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) 应用某些模块由于特殊需求须要执行在单独进程中。
如消息推送，使消息推送进程与应用进程能单独存活，消息推送进程不会由于应用程序进程crash而受影响。
2) 为加大一个应用可使用的内存。须要多进程来获取多份内存空间。
2. 怎样开启多进程
给四大组件（Activity、Service、Receiver、ContentProvider）在AndroidMainfest中指定android:process属性指定。
- 假设进程以”:”开头的进程。代表应用的私有进程，其它应用的组件不能够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。其它应用可通过shareUID能够和它跑在同一个进程中。
- 若两个不同应用设置了同样的shareUID,它们之间想共享数据，还须要有同样的签名才干够。
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会为每个应用/每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訪问同一个类对象会产生多个副本。
(2) 线程同步机制失效。
由于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一时候去执行写操作。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，系统会给它又一次分配独立虚拟机，这事实上就是启动一个应用的过程，故执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数据传输时。或是对象持久化转存/通过网络传输给其它client时，须要使用Parcelable或Serializable将对象转换成能够传输的形式。
(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，仅仅须要对应类实现Serializable接口就可以。Serializable是借助ObjectOutputStream和ObjectInputStream实现对象的序列化和反序列化
一般在对应类实现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写入序列化文件里。当反序列化系统会检測文件里的serialVersionUID，看它是否和当前类的serialVersionUID一致，假设一致说明序列化的类的版本号和当前类的版本号同样，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，如添加或降低某个成员变量，这时无法正常反序列化。
(2) Parcelable接口
在序列化过程中须要实现的功能有：
1) 序列化：由writeToParcel方法完毕，终于通过Parcel中的一系列的write方法完毕。
2) 反序列化：由CREATOR完毕。内部标识了怎样创建序列化对象和数组，终于通过Parcel的一系列read方法来完毕反序列化；
3) 内容描写叙述符：由describeContents方法来完毕。差点儿全部情况下该方法都返回0,仅当当前对象中存在文件描写叙述符时返回1。
(3)两者差别
Serializable是Java中序列化接口，使用简单但开销大，序列和反序列化须要大量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,假设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。过程会比較复杂。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还能够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）和对应ManagerService的桥梁；
- 从Android应用层来说。Binder是client和服务端进行通信的媒介，当bindService时，服务端会返回一个包括了服务端业务的Binder对象，通过这个Binder对象，client就能够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
在一个进程中启动还有一个进程的Activity, Service, Receiver组件时，能够使用Bundle附加上须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，还能够序列化一个对象到文件系统中。从还有一个进程中恢复这个对象。它的实现原理是通过ObjectOutputStream将文件写入文件里。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样的操作，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，底层它是採用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/写訪问时。SharedPreferences会有非常大几率会丢失数据。因此不建议在进程间通信中使用SharedPreferences。
6.3 使用Messenger
Messenager能够在不同进程中传递Message对象。在Message中放入我们要传递的数据。
它的底层实现是AIDL，以下是Messenger的两个构造方法：
public Messenger(Handler target) {
mTarget = target.getIMessenger();
}
public Messenger(IBinder target) {
mTarget = IMessenger.Stub.asInterface(target);
}无论是IMessenger还是Stub.asInterface，这样的用法都表明它的底层是AIDL，它一次仅仅处理一个请求，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client的绑定，建立一个Handler，在handleMessage里处理client发送过来的消息。
//用ServiceHandler接收并处理来自于client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client自身的Messenger，
//Service能够通过它向client发送消息
clientMessenger = msg.replyTo;
if(clientMessenger != null){
Message msgToClient = Message.obtain();
msgToClient.what = SEND_MESSAGE_CODE;
//能够通过Bundle发送跨进程的信息
Bundle bundle = new Bundle();
bundle.putString("msg", "你好，client，我是MyService");
msgToClient.setData(bundle);
try{
clientMessenger.send(msgToClient);
}catch (RemoteException e){
e.printStackTrace();
Log.e("DemoLog", "向client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
//client能够通过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client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。并将其发送共享给全部client
return serviceMessenger.getBinder();
}4) 注冊服务，让其执行在单独进程中
<service
android:name=".MyService"
android:enabled="true"
android:process=":remote" >
</service>(2) client进程
1) 绑定服务端的Service
private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder binder) {
//client与Service建立连接
Log.i("DemoLog", "client onServiceConnected");
//我们能够通过从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client";
Bundle data = new Bundle();
data.putString("msg", "你好，MyService，我是client");
msg.setData(data);
//须要将Message的replyTo设置为client的clientMessenger，
//以便Service能够通过它向client发送消息
msg.replyTo = clientMessenger;
try {
Log.i("DemoLog", "client向service发送信息");
serviceMessenger.send(msg);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
Log.i("DemoLog", "client向service发送消息失败: " + e.getMessage());
}
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
//client与Service失去连接
serviceMessenger = null;
isBound = false;
Log.i("DemoLog", "client onServiceDisconnected");
}
};
Intent intent = new Intent();
ComponentName componentName = new ComponentName(packageName, serviceNmae);
intent.setComponent(componentName);
try{
Log.i("DemoLog", "client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。
假设须要服务端给client发送消息。须要在Handler的handleMessage方法里，依据client发送过来的Message.replyTo获取到client的Messenger对象，就能够向client发送消息了。同一时候client须要在服务连接的onServiceConnected方法中，将client的Messenger对象通过Message.replyTo给收到服务端发送过来的Message对象。这样就实现两方通信。
6.4 AIDL
6.4.1 在服务端新建须要的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<Book> CREATOR = new Creator<Book>() {
@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);
}
/**
* 參数是一个Parcel,用它来存储与数据传输
* @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 供其它的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，里面包括对应的方法；
// IBookManger.aidl
//导入所须要使用的非默认支持数据类型的包
import com.lypeer.ipcclient.Book;
interface IBookManger {
//全部的返回值前都不须要加不论什么东西。无论是什么数据类型
List<Book> getBooks();
Book getBook();
}该方法保存后，会在gen文件夹下生成一个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client所需的AIDL接口类型对象，当client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：执行在服务端的Binder线程池中，当client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能够确定client请求的是哪一个方法，从data中取出目标方法所需的參数，执行对应方法后，将返回值写入reply中。假设此方法返回false,client会请求失败。
5) IBookManger.aidl接口中声明的方法的代理实现，此方法执行在client，当client调用此方法时，首先须要创建此方法须要的输入类型Parcel对象_data, 输出类型Parcel对象_reply和返回值对象。接着将參数信息写入_data中（若有參数的话），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) 声明了对应的整型id分别用于标识声明的方法。该id用于标识在transact过程中推断client请求的究竟是哪个方法。
8) 声明了一个类部类Stub，继承android.os.Binder实现IBookManager.aidl中类接口。当client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。
须要注意的是：client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方法执行在Binder线程池中。所以无论操作是否耗时，都应採用同步的方法去实现。
(4)linkToDeath unlinkToDeath
由于Binder执行在服务端进程中。假设服务端进程由于某种原因终止。这时client服务端的Binder连接断裂，会导致远程调用失败。但client非常可能不知道，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能够给Binder设置一个死亡代理，当Binder被终止时。我们会接收到通知。这时可通过又一次发起请求恢复连接。
实现方法：
1) 先声明一个DeathRecipient对象，它是一个接口。内部仅仅有一个方法binderDied,我们须要实现该方法，当Binder死亡时，系统回调binderDied方法，我们能够移出之前binder代理并又一次建立远程服务。
private IBinder.DeathRecipient mDeathRecipient = new IBinder.DeathRecipient() {
@Override
public void binderDied() {
if (mBookManager == null) {
return;
}
mBookManger.asBinder().unlinkToDeath(mDeathRecipient, 0);
mBookManger = null;
//又一次绑定远程服务
}
};2) 在client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
我们须要新建一个Service，称为AIDLService，代码例如以下：
/**
1. 服务端的AIDLService.java
*/
public class AIDLService extends Service {
public final String TAG = this.getClass().getSimpleName();
//包括Book对象的list
private List<Book> mBooks = new ArrayList<>();
//由AIDL文件生成的IBookManager
private final IBookManager.Stub mBookManager = new IBookManager.Stub() {
@Override
public List<Book> 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();
}
//尝试改动book的參数，主要是为了观察其到client的反馈
book.setPrice(2333);
if (!mBooks.contains(book)) {
mBooks.add(book);
}
//打印mBooks列表，观察client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)注冊服务
<service android:name="aidl.AIDLService"
android:process=":remote">
</service>6.4.3 client的实现
/**
2. client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;
//包括Book对象的list
private List<Book> mBooks;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_aidl);
}
/**
* button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) {
//假设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，就能够和服务端进行通信了。
6.4.4 其它知识点
(1)跨进程listener接口
假设在服务端定声明了接口，client进行注冊和反注冊。会抛出异常，无法反注冊。由于在多进程中，Binder会把client传过来的对象又一次转化成一个新对象，这样尽管client注冊和反注冊使用的是同一个对象，可是通过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。
能够使用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，仅仅要遍历服务端全部listener,找出和解注冊listener具有同样Binder对象的服务端listener，并把它删除掉。
同一时候RemoteCallbackList还有一个作用，当client进程终止。它会移除client所注冊的全部listener.
(2)权限验证
在注冊服务时加入permission权限验证，或是在onTransact方法中进行权限验证；
(3) AIDL訪问流程总结：
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client就能够绑定服务端service。建立连接后就能够訪问远程服务端的方法了。
6.5 ContentProvider
和Messenger一样，ContentProvider底层同样是Binder.系统预置了非常多ContentProvider，如通讯录、日程表等。仅仅需通过ContentResolver的query/update/insert/delete就能够跨进程訪问这些信息。详细实现过程例如以下：
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。
这六个进程执行在ContentProvider的进程中，除了onCreate由系统回调执行在主线程中，其它五个方法执行在Binder线程池中。
2) 注冊Provider
<provider android:name=".provider.XXProvider"
android:authorities="com.xx.xx.provider"
android:permission="com.xx.PROVIDER"
android:process=":provider">
</provider>3) 在还有一个进程中訪问我们定义的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方法来注冊观察者。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。各自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，连接须要“三次握手”。提供了超时重传机制，具有非常高的稳定性；
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();//堵塞监听client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client请求。而且堵塞直到接收到消息
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client消息，将client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client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client发来的信息" + str);
if (TextUtils.isEmpty(str)) {
//client断开了连接
Log.i("moon", "client断开连接");
break;
}
String message = "收到了client的信息为：" + str;
// 从client收到的消息加工再发送给client
out.println(message);
}
out.close();//关闭流
in.close();
client.close();
}2)注冊服务
<service
android:name=".SocketServerService"
android:process=":remote" />3) client先建立连接服务端socket
Socket socket = null;
while (socket == null) {
try {
//选择和服务器同样的端口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) client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) client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();
