详解Android广播机制

前言

我们上学时都有过这样的经历,当我们在火车站列车候车室中等待时,每当有某次列车开始检票或者进站上车时,就会播放通知来告知在候车室等待的人们该消息。

为了便于进行系统级别的消息通知,Android引入了一套类似的广播机制,然而比上述情景要灵活得多。此文将对Android广播机制的方方面面做出详尽的介绍。


Android广播机制简介

前面我们提到,Android的广播机制更加的灵活,这是因为Android允许每个应用只对自己感兴趣的广播进行注册,这样该程序就只会收到自己所关心的广播内容。
Android广播分为两个方面:广播发送者广播接收者,通常情况下,BroadcastReceiver指的就是广播接收者广播接收器)。

应用场景

同一应用具有多个进程的不同组件之间的消息通信

  • 不同应用间的组件之间的消息通信
  • 与Android系统在特定情况下的通信
  • 如:系统开机,网络变化等

以上只说明适合广播机制的应用场景,还有一些场景理论上可以使用,但是实际开发没有人这么做:

  • 同一应用内同一组件的消息通信:显然扩展变量的作用域、接口回调、Handler-Message等方式都能更简单的实现。

  • 同一应用内的不同组件之间的消息通信(单个进程):对于简单的的情况,依靠接口的回调方式就可解决;而较为复杂的情况,更推荐直接使用EventBus等。

实现原理

设计模式与模型

Android中的广播使用了观察者模式,模型为 基于消息的发布/订阅事件模型

从设计模式上讲,广播的发送者和接收者极大程度的解耦,使得系统方便集成,容易扩展

模型成员:
  • 消息发布者(广播发布者)
  • 消息订阅者(广播接收者)
  • 消息中心(AMS,Activity Manager Service,一个Android系统中极其重要!的成分,以后我们会详细讲解)

此处我们扩展一下,观察者模式和发布订阅模式的关系

  • 发布订阅模式属于广义上的观察者模式
    前者时最常用的一种观察者模式的实现,且从解耦重用角度上看更优于典型的观察者模式

  • 发布订阅模式加入消息中心,实现发布者和订阅者的解耦

  • 在观察者模式中,观察者需要直接订阅目标事件,在目标发出内容改变的事件后,直接接收事件并作出响应。
  • 在发布订阅模式中,多了一个消息中心,一方面从发布者接收事件,另一方面向订阅者发布事件,订阅者需要从消息中心订阅事件。以此避免发布者和订阅者之间产生依赖关系。

实现流程

  1. 广播接收者BroadcastReceiver通过Binder机制向AMS(Activity Manager Service)进行注册;
  2. 广播发送者通过binder机制向AMS发送广播;
  3. AMS查找符合相应条件(IntentFilter/Permission等)的BroadcastReceiver
  4. AMS将广播发送到上述符合条件的BroadcastReceiver相应的消息循环队列中
  5. BroadcastReceiver通过消息循环执行拿到此广播,回调BroadcastReceiver中的onReceive()方法。

广播发送者和广播接收者的执行是异步的,发出去的广播不会关心有无接收者接收,也不确定接收者到底是何时才能接收到。

BroadcastReceiver

自定义BroadcastReceiver

  • 继承基类BroadcaseReceiver
  • 实现抽象方法onReceive(context, intent)

  • 收到广播后,会自动回调onReceive(..)方法
  • 通常,onReceive(..)方法会涉及到与其他组件的交互,如发送Notification,启动service
  • 默认情况,BroadcaseReceiver运行在UI线程,因此,onReceive(..)方法不能执行耗时操作,否则ANR
  • 简单的自定义Demo:
    MyBroadcastReceiver.java

  • //继承BroadcastReceiver基类
    public class MyBroadcastReceiver extends BroadcastReceiver {
        private static final String TAG = "MyBroadcastReceiver";
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append("Action: " + intent.getAction() + "\n");
            sb.append("URI: " + intent.toUri(Intent.URI_INTENT_SCHEME).toString() + "\n");
            String log = sb.toString();
            Log.d(TAG, log);
            Toast.makeText(context, log, Toast.LENGTH_LONG).show();
        }
    }
     
     
         
         
         
         
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    BroadcastReceiver注册类型

    1. 静态注册

    • AndroidManifest.xml文件中通过进行注册
    • 规则及实例说明:
     //BroadcastReceiver子类的类名
        android:name="string"
    
        //是否使用该BroadcastReceiver
        android:enabled=["true" | "false"]
    
        //此broadcastReceiver能否接收其他App的发出的广播
        //其默认值是由receiver中有无intent-filter决定的,如果有intent-filter,默认值为true,否则为false
        android:exported=["true" | "false"]
    
        android:icon="drawable resource"
        android:label="string resource"
    
        //具有相应权限的广播发送方发送的广播才能被此broadcastReceiver所接收
        android:permission="string"
    
        //broadcastReceiver运行所处的进程。
        //默认为app的进程,可以指定独立的进程
        //Android四大基本组件都可以通过此属性指定自己的独立进程
        android:process="string">
    
        //指定此广播接收器将用于接收特定的广播类型
        //本例中给出的时系统开机后自身发出的广播
        filter>
            "android.intent.action.BOOT_COMPLETED"/>
        filter>
    
     
     
         
         
         
         
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    以上述静态方法注册的MyBroadcastReceiver,在app首次启动时,系统或自动实例化MyBroadcastReceiver,并注册到系统中。

    2. 动态注册

    • 在代码中调用Context.registerReceiver()
    • 典型写法示例如下:
    public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        public static final String BROADCAST_ACTION = "com.example.whd_alive";
        private BroadcastReceiver mBroadcastReceiver;
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            //实例化MyBroadcastReceiver 
            mBroadcastReceiver = new MyBroadcastReceiver();
            //实例化IntentFilter
            IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
    
            //设置接收广播的类型
            intentFilter.addAction(BROADCAST_ACTION);
    
            //动态注册
            registerReceiver(mBroadcastReceiver, intentFilter);
        }
    
        //销毁广播
        //当此Activity实例化时,会动态将MyBroadcastReceiver注册到系统中
        //当此Activity销毁时,动态注册的MyBroadcastReceiver将不再接收到相应的广播
        @Override
        protected void onDestroy() {
            super.onDestroy();
            unregisterReceiver(mBroadcastReceiver);
        }
    }
     
     
         
         
         
         
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    注:Android中所有与观察者模式有关的设计中,一旦涉及到register,必定在相应的时机需要unregister。因此,上例在onDestroy()回调需要unregisterReceiver(mBroadcastReceiver)

    广播发送及广播类型

    广播发送

    • 广播 这一实体本身以 intent 表示
    • 广播的定义 = 相应广播intent的定义
    • 广播的发送:通过广播发送者将此intent发送出去,根据不同类型的广播调用相对应的send方法

    广播的类型

    主要分为一下四类:

    1. Normal Broadcast(普通广播):通常调用sendBroadcast(Intent)(Intent, String)方法发送
    2. System Broadcast(系统广播):发生各种事件时,系统自动发送
    3. Ordered Broadcast(有序广播):调用sendOrderedBroadcast(Intent, String)方法发送
    4. Local Broadcast(本地广播):调用LocalBroadcastManager.sendBroadcast(intent)方法发送
    5. Sticky Broadcast(粘性广播):已弃用(API 21)

    1. Normal Broadcast(普通广播)

    开发者自定义的intent,以Context.sendBroadcast()Context.sendBroadcastAsUser()等方法发送该intent

    • 发送示例如下:
            Intent intent = new Intent();
            intent.setAction(BROADCAST_ACTION);
            //最普通的发送方式
            sendBroadcast(intent);
            //附带权限的发送方式,声明此权限的BroadcastReceiver才能接收此广播
            sendBroadcast(intent,RECEIVER_PREMISSION);
    
            //以下两种不常见,是因为只有预装在系统映像中的程序才能使用,否则无法使用
            //指明接收人的发送方式
            sendBroadcastAsUser(intent,USER_HANDLER);
            //指明接收人以及对应权限的发送方式
            sendBroadcastAsUser(intent,USER_HANDLER,RECEIVER_PREMISSION);
     
     
         
         
         
         
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    • 若被注册了的BroadCastReceiver注册的intentFilteraction与上述匹配,则会接收此广播,且顺序是无序的。如果发送时有相应的权限要求,则BroadCastReceiver只有拥有相应的权限才能接受。
    <receiver
        android:name=".MyBroadcastReceiver"
        android:permission="RECEIVER_PREMISSION">
        <intent-filter>
            <action android:name="BROADCAST_ACTION"/>
        intent-filter>
    receiver>
     
     
         
         
         
         
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    2. System Broadcast(系统广播)

    文末提供详细系统广播清单,不包含使用说明(位于SDK下boradcast_action.txt ),请自行查找Google官方文档

    Android系统中内置了多个系统广播,只要涉及到手机的基本操作,基本上都会发出相应的系统广播。每个系统广播都具有特定的intent-filter,其中主要包括具体的action,系统广播发出后,将被相应的BroadcastReceiver接收。系统广播在系统内部当特定事件发生时,有系统自动发出。

    3. Ordered Broadcast(有序广播))

    • 发送出去的广播被BroadcastReceiver按照先后循序接收。

    有序广播的有序广播中的“有序”是针对广播接收者而言的

  • 发送方式:

    • 定义过程与普通广播一样,调用sendOrderedBroadcast(),同样也有对应的sendOrderedBroadcastAsUser()方法,只不过同样针对于预装在系统映像的应用。
  • 特点

    1. 按顺序接收
    2. 允许优先级高的BroadcastReceiver截断广播。
    3. 允许优先级高的BroadcastReceiver修改广播
  • 接受顺序

    • priority值不同:由大到小排序
    • priority值相同:动态注册优于静态注册

    4. Local Broadcast(本地广播)

    • 可以理解成一种局部广播的形式,广播的发送者和接收者都同属于一个App
    • 相比于全局广播,本地广播优势体现在:

    • 安全性更高;
    • 更加高效。
  • 引入原因:

    • 其他App可能会针对性的发出与当前App intent-filter相匹配的广播,由此导致当前App不断接收到广播并处理;
    • 其他App可以注册与当前App一致的intent-filter用于接收广播,获取广播具体信息。
  • 解决方案

    1. 全局广播限制为局部广播(本质仍为一个全局广播)
    2. 使用本地广播
  • 方案1的具体实现:

    • 对于同一App内部发送和接收广播,将exported属性人为设置成false,使得非本App内部发出的此广播不被接收;
    • 在广播发送和接收时,都增加上相应的permission,用于权限验证;
    • 发送广播时,指定特定广播接收器所在的包名,具体是通过intent.setPackage(packageName)指定在,这样此广播将只会发送到此包中的App内与之相匹配的有效广播接收器中。
  • 方案2的具体实现:
    使用封装好的LocalBroadcastManager类。
    使用方式上与通常的全局广播几乎相同,只是注册/取消注册广播接收器和发送广播时将主调context变成了LocalBroadcastManager的单一实例。

  • 对于LocalBroadcastManager方式发送的应用内广播,只能通过LocalBroadcastManager动态注册的ContextReceiver才有可能接收到(静态注册或其他方式动态注册的ContextReceiver是接收不到的)

    代码示例如下:

    //实例化MyBroadcastReceiver
    mBroadcastReceiver = new MyBroadcastReceiver();
    //实例化IntentFilter
    IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
    
    //得到LocalBroadcastManager实例
    LocalBroadcastManager localBroadcastManager = LocalBroadcastManager.getInstance(this);
    
    //设置接收广播的类型
    intentFilter.addAction(BROADCAST_ACTION);
    
    //动态注册
    localBroadcastManager.registerReceiver(mBroadcastReceiver, intentFilter);
    
    
    //取消注册
    localBroadcastManager.unregisterReceiver(mBroadcastReceiver);
     
     
         
         
         
         
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    不同注册方式的广播接收器回调onReceive(context, intent)中的context具体类型

    • 静态注册(全局+本地):
      回调onReceive(context, intent)中的context具体指的是ReceiverRestrictedContext
    • 全局动态注册:
      回调onReceive(context, intent)中的context具体指的是Activity Context
    • LocalBroadcastManager动态注册
      回调onReceive(context, intent)中的context具体指的是Application Context

    Android 7.0以后的新特性

    以上我们讨论了老生常谈的内容,下面我们谈一谈Android 7.0以后的新变化

    • Android 7.0起,系统不再发送以下系统广播:

    • ACTION_NEW_PICTURE
    • ACTION_NEW_VIDEO
  • 针对Android 7.0 (API级别24)和更高版本的应用程序必须通过registerReceiver()注册以下广播。在AndroidManifest中声明起作用。

    • CONNECTIVITY_ACTION
  • Android 8.0起,应用无法在Manifest中注册大部分隐式系统广播(即,并非专门针对此应用的广播),此意也是在于降低随Android同时运行的应用增多,发生性能变差的几率。


  • 出于安全考虑的广播使用最佳实践

    • 如不需要向应用程序之外的组件发送广播,则可以使用支持库Support LibraryLocalBroadcastManager发送和接收本地广播。

    • 如果许多应用程序清单中注册接收相同的广播,它会导致系统启动大量的应用程序,从而对设备性能和用户体验产生重大影响。为了避免这种情况,请使用动态注册而不是Manifest声明。有时,Android系统本身会强制使用上下文注册的接收器。例如,CONNECTIVITY_ACTION广播只允许动态注册。

    • onReceive(Context, Intent)运行在UI线程,不要进行耗时操作

    • 如耗时操作必不可少,生成子线程。
  • 不要使用隐含的意图传播敏感信息。这些信息可以被任何注册的应用程序读取。

    • 解决方案 : permission / setPackage(String) / LocalBroadcastManager.
  • 当注册一个BroadcastReceiver,任何应用程序都可以发送潜在的恶意广播到你的应用的BroadcastReceiver

    • 解决方案 : permission / android:exported = "false" / LocalBroadcastManager.
  • 广播操作的命名空间是全局的。确保操作名称和其他字符串都是在您自己的名称空间中编写的,否则您可能会无意中与其他应用程序发生冲突。

  • 不要从BroadcastReceiver开始活动,这么做会导致用户体验很差,特别是如果有不止一个BroadcastReceiver。相反,考虑使用Notification


  • 附录

    Android 系统广播清单

    android.accounts.LOGIN_ACCOUNTS_CHANGED
    android.accounts.action.ACCOUNT_REMOVED
    android.app.action.ACTION_PASSWORD_CHANGED
    android.app.action.ACTION_PASSWORD_EXPIRING
    android.app.action.ACTION_PASSWORD_FAILED
    android.app.action.ACTION_PASSWORD_SUCCEEDED
    android.app.action.APPLICATION_DELEGATION_SCOPES_CHANGED
    android.app.action.APP_BLOCK_STATE_CHANGED
    android.app.action.DEVICE_ADMIN_DISABLED
    android.app.action.DEVICE_ADMIN_DISABLE_REQUESTED
    android.app.action.DEVICE_ADMIN_ENABLED
    android.app.action.DEVICE_OWNER_CHANGED
    android.app.action.INTERRUPTION_FILTER_CHANGED
    android.app.action.LOCK_TASK_ENTERING
    android.app.action.LOCK_TASK_EXITING
    android.app.action.NEXT_ALARM_CLOCK_CHANGED
    android.app.action.NOTIFICATION_CHANNEL_BLOCK_STATE_CHANGED
    android.app.action.NOTIFICATION_CHANNEL_GROUP_BLOCK_STATE_CHANGED
    android.app.action.NOTIFICATION_POLICY_ACCESS_GRANTED_CHANGED
    android.app.action.NOTIFICATION_POLICY_CHANGED
    android.app.action.PROFILE_OWNER_CHANGED
    android.app.action.PROFILE_PROVISIONING_COMPLETE
    android.app.action.SYSTEM_UPDATE_POLICY_CHANGED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_DELETED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_DISABLED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_ENABLED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_HOST_RESTORED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_RESTORED
    android.appwidget.action.APPWIDGET_UPDATE
    android.appwidget.action.APPWIDGET_UPDATE_OPTIONS
    android.bluetooth.a2dp.profile.action.CONNECTION_STATE_CHANGED
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    android.bluetooth.adapter.action.CONNECTION_STATE_CHANGED
    android.bluetooth.adapter.action.DISCOVERY_FINISHED
    android.bluetooth.adapter.action.DISCOVERY_STARTED
    android.bluetooth.adapter.action.LOCAL_NAME_CHANGED
    android.bluetooth.adapter.action.SCAN_MODE_CHANGED
    android.bluetooth.adapter.action.STATE_CHANGED
    android.bluetooth.device.action.ACL_CONNECTED
    android.bluetooth.device.action.ACL_DISCONNECTED
    android.bluetooth.device.action.ACL_DISCONNECT_REQUESTED
    android.bluetooth.device.action.BOND_STATE_CHANGED
    android.bluetooth.device.action.CLASS_CHANGED
    android.bluetooth.device.action.FOUND
    android.bluetooth.device.action.NAME_CHANGED
    android.bluetooth.device.action.PAIRING_REQUEST
    android.bluetooth.device.action.UUID
    android.bluetooth.devicepicker.action.DEVICE_SELECTED
    android.bluetooth.devicepicker.action.LAUNCH
    android.bluetooth.headset.action.VENDOR_SPECIFIC_HEADSET_EVENT
    android.bluetooth.headset.profile.action.AUDIO_STATE_CHANGED
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    android.bluetooth.pbap.profile.action.CONNECTION_STATE_CHANGED
    android.content.pm.action.SESSION_COMMITTED
    android.hardware.action.NEW_PICTURE
    android.hardware.action.NEW_VIDEO
    android.hardware.hdmi.action.OSD_MESSAGE
    android.hardware.input.action.QUERY_KEYBOARD_LAYOUTS
    android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED
    android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_DETACHED
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    android.intent.action.DROPBOX_ENTRY_ADDED
    android.intent.action.EXTERNAL_APPLICATIONS_AVAILABLE
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    android.intent.action.FACTORY_RESET
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    android.intent.action.GTALK_CONNECTED
    android.intent.action.GTALK_DISCONNECTED
    android.intent.action.HEADSET_PLUG
    android.intent.action.HEADSET_PLUG
    android.intent.action.INPUT_METHOD_CHANGED
    android.intent.action.INTENT_FILTER_NEEDS_VERIFICATION
    android.intent.action.LOCALE_CHANGED
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    android.intent.action.MANAGE_PACKAGE_STORAGE
    android.intent.action.MASTER_CLEAR_NOTIFICATION
    android.intent.action.MEDIA_BAD_REMOVAL
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    android.intent.action.MEDIA_MOUNTED
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    android.intent.action.MEDIA_SCANNER_FINISHED
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    android.intent.action.MY_PACKAGE_REPLACED
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    android.intent.action.NEW_VOICEMAIL
    android.intent.action.PACKAGES_SUSPENDED
    android.intent.action.PACKAGES_UNSUSPENDED
    android.intent.action.PACKAGE_ADDED
    android.intent.action.PACKAGE_CHANGED
    android.intent.action.PACKAGE_DATA_CLEARED
    android.intent.action.PACKAGE_FIRST_LAUNCH
    android.intent.action.PACKAGE_FULLY_REMOVED
    android.intent.action.PACKAGE_INSTALL
    android.intent.action.PACKAGE_NEEDS_VERIFICATION
    android.intent.action.PACKAGE_REMOVED
    android.intent.action.PACKAGE_REPLACED
    android.intent.action.PACKAGE_RESTARTED
    android.intent.action.PACKAGE_VERIFIED
    android.intent.action.PHONE_STATE
    android.intent.action.PROVIDER_CHANGED
    android.intent.action.PROXY_CHANGE
    android.intent.action.QUERY_PACKAGE_RESTART
    android.intent.action.REBOOT
    android.intent.action.SCREEN_OFF
    android.intent.action.SCREEN_ON
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    android.intent.action.TIMEZONE_CHANGED
    android.intent.action.TIME_SET
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    android.intent.action.UID_REMOVED
    android.intent.action.UMS_CONNECTED
    android.intent.action.UMS_DISCONNECTED
    android.intent.action.USER_PRESENT
    android.intent.action.USER_UNLOCKED
    android.intent.action.WALLPAPER_CHANGED
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