Android开发艺术探索读书笔记——进程间通信
1. 多进程使用场景
1) 应用某些模块因为特殊需求需要运行在单独进程中。如消息推送，使消息推送进程与应用进程能单独存活，消息推送进程不会因为应用程序进程crash而受影响。
2) 为加大一个应用可使用的内存，需要多进程来获取多份内存空间。
2. 如何开启多进程
给四大组件（Activity、Service、Receiver、ContentProvider）在AndroidMainfest中指定android:process属性指定。
- 如果进程以”:”开头的进程，代表应用的私有进程，其他应用的组件不可以和它跑在同一个进程中；
- 进程不以”:”开头的进程属于全局进程，其他应用可通过shareUID可以和它跑在同一个进程中。
- 若两个不同应用设置了相同的shareUID,它们之间想共享数据，还需要有相同的签名才可以。
3. 多进程会造成的问题
(1) 静态成员和单例失效，数据同步失败；
Android会为每一个应用/每一个进程分配一个独立的虚拟机，不同虚拟机在内存分配上有不同的地址空间，这就导致不同虚拟机中访问同一个类对象会产生多个副本。
(2) 线程同步机制失效；
因为不同进程不是同一块内存，不同进程锁的不是同一对象。
(3) SharedPreferences可靠性下降；
SharedPreferences底层是通过读/写XML文件实现的，并发写可能会出问题，所以它不支持多个进程同时去执行写操作，否则会导致一定几率的数据丢失。
(4) Application会创建多次；
当一个组件跑在一个新进程中，系统会给它重新分配独立虚拟机，这其实就是启动一个应用的过程，故运行在不同进程中的组件属于不同的虚拟机和不同的Application。
4. 数据序列化
Intent和Binder传输数据时，或是对象持久化转存/通过网络传输给其他客户端时，需要使用Parcelable或Serializable将对象转换成可以传输的形式。
(1) Serializable接口
Serializable是Java提供的一个序列化接口，它是一个空接口，想要某个类实现序列化，只需要相应类实现Serializable接口即可。Serializable是借助ObjectOutputStream和ObjectInputStream实现对象的序列化和反序列化
一般在相应类实现Serializable类中还会定义一个final long型的serialVersionUID，不用它也能实现对象的序列化，它是用来辅助反序列化的。序列化时会把当前类的serialVersionUID写入序列化文件中，当反序列化系统会检测文件中的serialVersionUID，看它是否和当前类的serialVersionUID一致，如果一致说明序列化的类的版本和当前类的版本相同，这时可反序化成功；否则说明当前类和序列化的类相比发生了变换，如增加或减少某个成员变量，这时无法正常反序列化。
(2) Parcelable接口
在序列化过程中需要实现的功能有：
1) 序列化：由writeToParcel方法完成，最终通过Parcel中的一系列的write方法完成；
2) 反序列化：由CREATOR完成，内部标识了如何创建序列化对象和数组，最终通过Parcel的一系列read方法来完成反序列化；
3) 内容描述符：由describeContents方法来完成，几乎所有情况下该方法都返回0,仅当当前对象中存在文件描述符时返回1。
(3)两者区别
Serializable是Java中序列化接口，使用简单但开销大，序列和反序列化需要大量I/O操作；
Parcelable是Android中特有的序列化接口，使用复杂但开销小，效率高，是Android推荐的序列化方法;
Parcelable主要用在内存序列化上,如果将对象序列化到存储设备或将对象序列化后通过网络传输，过程会比较复杂，建议使用Serializable。
5. Binder
Binder是什么？
- Binder是Android中的一个类，它继承了IBinder接口；
- 从IPC角度来说，Binder是Android中一种跨进程通信的方式；
- Binder还可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder；
- 从AndroidFramework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager（ActivityManager, WindowManager）和相应ManagerService的桥梁；
- 从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService时，服务端会返回一个包含了服务端业务的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端就可以获取服务端提供的服务或数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。
6.android中跨进程通信方式
6.1 结合Bundle使用Intent
在一个进程中启动另一个进程的Activity, Service, Receiver组件时，可以使用Bundle附加上需要传递的消息给远程进程，并通过Intent发送出去。
6.2 使用文件共享
两个进程通过读/写同一个文件来交换数据，还可以序列化一个对象到文件系统中，从另一个进程中恢复这个对象。它的实现原理是通过ObjectOutputStream将文件写入文件中，再通过ObjectInputSteam将文件恢复。通过文件共享的方式有一定局限性，如并发读/写，读出的内容可能不是最新的，并发写就可能导致数据混乱。因此尽量避免并发写这种操作，或考虑用线程同步来限制多个线程的写操作。文件共享适合在对数据要求不高的进程之间通信。
SharedPreferences是Android提供的一种轻量级存储方案，它通过键值对方式存储数据，底层它是采用XML来存储键值对。由于系统对SharedPreferences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，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/写访问时，SharedPreferences会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。
6.3 使用Messenger
Messenager可以在不同进程中传递Message对象，在Message中放入我们要传递的数据。它的底层实现是AIDL，下面是Messenger的两个构造方法：
public Messenger(Handler target) {
mTarget = target.getIMessenger();
}
public Messenger(IBinder target) {
mTarget = IMessenger.Stub.asInterface(target);
}不管是IMessenger还是Stub.asInterface，这种使用方法都表明它的底层是AIDL，它一次只处理一个请求，不存在线程同步问题。
实现步骤：
(1) 服务端进程
1) 定义一个Service用于客户端的绑定，建立一个Handler，在handleMessage里处理客户端发送过来的消息。
//用ServiceHandler接收并处理来自于客户端的消息
private class ServiceHandler extends Handler {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
if(msg.what == RECEIVE_MESSAGE_CODE){
Bundle data = msg.getData();
if(data != null){
String str = data.getString("msg");
}
//通过Message的replyTo获取到客户端自身的Messenger，
//Service可以通过它向客户端发送消息
clientMessenger = msg.replyTo;
if(clientMessenger != null){
Message msgToClient = Message.obtain();
msgToClient.what = SEND_MESSAGE_CODE;
//可以通过Bundle发送跨进程的信息
Bundle bundle = new Bundle();
bundle.putString("msg", "你好，客户端，我是MyService");
msgToClient.setData(bundle);
try{
clientMessenger.send(msgToClient);
}catch (RemoteException e){
e.printStackTrace();
Log.e("DemoLog", "向客户端发送信息失败: " + e.getMessage());
}
}
}
}
}2) 通过Handler创建一个Messenger对象
//serviceMessenger是Service自身的Messenger，其内部指向了ServiceHandler的实例
//客户端可以通过IBinder构建Service端的Messenger，从而向Service发送消息，
//并由ServiceHandler接收并处理来自于客户端的消息
private Messenger serviceMessenger = new Messenger(new ServiceHandler());3) 在Service的onBind中通过Messenger.getBinder()返回底层的Binder对象。
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
Log.i("DemoLog", "MyServivce -> onBind");
//获取Service自身Messenger所对应的IBinder，并将其发送共享给所有客户端
return serviceMessenger.getBinder();
}4) 注册服务，让其运行在单独进程中
".MyService"
android:enabled="true"
android:process=":remote" >
(2) 客户端进程
1) 绑定服务端的Service
private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder binder) {
//客户端与Service建立连接
Log.i("DemoLog", "客户端 onServiceConnected");
//我们可以通过从Service的onBind方法中返回的IBinder初始化一个指向Service端的Messenger
serviceMessenger = new Messenger(binder);
isBound = true;
Message msg = Message.obtain();
msg.what = SEND_MESSAGE_CODE;
//此处跨进程Message通信不能将msg.obj设置为non-Parcelable的对象，应该使用Bundle
//msg.obj = "你好，MyService，我是客户端";
Bundle data = new Bundle();
data.putString("msg", "你好，MyService，我是客户端");
msg.setData(data);
//需要将Message的replyTo设置为客户端的clientMessenger，
//以便Service可以通过它向客户端发送消息
msg.replyTo = clientMessenger;
try {
Log.i("DemoLog", "客户端向service发送信息");
serviceMessenger.send(msg);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
Log.i("DemoLog", "客户端向service发送消息失败: " + e.getMessage());
}
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
//客户端与Service失去连接
serviceMessenger = null;
isBound = false;
Log.i("DemoLog", "客户端 onServiceDisconnected");
}
};
Intent intent = new Intent();
ComponentName componentName = new ComponentName(packageName, serviceNmae);
intent.setComponent(componentName);
try{
Log.i("DemoLog", "客户端调用bindService方法");
bindService(intent, conn, BIND_AUTO_CREATE);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
Log.e("DemoLog", e.getMessage());
}
}绑定成功后用服务端返回的IBinder对象创建一个Messenger，通过它向服务端发送Message消息。
如果需要服务端给客户端发送消息，需要在Handler的handleMessage方法里，根据客户端发送过来的Message.replyTo获取到客户端的Messenger对象，就可以向客户端发送消息了。同时客户端需要在服务连接的onServiceConnected方法中，将客户端的Messenger对象通过Message.replyTo给收到服务端发送过来的Message对象，这样就实现双方通信。
6.4 AIDL
6.4.1 在服务端新建需要的AIDL类
(1)先新建一个Book.java实现Parcelable接口，表示一个图书的信息类;
import android.os.Parcel;
import android.os.Parcelable;
/**
* Book.java
*/
public class Book implements Parcelable{
private String name;
private int price;
public Book(){}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getPrice() {
return price;
}
public void setPrice(int price) {
this.price = price;
}
public Book(Parcel in) {
name = in.readString();
price = in.readInt();
}
public static final Creator CREATOR = new Creator() {
@Override
public Book createFromParcel(Parcel in) {
return new Book(in);
}
@Override
public Book[] newArray(int size) {
return new Book[size];
}
};
@Override
public int describeContents() {
return 0;
}
@Override
public void writeToParcel(Parcel dest, int flags) {
dest.writeString(name);
dest.writeInt(price);
}
/**
* 参数是一个Parcel,用它来存储与传输数据
* @param dest
*/
public void readFromParcel(Parcel dest) {
//注意，此处的读值顺序应当是和writeToParcel()方法中一致的
name = dest.readString();
price = dest.readInt();
}
//方便打印数据
@Override
public String toString() {
return "name : " + name + " , price : " + price;
}
} （2) 新建一个Book.aidl，表示Book类在AIDL中的声明；
// Book.aidl
//这个文件的作用是引入了一个序列化对象 Book 供其他的AIDL文件使用
//注意：Book.aidl与Book.java的包名应当是一样的
//注意parcelable是小写
parcelable Book;（3) 新建一个IBookManger.aidl接口，里面包含相应的方法；
// IBookManger.aidl
//导入所需要使用的非默认支持数据类型的包
import com.lypeer.ipcclient.Book;
interface IBookManger {
//所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
List getBooks();
Book getBook();
} 该方法保存后，会在gen目录下生成一个IBookManger.java类，它是系统为BookManger.aidl生成的Binder类，继承android.os.IInterface，它自己也还是个接口。
它包括以下内容：
1) 定义了一个String型的DESCRIPTOR，Binder的唯一标识；
2) asInterface(android.os.IBinder obj)方法，将服务端的Binder对象转换成客户端所需的AIDL接口类型对象，当客户端和服务端处于同一进程，直接返回服务端的Stub对象本身，否则返回系统封装后的Stub.proxy对象。
3) asBinder方法：返回当前Binder对象。
4) onTransact方法：运行在服务端的Binder线程池中，当客户端发起远程请求，远程请求会通过系统封装后交由此方法处理，该方法原型为public Boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags),服务端通过code可以确定客户端请求的是哪一个方法，从data中取出目标方法所需的参数，执行相应方法后，将返回值写入reply中，如果此方法返回false,客户端会请求失败。
5) IBookManger.aidl接口中声明的方法的代理实现，此方法运行在客户端，当客户端调用此方法时，首先需要创建此方法需要的输入类型Parcel对象_data, 输出类型Parcel对象_reply和返回值对象，接着将参数信息写入_data中（若有参数的话），再调用transact方法发起RPC（远程过程调用），当前线程挂起，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。
6) 声明了IBookManger.aidl中声明的方法；
7) 声明了相应的整型id分别用于标识声明的方法，该id用于标识在transact过程中判断客户端请求的到底是哪个方法；
8) 声明了一个类部类Stub，继承android.os.Binder实现IBookManager.aidl中类接口，当客户端和服务端处于同一进程，方法调用不会走跨进程的transact过程，若位于不同进程，则由Stub的内部代理Proxy，调用跨进程transact过程。
需要注意的是：客户端发起请求时，当前线程会挂起直至服务端返回数据，若方法是一个耗时操作，不能在UI线程中发起此远程请求。服务端的Binder方法运行在Binder线程池中，所以不管操作是否耗时，都应采用同步的方法去实现。
(4)linkToDeath unlinkToDeath
由于Binder运行在服务端进程中，如果服务端进程由于某种原因终止，这时客户端服务端的Binder连接断裂，会导致远程调用失败。但客户端很可能不知道，解决此问题的办法，利用Binder提供的两个配对方法linkToDeath和unlinkToDeath，通过linkToDeath可以给Binder设置一个死亡代理，当Binder被终止时，我们会接收到通知，这时可通过重新发起请求恢复连接。
实现方法：
1) 先声明一个DeathRecipient对象，它是一个接口，内部只有一个方法binderDied,我们需要实现该方法，当Binder死亡时，系统回调binderDied方法，我们可以移出之前binder代理并重新建立远程服务。
private IBinder.DeathRecipient mDeathRecipient = new IBinder.DeathRecipient() {
@Override
public void binderDied() {
if (mBookManager == null) {
return;
}
mBookManger.asBinder().unlinkToDeath(mDeathRecipient, 0);
mBookManger = null;
//重新绑定远程服务
}
};2) 在客户端绑定远程服务成功后，给binder设置死亡代理；
mService = IBookManager.Stub.asInterface(binder);
binder.linkToDeath(mDeathRecipient, 0);6.4.2 远程服务端Serivce的实现
(1)Serivce建立
我们需要新建一个Service，称为AIDLService，代码如下：
/**
1. 服务端的AIDLService.java
*/
public class AIDLService extends Service {
public final String TAG = this.getClass().getSimpleName();
//包含Book对象的list
private List mBooks = new ArrayList<>();
//由AIDL文件生成的IBookManager
private final IBookManager.Stub mBookManager = new IBookManager.Stub() {
@Override
public List getBooks() throws RemoteException {
synchronized (this) {
Log.e(TAG, "invoking getBooks() method , now the list is : " + mBooks.toString());
if (mBooks != null) {
return mBooks;
}
return new ArrayList<>();
}
}
@Override
public void addBook(Book book) throws RemoteException {
synchronized (this) {
if (mBooks == null) {
mBooks = new ArrayList<>();
}
if (book == null) {
Log.e(TAG, "Book is null in In");
book = new Book();
}
//尝试修改book的参数，主要是为了观察其到客户端的反馈
book.setPrice(2333);
if (!mBooks.contains(book)) {
mBooks.add(book);
}
//打印mBooks列表，观察客户端传过来的值
Log.e(TAG, "invoking addBooks() method , now the list is : " + mBooks.toString());
}
}
};
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
Book book = new Book();
book.setName("Android开发艺术探索");
book.setPrice(28);
mBooks.add(book);
}
@Nullable
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
Log.e(getClass().getSimpleName(), String.format("on bind,intent = %s", intent.toString()));
return mBookManager;//在onBinder中返回服务端的Binder对象
}
} (2)注册服务
"aidl.AIDLService"
android:process=":remote">
6.4.3 客户端的实现
/**
2. 客户端的AIDLActivity.java
*/
public class AIDLActivity extends AppCompatActivity {
//由AIDL文件生成的Java类
private IBookManager mBookManager = null;
//标志当前与服务端连接状况的布尔值，false为未连接，true为连接中
private boolean mBound = false;
//包含Book对象的list
private List mBooks;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_aidl);
}
/**
* 按钮的点击事件，点击之后调用服务端的addBookIn方法
*
* @param view
*/
public void addBook(View view) {
//如果与服务端的连接处于未连接状态，则尝试连接
if (!mBound) {
attemptToBindService();
Toast.makeText(this, "当前与服务端处于未连接状态，正在尝试重连，请稍后再试", Toast.LENGTH_SHORT).show();
return;
}
if (mBookManager == null) return;
Book book = new Book();
book.setName("APP研发录In");
book.setPrice(30);
try {
mBookManager.addBook(book);//通过服务端的Binder对象调服务端方法
Log.e(getLocalClassName(), book.toString());
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 尝试与服务端建立连接
*/
private void attemptToBindService() {
Intent intent = new Intent();
intent.setAction("aidl.AIDLService");
intent.setPackage("com.xx.packagename");
bindService(intent, mServiceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);//绑定服务
}
@Override
protected void onStart() {
super.onStart();
if (!mBound) {
attemptToBindService();
}
}
@Override
protected void onStop() {
super.onStop();
if (mBound) {
unbindService(mServiceConnection);
mBound = false;
}
}
private ServiceConnection mServiceConnection = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
Log.e(getLocalClassName(), "service connected");
mBookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service);
mBound = true;
if (mBookManager != null) {
try {
mBooks = mBookManager.getBooks();//调用服务端的getBooks方法
Log.e(getLocalClassName(), mBooks.toString());
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
Log.e(getLocalClassName(), "service disconnected");
mBound = false;
}
};
} 通过获取服务端的Binder对象，就可以和服务端进行通信了。
6.4.4 其他知识点
(1)跨进程listener接口
如果在服务端定声明了接口，客户端进行注册和反注册，会抛出异常，无法反注册，因为在多进程中，Binder会把客户端传过来的对象重新转化成一个新对象，这样虽然客户端注册和反注册使用的是同一个对象，但是通过Binder传递到服务端却变成两个对象，对象的跨进程传输本质都是反序列化过程。
可以使用RemoteCallbackList，它是系统专门用来删除跨进程listener接口。它实现原理利用底层Binder对象是同一个，只要遍历服务端所有listener,找出和解注册listener具有相同Binder对象的服务端listener，并把它删除掉。同时RemoteCallbackList还有一个作用，当客户端进程终止，它会移除客户端所注册的所有listener.
(2)权限验证
在注册服务时添加permission权限验证，或是在onTransact方法中进行权限验证；
(3) AIDL访问流程总结：
先创建一个Service和一个AIDL接口，再创建一个类继承自AIDL接口中的Stub类并实现Stub中的抽象方法；在Service的onBind方法中返回这个对象，再在客户端就可以绑定服务端service，建立连接后就可以访问远程服务端的方法了。
6.5 ContentProvider
和Messenger一样，ContentProvider底层同样是Binder.系统预置了很多ContentProvider，如通讯录、日程表等，只需通过ContentResolver的query/update/insert/delete就可以跨进程访问这些信息。具体实现步骤如下：
1) 新建一个继承自系统ContentProvider的Provider，并重写onCreate, query, getType, insert, delete, update六个方法。
这六个进程运行在ContentProvider的进程中，除了onCreate由系统回调运行在主线程中，其他五个方法运行在Binder线程池中。
2) 注册Provider
".provider.XXProvider"
android:authorities="com.xx.xx.provider"
android:permission="com.xx.PROVIDER"
android:process=":provider">
3) 在另一个进程中访问我们定义的ContentProvider
Uri uri = Uri.parse("content://com.xx.xx.provider");
getContentResolver().query(uri, null, null, null, null);
getContentResolver().query(uri,)4) ContentProvider数据源发生变化时，可通过ContentResolver的notifyChange方法来通知外界数据发生改变，外界可通过ContentResolver的registerContentObserver方法来注册观察者，通过unregisterContentObserver方法来解除观察者。
6.6 Socket
Socket分为流式套接字和用户数据报套接字，分别是对应于网络的传输控制层中的TCP/UDP
TCP：面向连接的协议，稳定的双向通信功能，连接需要“三次握手”，提供了超时重传机制，具有很高的稳定性；
UDP：面向无连接协议，不稳定的单向通信功能，也可提供双向通信功能。效率高，不能保证数据一定能正确传输。
实现步骤：
1)服务端在新建一个Service，并建立TCP服务
@Override
public void onCreate() {
new Thread(new TcpServer()).start();//阻塞监听客户端连接
super.onCreate();
}
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
throw null;
}
private class TcpServer implements Runnable {
@Override
public void run() {
ServerSocket serverSocket;
try {
//监听8688端口
serverSocket = new ServerSocket(8688);
} catch (IOException e) {
return;
}
while (!isServiceDestroyed) {
try {
// 接受客户端请求，并且阻塞直到接收到消息
final Socket client = serverSocket.accept();
new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
//有消息接收到，新开一个线程进行处理消息
responseClient(client);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
private void responseClient(Socket client) throws IOException {
// 用于接收客户端消息，将客户端的二进制数据流格式转成文本格式
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
// 用于向客户端发送消息
PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream())), true);
out.println("您好，我是服务端");
while (!isServiceDestroyed) {
String str = in.readLine();//通过数据流的readLine，可直接变成文本格式
Log.i("moon", "收到客户端发来的信息" + str);
if (TextUtils.isEmpty(str)) {
//客户端断开了连接
Log.i("moon", "客户端断开连接");
break;
}
String message = "收到了客户端的信息为：" + str;
// 从客户端收到的消息加工再发送给客户端
out.println(message);
}
out.close();//关闭流
in.close();
client.close();
}2)注册服务
".SocketServerService"
android:process=":remote" /> 3) 客户端先建立连接服务端socket
Socket socket = null;
while (socket == null) {
try {
//选择和服务器相同的端口8688
socket = new Socket("localhost", 8688);
mClientSocket = socket;
mPrintWriter = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
} catch (IOException e) {
SystemClock.sleep(1000);
}
}4) 客户端和服务端通信，通过while循环不断去读取服务器发送过来的消息
// 接收服务器端的消息
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
while (!isFinishing()) {
final String msg = br.readLine();
if (msg != null) {
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
tv_message.setText(tv_message.getText() + "\n" + "服务端：" + msg);
}
}
);
}
}5) 客户端在onCreate中单开线程启动连接服务
Intent service = new Intent(this, SocketServerService.class);
startService(service);
new Thread() {
@Override
public void run() {
connectSocketServer();
}
}.start();
6.7 进程间通信方式比较
