Android(安卓)IPC原理分析小结

简介

理解Android的跨进程通信原理的关键是Binder。Binder是Android中独有的跨进程通信方式，底层的支持是Binder Driver，需要知道的是Linux 内核中并不包含Binder Driver，也就是说Linux并不对Android中的Binder跨进程通信方式提供支持。

跨进程通信是需要内核空间作为支持的。传统的IPC机制如管道、Socket都是内核的一部分，因此通过内核支持实现进程间通信自然是没问题的。但是Binder并不是Linux系统内核的一部分，那该怎么办呢？幸好，Linux支持动态内核可加载模块的机制，模块是具有独立功能的程序，它可以被单独的编译，但是不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分运行。这样Android就可以动态添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程通过这个内核模块作为桥梁实现通信。

在Android系统中，这个运行在内核空间，负责各个用户进程通过Binder实现通信的内核模块就是Binder驱动。

品尝前，建议先阅读：内存映射、Binder原理

本文基于Binder分析Android中的跨进程通信方式 - AIDL。

Android中的Messenger、ContentProvider底层都是基于AIDL，因此，掌握了AIDL的工作原理也就间接掌握了其余的跨进程通讯方案了。

本文资料来源“艺术探索”，重读此书，仅作学习笔记，备忘。

Android中的多进程模式

在Android中使用多进程只有一种方法，那就是给四大组件在AndroidManifest中指定android:process属性，除此之外没有其他方法。

关于android:process属性的设置，有两种方式：

进程名以"："开头的进程是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，其他应用通过ShareUID方式可以和它跑在同一个进程中。

小知识点：Android系统会为每一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。这里需要说明的是，两个应用通过ShareUID跑在同一个进程中是有要求的，需要这两个应用有相同的ShareUID并且签名相同才可以。在这种情况下，它们可以相互访问对方的私有数据，比如data目录，组件信息等，不管它们是否跑在同一个进程中。当然如果它们跑在同一个进程中，那么除了能共享data目录、组件信息，还可以共享内存数据，或者说它们看起来就像一个应用的两个部分。

多进程模式下注意事项

Android 会为每一个应用分配一个独立的虚拟机，或者说为每一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。

public class UserManager {public static int userId = 1;}

如上代码，我们在MainActivity中将userId赋值为2，在SecondActivity（通过android:process运行在单独的进程中）中打印userId，会发现userId的值是1，而不是2。

一般来说，使用多进程会造成如下几个方面的问题：

静态成员和单例模式完全失效；
线程的同步机制完全失效；
SP的可靠性下降；
Application会创建多次；

第一个问题和第二个问题原因类似。

第三个问题是因为SP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，因为SP底层是通过读/写XML文件来实现的，并发写显然是可能出问题的，甚至并发读/写都有可能出问题。

第四个问题也是显而易见的，由于系统要在创建新的进程的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。因此，相当于系统又把这个应用重新启动了一遍，既然重新启动了，那么自然就会创建新的Application。即运行在同一个进程中的组件是属于同一个虚拟机和同一个Application的，同理，运行在不同进程中的组件是属于两个不同的虚拟机和Application的。

小结：以上问题产生的原因是多进程模式中，不同的进程拥有独立的虚拟机、Application、内存空间。

通过AIDL实现Binder

Binder是Android中的一个类，实现了IBinder接口。

IPC角度，Binder是Android中的一种跨进程通讯方式；
Android FrameWork角度，Binder是ServiceManager连接各种Manager(ActivityManager、WindowManager等)和相应ManagerService的桥梁；
Android 应用层角度，Binder是客户端与服务器端进行通信的媒介；

想要具体了解Binder的工作原理：Binder原理。

示例相关代码：

-  Book.javapublic class Book implements Parcelable {    private String name;    protected Book(Parcel in) {        name = in.readString();    }......}

Book在跨进程通信中使用，因此需要序列化，实现Parcelable接口。Parcelable主要用在内存序列化上。如下两种情况虽然通过Parcelable也是可以的，但是过程会稍微复杂，建议使用Seriallizable。

将对象序列化到存储设备中；
通过网络传输；

-  Book.aidlpackage com.json.ipctest;parcelable Book;

在AIDL文件中，如果用到了自定义的Parcelable对象，必须新建一个和它同名的AIDL文件。

注：定义如上文件的时候，先定义Book.aidl文件然后按照上述格式书写代码即可。否则，如果先定义Book.java，再定义Book.aidl的时候，AS会提示命名冲突。

-  IBookManager.aidlpackage com.json.ipctest;import com.json.ipctest.Book;interface IBookManager {    List getBooks();    void addBook();}

自定义的Parcelable对象和AIDL对象必须显式import进来，不管它们是否和当前的AIDL文件位于同一个包内。

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AIDL文件定义完成，Android就为我们生成了一个Binder的抽象子类。

AIDL文件的本质：只是Android提供给我们的快速构建满足业务需求Binder的工具。我们完全可以抛开AIDL，手动完成自定义Binder。自定义的方式可以参照AIDL生成的Binder子类。

如下代码所示：

package com.json.ipctest;public interface IBookManager extends android.os.IInterface {    /**     * Local-side IPC implementation stub class.     * Stub 继承自Binder，因此Stub就是一个Binder     * 自定义Binder需继承android.os.Binder，实现android.os.IInterface及用户自定义接口，比如IBookManager。即可。     */    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.json.ipctest.IBookManager {        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.json.ipctest.IBookManager";        /**         * Construct the stub at attach it to the interface.         */        public Stub() {            // 将Binder的唯一标识与Binder绑定，可用于queryLocalInterface            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);        }        /**         * Cast an IBinder object into an com.json.ipctest.IBookManager interface,         * generating a proxy if needed.         *          */        public static com.json.ipctest.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {            if ((obj == null)) {                return null;            }            // 查询是否为跨进程Binder            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);            if (((iin != null) && (iin instanceof com.json.ipctest.IBookManager))) {                return ((com.json.ipctest.IBookManager) iin);            }            return new com.json.ipctest.IBookManager.Stub.Proxy(obj);        }        @Override        public android.os.IBinder asBinder() {            return this;        }        // 该方法运行在服务器端。用于RPC调用        @Override        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {            java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;            switch (code) {                case INTERFACE_TRANSACTION: {                    reply.writeString(descriptor);                    return true;                }                case TRANSACTION_getBooks: {                    data.enforceInterface(descriptor);                    java.util.List _result = this.getBooks();                    reply.writeNoException();                    reply.writeTypedList(_result);                    return true;                }                case TRANSACTION_addBook: {                    data.enforceInterface(descriptor);                    this.addBook();                    reply.writeNoException();                    return true;                }                default: {                    return super.onTransact(code, data, reply, flags);                }            }        }        // 若为跨进程通讯，则obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)返回该内部类        private static class Proxy implements com.json.ipctest.IBookManager {            // mRemote 为BinderProxy            private android.os.IBinder mRemote;            Proxy(android.os.IBinder remote) {                mRemote = remote;            }            @Override            public android.os.IBinder asBinder() {                return mRemote;            }            public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {                return DESCRIPTOR;            }            @Override            public java.util.List getBooks() throws android.os.RemoteException {                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();                java.util.List _result;                try {                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);                    // 执行transact，会调用远程服务端的onTransact方法                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBooks, _data, _reply, 0);                    _reply.readException();                    _result = _reply.createTypedArrayList(com.json.ipctest.Book.CREATOR);                } finally {                    _reply.recycle();                    _data.recycle();                }                return _result;            }            @Override            public void addBook() throws android.os.RemoteException {                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();                try {                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);                    _reply.readException();                } finally {                    _reply.recycle();                    _data.recycle();                }            }        }        static final int TRANSACTION_getBooks = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);        static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);    }    public java.util.List getBooks() throws android.os.RemoteException;    public void addBook() throws android.os.RemoteException;}

IBookManager.java类结构乍看感觉结构清晰，其实IBookManager.java的实现可以分成两个文件，这样你会发现更容易一眼看明白。我们也可以按照这个步骤，不依赖于AIDL，完全自定义我们需要的Binder。

public interface IBookManager extends android.os.IInterface {static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.json.ipctest.IBookManager";static final int TRANSACTION_getBooks = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);    public java.util.List getBooks() throws android.os.RemoteException;    public void addBook() throws android.os.RemoteException;}

public abstrace class BookManager extends android.os.Binder implements IBookManager {// 重写如下方法asInterfaceasBinderonTransact// Proxy 内部类private static class Proxy implements IBookManager {// 重写如下方法asBindergetInterfaceDescriptorgetBooksaddBook }}

使用示例：

public class LocalProcessService extends Service {    @Override    public IBinder onBind(Intent intent) {        return new MyBinder();    }    private class MyBinder extends IBookManager.Stub {        @Override        public List getBooks() throws RemoteException {            Log.e("getBooks", "getBooks");            return null;        }        @Override        public void addBook() throws RemoteException {            Log.e("addBook", "addBook");        }    }}

分析AIDL生成的IBookManager.java类，IBookManager.java这个类继承自android.os.IInterface，同时它自己也还是个接口。所有可以在Binder中传输的接口都需要继承IInterface接口。

只看上述提出的一堆代码，可能头顶还是一堆问号？

因此，还是老规矩，上图。通过图一目了然，看清把握整体。

第一张：跨进程通信原理

第二张：Binder的工作原理

由2图可知，当客户端发起远程请求时，由于当前线程会被挂起直至服务端进程返回数据。所以如果一个远程方法是很耗时的，那么不能在UI线程中发起此请求；其次，由于服务端的Binder方法是运行在Binder线程池中的，所以Binder方法不管是否耗时都应该采用同步的方式去实现，因为它已经运行在了一个单独的线程中了。

详细分析：

DESCRIPTOR

Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示；

asInterface

用于将服务端的Binder对象转换为客户端所需的AIDL接口类型的对象，这种转换过程是区分进程的。如果客户端和服务器端位于同一个进程，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

此方法用于返回当前的Binder对象。

onTransact

这个方法运行在服务端中的Binder线程池中，当客户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。该方法参数中code可以确定客户端所请求的目标方法是什么，接着从data中取出目标方法所需的参数，然后执行目标方法。当目标方法执行完毕之后，就向reply中写入返回值。如果该方法返回值为false，那么客户端的请求就会失败，利用这一点，我们可以做权限验证，我们也不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

linkToDeath与unLinkToDeath

Binder运行在服务器端进程，如果服务器端由于某种原因异常终止了，这会导致Binder连接断裂，即我们的远程调用失败。如果我们不知道Binder的连接断裂了，那么客户端的功能就会受到影响。为了解决这个问题，Binder提供了linkToDeath和unLinkToDeath。我们可以给Binder设置一个死亡代理，当Binder死亡的时候，我们可以收到通知。

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其他知识点：

反序列化得到的对象只是内容上和序列化的对象是一样的，但它们本质上还是两个对象。
Messenger使用方法简单，但是它一次处理一个请求，即串行的方式。通过Messenger来传递Message，Message中能使用的载体只有what、arg1、arg2、Bundle以及replyTo。Message的另一个字段object在同一个进程中是很实用的，但是在进程间通讯的时候，在Android 2.2以前object字段不支持跨进程传输，即便2.2以后，也仅仅是系统提供的实现了Parcelable接口的对象才能通过它来传输。这意味着我们自定义的Parcelable对象是无法通过object字段来传输的。
AIDL相关：

1、支持的数据类型：

基本数据类型、String、CharSequence、List、Map、Parcelable、AIDL。

2、除了基本的数据类型，其他数据类型的参数必须标上方向：in - 输入型参数，out - 表示输出型参数、inout - 输入输出型参数

3、AIDL接口只支持方法，不支持声明静态常量。

4、为了方便AIDL开发，建议把所有和AIDL相关的类和文件全部放入同一个包中，这样做的好处是，当客户端是另外一个应用时，我们可以直接把整个包复制到客户端工程中。{AS目前新建AIDL相关已经是在单独的包中了}

5、需要注意的是，AIDL的包结构在服务端和客户端要保持一致，否则运行会出错，这是因为客户端需要反序列化服务端中和AIDL接口相关的所有类，如果类的完整路径不一样的话，就无法成功反序列化，程序也就无法的正常的运行了。

6、AIDL方法是在服务端的Binder线程池中执行的，因此当多个客户端同时连接的时候，会存在多个线程同时访问的情形，所以我们要在AIDL方法中处理线程同步问题。

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考虑情形：跨进程通讯中的”观察者模式“，需要解决哪些问题？

我们需要提供一个接口，因为观察者模式需要用到，但是这个接口不是普通的接口，而是AIDL接口。因为AIDL中无法使用普通的接口。
解注册的时候，会发现无法完成解注册，为啥？

在日常的开发中使用的解注册方式是没什么问题的，但是放在多进程中就会产生问题，这是为啥呢？因为Binder会把客户端传递过来的对象重新转化并生成一个新的对象。虽然在注册和解注册的时候我们用的是同一个客户端对象，但是通过Binder传递到服务端就会产生两个全新的对象，别忘了对象是不能跨进程直接传输的，对象的跨进程传输本质上都是反序列化的过程。

如何解决？

RemoteCallBackList是系统专门提供用于删除跨进程listener的接口。

几种跨进程通讯方式对比：

简介

Android中的多进程模式

多进程模式下注意事项

通过AIDL实现Binder

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