android IPC（进程间通信）机制

一、多进程的情况

1.       一个应用因为某些原因自身需要采用多进程模式实现。

可能是某些模块由于特殊原因需要运行在单独的线程中；或是为了增大一个应用可以使用的内存空间。android对单个应用使用的最大内存做了限制，早期一些版本是16M,不同设备有不同的大小。

2.       当前应用需要向其他应用获取数据。

二、Android中开启多进程模式

在Android中使用多进程只有一种方式，那就是给四大组件（Activity、Service、Receiver、Contentprovider）在AndroidMenifest中指定android：process属性，如下图所示。

图 1. Android组件指定所在进程的方式

        以上分别给ProcessOneActivity和ProcessTwoActivity指定process属性。假设当前的应用包名为“com.example.aidltest”，当ProcessOneActivity启动时，系统会为它创建一个单独的进程，经常名为 “com.example.aidltest：remote”；当ProcessTwoActivity启动时，系统也会为它创建一个单独的进程，进程名为“com.example.application2”。同时入口Activity是MainActivity，没有为它指定process属性，那么它运行在默认进程中，默认进程的进程名是包名。

        可以在android studio中的DDMS视图中查看进程信息，也可是用shell来查看，命令为：adb shell ps或者 adb shell ps | grep com.example.aidltest。

        以上两种方式为ProcessOneActivity和ProcessTwoActivity指定process属性。这两种方式的区别有两方面：首先“：”的含义是指要在当前的进程名前面加上当前的包名，第二种是一种完整的命名方式，不会附加包名信息；其次，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，其他应用可以通过ShareUID方式和它跑在同一个进程中。

        Android系统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UID跑在一块的要求是：这两个应用有相同的UID并且签名相同。

三、多进程模式的运行机制

用一个例子来说明多进程模式的运行机制。新建一个UserManager类，这个类有一个静态成员变量，如下所示：

图 2. UserManager类

       然后在MainActivity的onCreate中把sUserId 赋值为2，然后打印出这个静态变量的值之后，在启动ProcessOneActivity，在ProcessOneActivity中再打印一下sUserId的值。按照正常逻辑，静态变量是可以在所有的地方共享的，并且一处有修改，处处都会同步。但是从打印日志来看，ProcessOneActivity中打印出来的sUserId值依然是1。

        出现以上问题的原因是ProcessOneActivity运行在独立的进程中，android中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。这就导致在不同的虚拟机中访问同一个类的对象会产生多分副本。所以进程“com.example.aidltest：remote”和进程“com.example.aidltest”中都存在一个UserManager类，并且这两个类是互不干扰的，在一个进程中修改sUserId的值，对其他进程不会造成任何影响。

一般来说，使用多进程会造成如下几个方面的问题：

（1）静态成员和单例模式完全失效。

（2）线程同步机制完全失效。

（3）SharedPreferences的可靠性下降。

（4）Application会多次创建

第（3）个问题，SharedPreferences不支持两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。这是因为SharedPreferences的底层是通过读写xml文件来实现的，并发写显然是会出现问题的，甚至是并发读/写都会出现问题。

第（4）个问题，当一个组件跑在一个新进程中的时候，由于系统要在创建新的进程同时分配独立的虚拟机，所以这个过程其实就是启动一个应用的过程。

运行在不同进程中的组件是属于两个不容的虚拟机和Application的。图为在application的onCreate方法中打印当前进程的名称的结果：

图 3. Application所在的当前进程

从log可以看出，Application执行了三次onCreate，并且每次的进程名都不一样。这就证实了，在多进程模式中，不同进程的组件的确会拥有独立的虚拟机、Application以及内存空间。

四、IPC基础概念介绍

Android实现跨进程通信的方式有很多，比如通过Intent来传递数据，共享文件和SharePreferences，基于Binder的Messenger和AIDL以及Socket等。为了更好的理解各种IPC方式，介绍一些基础的概念。

1.       Serializable接口

Serializable是java所提供的一个序列化接口。如果一个类需要序列化，直接实现该接口即可。

图 4. 对象的序列化和反序列化过程

        可以在类的定义中指定一个序列化标识（并不是必须的）private static final long serialVersionUID = 79248759238475

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。

注：首先，静态成员变量属于类不属于对象，所以不会参与序列化过程；其次，用transient关键字标记的成员变量不参与序列化。

1.       Parcelable接口

       只要实现Parcelable接口，一个类的对象就可以实现序列化并可以通过Intent和Binder传递。

        Serializable和Parcelable之间如何选取？

        Serializable和Parcelable都可以实现序列化并且都可以用于Intent间的数据传递。Serializable是java中的接口，使用简单但是开销很大；Parcelable是android中的序列化方式，效率很高，因此适合在android平台上使用，但是使用起来稍微麻烦；Parcelable主要用在内存序列化上。将对象序列化到存储设备中或者将对象序列化后通过网络传输使用Parcelable过程会稍显复杂，因此建议使用Serializable。

2.       Binder

       从android应用层来看，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindSercive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Binder对象，客户端可以获取服务端提供的服务或者是数据。这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

android开发中，Binder主要用在Service中，其中普通server中的Binder不涉及进程间通信，所以较简单，无法触及Binder的工作机制。用于进程通信的Binder底层是基于AIDL的，这里选择用AIDL来分析Binder的工作机制。

      新建一个AIDL文件后，SDK会为我们生产AIDL所对应的Binder类。接下来，新建一个AIDL示例。

新建Book.java、Book.aidl和IBookManager.aidl文件。

Book.java代码如下：

图 5. Book类

        Book.java是一个表示图书信息的类，该类实现了Parcelable接口；Book.aidl是Book类在AIDL中的声明。IBookManager.aidl是一个接口，里面有两个方法getBookList和addBook，分别用来从远程服务获取图书列表和往图书列表中添加一本书。

       在包 com.example.aidltest下新建aidl文件，如新建Book.aidl文件，android studio会自动新建一个aidl文件夹，并在该文件夹下生成一个com.example.aidltest包，然后将Book.aidl文件放在该包下。（注：因为已经有了Book.java文件，在新建Book.aidl文件时androidstudio 会报“Interface Name must be unique”问题,我们可以先命名为其他名字，然后再将aidl文件名字修改为Book.aidl）。

图 6. aidl目录

Book.aidl文件

图 7. Book.aidl

IBookManager.aidl文件

图 8. IBookManager.aidl

虽然IBookManager.aidl和Book.java在同一个包下，但是仍要在IBookManager中导入Book类。

编译之后，在build/generated/source/aidl/debug/包名 目录下会自动生成IBookManager.aidl对应的IBookManager.java类。这个就是系统自动生成的Binder类。下面对IBookManager.java类进行分析。

1)  IBookManager.java继承了IInterface这个接口，同时它自己也是个接口，所有可以在Binder中传输的接口都需要继承IInterface接口。

2)  声明了getBookList和addBook这两个方法，这两个方法就是在IBookManager.aidl文件中声明的方法，同时还声明了两个整型的id分别用来表示这两个方法，用于标识在transact过程中客户端所请求的到底是哪个方法。

图 9. IBookManager.java中函数声明

1)  声明了一个内部类Stub，这个Stub就是一个Binder类。Stub类有一个内部代理类Proxy，当客户端和服务端不在同一个进程时，方法调用会走transact过程，这个逻辑是由Stub的内部代理类Proxy来完成的。可以知道,这个接口的核心实现就是它的内部类Stub和Stub的内部代理类Proxy，下面详细解释这两个类。

DESCRIPTOR

        Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名标识。

asInterface(android.os.IBinderobj)

       用于将服务端的Binder对象转化成客户端所需的AIDL接口类型对象，如果客户端和服务端位于同一进程，那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身，否则返回的是系统封装后的Stub.proxy对象。

asBinder()

      返回当前Binder对象。

onTransact

       该方法运行在服务端中的Binder线程池中，当客服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处理。服务端通过code可以确定客户端所请求的目标方法是什么，然后从data中取出目标方法所需要的参数，然后执行目标方法。当目标方法执行完毕后，就向reply中写入返回值。

图 10. onTransact实现

Proxy#getBookList和Proxy#addBook

        这两个方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法时，首先创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data、输出型parcel对象_reply和返回对象List;然后把该方法的参数信息写入_data；接着调用transact方法发起RPC（远程过程调用）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。

五、android中的IPC机制

        分别介绍Android中的各种跨进程通信方式。

1.       使用Bundle

        当在一个进程中启动另一个进程的Acitivity、Service和Receiver，可以使用Bundle中附加需要传输给远程进程的信息并通过Intent发送出去。传输的数据必须能够被序列化，如基本类型、实现了Parcellable接口的兑现、实现了Serializable接口的对象以及一些Android支持的特殊对象。

2.       使用文件共享

       这种方式对文件格式没有具体要求，可以是文本文件，也可以是XML文件，只要读写双方预定数据格式即可。SharedPreference是android中提供的轻量级存储方案。

3、使用Messenger

       Messenger是一种轻量级的IPC方案，底层实现是AIDL。使用Messenger可以简单地进行进程间通信。同时，由于它一次处理一个请求，所以在服务端不用考虑线程同步的问题。实现一个Messenger有如下几个步骤，分为服务端和客户端。

（1）服务端

      首先，在服务端创建一个Service来处理客户端的连接请求，同时创建一个Handler并通过它来创建一个Messenger对象，然后在Service的onBind中返回这个Messenger对象底层的Binder即可。

图 11. 使用Messenger通信时服务端实现

（2）客户端进程

       客户端进程中，首先要绑定服务端的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，发送消息为Message对象。同样，如果需要在服务端能够回应客户端，在服务端还需要创建一个Handler并传建一个新的Messenger，并把这个Messenger对应通过Message的replyTo参数传递给服务端，服务端通过replyTo参数就可以回应客户端。

图 12. 使用Messenger通信时客户端实现

图 13. 客户端绑定Service

以上程序的功能是：客户端向服务端发送了一句话，服务端收到这句话打印出来，然后向客服端发送已经收到的消息。

通过上面的例子可以看出，在Messenger中进行数据传递必须将数据放入Message中，而Messenger和Message都实现了Parcelable接口，因此可以跨进程传输。Message中所支持的数据类型就是Messenger所支持的数据传输类型。

下面给出一张Messenger的工作原理图：

图 14. Messenger的工作原理图

注：Messeng服务端先创建一个Service用来监听客户端的连接请求，然后是以串行的方式处理客户端发来的消息，如果大量的消息同时发到服务端，服务端仍然只能一个个处理，如果有大量的并发请求，那么Messenger就不太合适。

4、使用AIDL

首先介绍一下使用AIDL来进行进程间通信的流程，分为服务端和客户端两个方面：

（1）首先创建一个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接口即可。

（2）客户端需要绑定服务端的Service，绑定成功后，将服务端返回的Binder对象转化成AIDL接口所属的类型，接着就可以调用AIDL中的方法了。

接下来对其中的细节和难点进行分析介绍：

（1）首先创建一个AIDL文件IBookManager，在里面声明两个接口方法。

    

图 15. IBookManager.aidl

AIDL文件中，不是所有与的数据类型都可以使用，AIDL文件支持的数据类型有：

1)     基本数据类型（int、long、char、boolean、double等）

2)     List：只支持ArrayList，里面每个元素都必须能够被AIDL支持

3)     Map：只支持HashMap，里面每个元素都必须能够被AIDL支持，包括key和value。

4)     Parcelable：所有实现了Parcelable接口的对象

5)     AIDL：所有的AIDl接口本身也可以在AIDL文件中使用。

        自定义的Parcelable对象和AIDL对象必须要显示import进来，不管他们是否和当前的AIDL文件位于同一个包内；另一个需要注意的地方是，如果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，例如Book这个类；除此之外，AIDL中出了基本类型，其他类型的参数必须标上方向：in、out或者inout，in表示输入型参数，out表示输出型参数，inout表示输入输出型参数；最后AIDL中只支持方法，不支持声明静态变量。

（2）远程服务端Service的实现

       首先创建一个Service，称为BookManagerService，代码如下：

图 16. 使用aidl服务端代码

在服务端定义了一个Binder类的对象mBinder，mBinder中实现了抽象类的getBookList和addBook方法。然后在Service的onBind方法中将mBinder返回。

（3）客户端的实现

客户端的代码如下：

图 17. 使用aidl客户端实现

在客户端通过IBookManager.Stub的asInterface方法得到IBookManager接口对象mRemoteBookManager，所以下面来看一下asInterface的方法实现。

        asInterface方法里首先进行了验空，这个很正常。第二步操作是调用了queryLocalInterface() 方法，这个方法是 IBinder 接口里面的一个方法，而这里传进来的IBinder 对象就是Service的onBind方法中返回的，从字面意思上看，意思大概是搜索本地是否有该对象，如果有的话就就返回。第三步是创建了一个对象返回，很显然，这就是我们的目标。接下来，果断看看BookManager.Stub.Proxy 类：

       看到这里，我们几乎可以确定：Proxy 类确实是我们的目标，客户端最终通过这个类与服务端进行通信。接下来看看getBooks()方法具体做了什么：

在这段代码里有几个需要说明的地方，不然容易看得云里雾里的：

1. 关于 _data 与 _reply 对象：一般来说，我们会将方法的传参数据存入_data 中，而将方法的返回值的数据存入 _reply 中。
2. 关于 transact() 方法：这是客户端和服务端通信的核心方法。调用这个方法之后，客户端将会挂起当前线程，等候服务端执行完相关任务后通知并接收返回的 _reply 数据流。关于这个方法的传参，这里有两点需要说明的地方：

• 方法 ID ：transact() 方法的第一个参数是一个方法 ID ，这个是客户端与服务端约定好的给方法的编码，彼此一一对应。在AIDL文件转化为 .java 文件的时候，系统将会自动给AIDL文件里面的每一个方法自动分配一个方法 ID。
• 第四个参数：transact() 方法的第四个参数是一个 int 值，它的作用是设置进行 IPC 的模式，为 0 表示数据可以双向流通，即 _reply 流可以正常的携带数据回来，如果为 1 的话那么数据将只能单向流通，从服务端回来的 _reply 流将不携带任何数据。

注：AIDL生成的 .java 文件的这个参数均为 0。

接下来总结一下在 Proxy 类的方法里面一般的工作流程：

1)     生成 _data 和 _reply 数据流，并向 _data 中存入客户端的数据。

2)     通过 transact() 方法将它们传递给服务端，并请求服务端调用指定方法。

3)     接收 _reply 数据流，并从中取出服务端传回来的数据。

注意事项：

1. 另外需要注意的是，当activity绑定service的时候，如果service和activity在一个进程中，那么service和activity就是在一个线程中，所以在service中不要做耗时的操作，以免主线程阻塞，出现ANR。客户端调用远程服务的方法，被调用的方法运行在服务端的binder线程池中，同时客户端线程会被挂起，这个时候如果服务端方法执行比较耗时的话，就会导致客户端线程长时间的阻塞在这里，而如果这个客户端线程是UI线程的话，就会导致客户端ANR，因此如果我们明确知道某个远程方法是耗时的，那么就要避免在客户端的UI线程中去调用。由于客户端的onServiceConnected和onServiceDisconnected方法都是在UI线程中，所以不能在这两个方法中调用service耗时方法。
2. l如果service端和client端是在同一个进程的话，那么在两端之间传输的对象都是同一个，也就是说发出端的对象传到接收端还是它自己。如果不在同一个进程的话，那么发出端的对象传到接收端，就会创建一个一模一样的对象，接收端的对象在接收端的内存中，发送端的对象在发送端的内存中，所以这是两个对象。设想一种情况，多进程使用AIDL的情况下如果在service端维护一个列表List<Book> books。然后在client端生成一个Book的实例（书名叫book1）传给service，并加入到books中，那么按理来说此时service的books中应该有一本书，并且书名也叫book1。然后此时client再把刚刚生成的book实例传给后台，判断service中的books是否存在这本书，books.contains(book)，然而会发现返回的是false，并不存在这本书。这里会觉得很奇怪，明明刚刚已经添加那本书，怎么可能拿不到。这其实是因为第一次client端将book1传给service的时候，底层创建了一个新的book2，只是book2和book1的书名一样，但其实是两个对象了。所以service的books中持有的其实是book2，然后第二次client端将book1传给service的时候，其实service拿到的是book3，然后通过book3区去books中找，当然是找不到了。那有什么办法解决呢？办法当然还是有的啦。可以重写equals方法，通过比较两本书的bookName是否一样，如果bookName一样，则说明是一本书，不一样则是不一样的书。如果在service端维护的是IInterface实现类的列表话，可以使用RemoteCallbackList<? implements IInterface> interfaces。RemoteCallbackList的内部有一个Map结构专门用来保存所有的AIDL回调。这个Map的Key是IBinder类型，value是Callback类型。

还有其他两种IPC方式，这里就不详细介绍了。

使用ContentProvider

使用Socket