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_bind);
btnBind = (Button) findViewById(R.id.BindService);
btnUnBind = (Button) findViewById(R.id.unBindService);
btnGetDatas = (Button) findViewById(R.id.getServiceDatas);
//创建绑定对象
final Intent intent = new Intent(this, LocalService.class);
// 开启绑定
btnBind.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d(TAG, "绑定调用：bindService");
//调用绑定方法
bindService(intent, conn, Service.BIND_AUTO_CREATE);
}
});
// 解除绑定
btnUnBind.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d(TAG, "解除绑定调用：unbindService");
// 解除绑定
if(mService!=null) {
mService = null;
unbindService(conn);
}
}
});
// 获取数据
btnGetDatas.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
if (mService != null) {
// 通过绑定服务传递的Binder对象，获取Service暴露出来的数据
Log.d(TAG, "从服务端获取数据：" + mService.getCount());
} else {
Log.d(TAG, "还没绑定呢，先绑定,无法从服务端获取数据");
}
}
});
conn = new ServiceConnection() {
/**
* 与服务器端交互的接口方法 绑定服务的时候被回调，在这个方法获取绑定Service传递过来的IBinder对象，
* 通过这个IBinder对象，实现宿主和Service的交互。
*/
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
Log.d(TAG, "绑定成功调用：onServiceConnected");
// 获取Binder
LocalService.LocalBinder binder = (LocalService.LocalBinder) service;
mService = binder.getService();
}
/**
* 当取消绑定的时候被回调。但正常情况下是不被调用的，它的调用时机是当Service服务被意外销毁时，
* 例如内存的资源不足时这个方法才被自动调用。
*/
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
mService=null;
}
};
}
}2)Socket
可以实现任意两个终端/进程的通信。
3)Serializable、Parcelable
4）Linux进程通信：
①管道
在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限；
②消息队列
信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；
③共享内存
无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；
④套接字
作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信；
⑤信号量
常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；
当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S³0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S£0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
⑥信号
不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；
2，多进程模式
1）概念
默认进程的进程名为包名。
我们可以在eclipse的DDMS视图中查看进程信息。
2）实现
方法一：通过给四大组件指定Android:process属性，可以开启多进程模式。
"com.test.SecondActivity"
android:label="@string/app_name"
android:process=":remote"/>
//当SecondActivity启动时，系统会为它创建一个单独的进程，进程名为：`com.test：remote`。对于以`：`开头的进程属于私有进程，其他组件不可和他在一个进程中跑；否则为全局进程，如：`android:process="com.test.remote"`，其它应用通过ShareUID方式可以和它跑在同一个进程中。（Android为每个应用分配一个唯一的UID，相同UID的应用才能共享数据。所以两个应用要跑在同一个进程中必须保证：有相同的ShareUID并且签名相同，这样才可以互相访问对方的私有数据：共享data、组件信息、内存数据。
//对于MainActivity，没有指定进程名，作为入口Activity，它运行在默认进程中，进程名是包名。 Android为每个进程都分配了一个独立的VM，不同VM在内存上有不同的地址空间。不同进程进行的操作不会影响到其它进程。所以一般不采用多进程。
方法二：通过JNI在native层去fork一个新的进程。
3）多进程问题
不同进程中的四大组件无法通过内存共享数据。
①静态成员和单例模式完全失效
Android为每一个进程分配了一个独立的虚拟机，不同的VM在内存上有不同的地址空间，导致不同的VM访问同一个类的对象会产生多份副本。
②线程同步机制完全失效
不同进程在不同内存中，锁对象（不是同一个对象）无法保证线程同步。
③SharedPreferences的可靠性下降
SharedPreferences不支持两个进程同时执行写操作，会丢失数据。
④Application会多次创建
在不同的VM上，会创建不同的Application。
3，跨进程通信
1）Intent传递数据
在Intent中附加extras来传递信息。
Activity、Service、Receiver都支持Intent中传递Bundle数据。
Bundle实现了Parcelable接口，可以在不同进程间传输。
Bundle中的数据必须能够被序列化：如基本类型、实现了Parcellable接口的对象、实现了Serializable接口的对象或者是Android支持的特殊对象。
2）ContentProvider
支持跨进程访问。
3）广播
4）共享文件和SharedPreferences
适合用于数据同步要求不高的进程间通信，要妥善处理并发读/写的问题。
在面对高并发的读/写访问时：
i>文件支持多个进程同时写，所以高并发情况下读取的内容可能不是最新的。ii>SharedPreferences：由于其读写的缓存策略，即在内存中有一份SharePreferences文件的缓存，多并发情况下，有很大几率丢失数据，不建议用于跨进程通信。
5）基于Binder的Messenger
注意：handler是跨线程！
①Messenger
Messenger是轻量级的IPC方案，它的底层实现是AIDL。Messenger封装了AIDL，一次处理一个请求，不存在多线程并发的问题。
在不同的进程中共传递Message对象(Handler中的Messager，因此 Handler 是 Messenger 的基础)。
Messenger和Message实现了Parcelable接口。
Messenger载体：
what、arg1、arg2、Bundle、replyTo、object（只有系统定义的实现了Parcelable接口的对象才可以跨进程传递，自定义的实现了Parcelable接口的对象不可通过该字段传输）
②原理
使用 Messenger 为服务创建接口，客户端就可利用 Message 对象向服务发送命令。同时客户端也可定义自有 Messenger（在Message中可以存放我们需要传递的数据），以便服务回传消息。
因为 Messenger 会在单一线程中创建包含所有请求的队列，以串行的方式处理客户端发来的消息，所以不需要担心线程安全问题。
③实现
举例1：
通过Messenger来传输Message，Message中能用的载体只有what、arg1、arg2、Bundle以及replyTo。object在跨进程通信中实用性降低，一般用Bundle来传递大量的数据类型。
通过Handle来实现Messenger的进程 间通信：
//1，服务端进程（Android进程）
public class MessengerService extends Service{//在服务端创建一个Service来处理客户端的连接请求
private static final String TAG = "MessengerService"；
private static class MessengerHandler extends Handler{//创建一个Handler并通过它来创建一个Messenger对象
@Override
public void handleMessage(Message msg){
switch(msg.what){
case MyConstants.MSG_FROM_CLIENT：
Log.i(TAG, "receive msg from Client:" + msg.getData().getString("msg"));
break;
}
}
}
private final Messenger mMessenger = new Messenger(new MessengerHandler());
@Override
public IBinder onBind(Intent intent){//在Service的onBind中返回这个Messenger对象底层的Binder即可
return mMessenger.getBinder();
}
}需要 注册service，并让其运行在单独的进程中：
<service
android:name="com.ret.MessengerService"
android:process=":remote">//2，客户端进程（Android进程）
//首先绑定服务端的Service，绑定成功后用服务端返回的IBinder对象创建一个Messenger，通过这个Messenger就可以向服务端发送消息了，发消息类型为Message对象。
//如果需要服务端能回应客户端，还需要创建一个Handler并创建一个新的Messenger，把这个Messenger对象通过Message的replyTo参数传递给服务端，服务端通过这个replyTo参数就可以回应客户端。
public class MessengerActivity extends Activity{
private static final String TAG = “MessengerActivity”;
private Messenger mService;
private SeerviceConnection mConnection = new ServiceConnection(){
public void onServiceConnected(ComponentName className, IBinder service){
mService = new Messenger(service);
Message msg = Message.obtain(null,MyConstants.MSG_FROM_CLIENT);
Bundle data = new Bundle();
data.putString(“msg”,”hello,this is client”);
msg.setData(data);
try{
mService.send(msg);
}catch(RemoteException e){
e.printStackTrace();
}
}
public void onServiceDisconnected(ComponentName className){
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
super.onCreate(savedInstanceState);
...
Intent intent = new Intent(this,MessengerService.class);
bindService(intent, mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
@Override
protected void onDestroy(){
unbindeService(mConnection);
super ...
}
}举例二：
1.服务实现一个 Handler，由其接收来自客户端的每个调用的回调
2.Handler 用于创建 Messenger 对象（对 Handler 的引用）
3.Messenger 创建一个 IBinder，服务通过 onBind() 使其返回客户端
4.客户端使用 IBinder 将 Messenger（引用服务的 Handler）实例化，然后使用Messenger将 Message 对象发送给服务
5.服务在其 Handler 中（在 handleMessage() 方法中）接收每个 Message
public class MessengerService extends Service {
/** Command to the service to display a message */
static final int MSG_SAY_HELLO = 1;
private static final String TAG ="wzj" ;
/**
* 用于接收从客户端传递过来的数据
*/
class IncomingHandler extends Handler {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case MSG_SAY_HELLO:
Log.i(TAG, "thanks,Service had receiver message from client!");
break;
default:
super.handleMessage(msg);
}
}
}
/**
* 创建Messenger并传入Handler实例对象
*/
final Messenger mMessenger = new Messenger(new IncomingHandler());
/**
* 当绑定Service时,该方法被调用,将通过mMessenger返回一个实现
* IBinder接口的实例对象
*/
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
Log.i(TAG, "Service is invoke onBind");
return mMessenger.getBinder();
}
}public class ActivityMessenger extends Activity {
/**
* 与服务端交互的Messenger
*/
Messenger mService = null;
/** Flag indicating whether we have called bind on the service. */
boolean mBound;
/**
* 实现与服务端链接的对象
*/
private ServiceConnection mConnection = new ServiceConnection() {
public void onServiceConnected(ComponentName className, IBinder service) {
/**
* 通过服务端传递的IBinder对象,创建相应的Messenger
* 通过该Messenger对象与服务端进行交互
*/
mService = new Messenger(service);
mBound = true;
}
public void onServiceDisconnected(ComponentName className) {
// This is called when the connection with the service has been
// unexpectedly disconnected -- that is, its process crashed.
mService = null;
mBound = false;
}
};
public void sayHello(View v) {
if (!mBound) return;
// 创建与服务交互的消息实体Message
Message msg = Message.obtain(null, MessengerService.MSG_SAY_HELLO, 0, 0);
try {
//发送消息
mService.send(msg);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_messenager);
Button bindService= (Button) findViewById(R.id.bindService);
Button unbindService= (Button) findViewById(R.id.unbindService);
Button sendMsg= (Button) findViewById(R.id.sendMsgToService);
bindService.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d("zj","onClick-->bindService");
//当前Activity绑定服务端
bindService(new Intent(ActivityMessenger.this, MessengerService.class), mConnection,
Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
});
//发送消息给服务端
sendMsg.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
sayHello(v);
}
});
unbindService.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
// Unbind from the service
if (mBound) {
Log.d("zj","onClick-->unbindService");
unbindService(mConnection);
mBound = false;
}
}
});
}
}注意：把Service放在单独的进程中：
<service android:name=".messenger.MessengerService"
android:process=":remote"
/>④场景
Messenger以串行的方式处理客户端发来的消息，对于大量的并发请求需要一个个处理，效率低。
6）AIDL（Android Interface Description Language，Android接口描述语言）
①概念
AIDL是一种android内部进程通信接口的描述语言，通过它我们可以定义进程间的通信接口.编译器可以通过扩展名为aidl的文件生成一段代码，通过预先定义的接口达到两个进程内部通信进程的目的。
Android系统中的进程之间不能共享内存，Android通过AIDL来公开服务的接口，将这种可以跨进程访问的服务称为AIDL服务。
AIDL可以生成进程间的接口的代码，诸如service可能使用的接口。
在Service（服务）的onBind(Intent intent)方法中返回mBinder实现了aidl接口的对象
②场景
实现跨进程的方法调用。
想让服务同时处理多个请求，则应该使用 AIDL。
③AIDL文件支持数据类型
使用这些类型时不需要import声明。
i>基本数据类型
ii>String和CharSequence
iii>List、Map、Parcelable
List：只支持ArrayList，里面每个元素都必须被AIDL支持。
Map：只支持HashMap，里面每个元素都必须被AIDL支持，包括key和value。
Parcelable：所有实现了Parcelable接口的对象。
AIDL：所有的AIDL接口本身也可以在AIDL文件中使用。
（这些类型内所包含的数据成员也只能是简单数据类型，String等其他支持类型）
④Binder连接池
创建一个Service即可完成多个AIDL接口的工作。
⑤建立AIDL服务
i>在Eclipse Android工程的Java包目录中建立一个扩展名为aidl的文件。该文件的语法类似于Java代码，但会稍有不同。
ii>如果aidl文件的内容是正确的，ADT会自动生成一个Java接口文件（*.java）。
iii>建立一个服务类（Service的子类）。
iv>实现由aidl文件生成的Java接口。
v>在AndroidManifest.xml文件中配置AIDL服务，尤其要注意的是，
⑥注意
i>aidl对应的接口名称必须与aidl文件名相同不然无法自动编译。
ii>aidl对应的接口的方法不能加访问权限修饰符，也不能用final,static。
iii>自定义类型和AIDL生成的其它接口类型在aidl描述文件中，应该显式import，即便在该类和定义的包在同一个包中。
iv>在aidl文件中所有非Java基本类型参数必须加上in、out、inout标记，以指明参数是输入参数、输出参数还是输入输出参数。
v>Java原始类型默认的标记为in,不能为其它标记。
7）Socket和网络通信
Socket分为流式套接字和用户数据报套接字。
注意：
A.不要在主线程访问网络（Android4.0以上设备会抛出异常：android.os.NetworkOnMainThreadException）
B.当Activity退出时，关闭当前Socket
4，java IPC方式
JAVA进程间通信的方法主要有以下几种：
1）管道（Pipe）
管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，允许一个进程和另一个与它有共同祖先的进程之间进行通信。
①管道流只能在两个线程之间传递数据
②管道流只能实现单向发送，如果要两个线程之间互通讯，则需要两个管道流
2）命名管道（named pipe）
命名管道克服了管道没有名字的限制，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。
3）信号（Signal）
信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送 信号给进程本身。
4）消息（Message）队列
消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。