Android中的IPC机制

本是古典何须时尚 2022-06-17 12:29 206阅读 0赞

### Android IPC简介 ###

IPC是Inter-Process Communication的缩写，含义就是进程间通信或者跨进程通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。那么什么是进程，什么是线程，进程和线程是两个截然不同的概念。在操作系统中，线程是CPU调度的最小单元，同时线程是一种有限的系统资源。而进程指的一个执行单元，在PC和移动设备上指的是一个程序或者一个应用。一个进程可以包含多个线程，因此进程和线程是包含被包含的关系，最简单情况下，一个进程可以只有一个线程，即主线程，在Android里面也叫UI线程，在UI线程里才能操作界面元素。

那么在Android中，有特色的进程间通信方式就是Binder了，通过Binder可以轻松实现进程间通信。除了Binder，Android还支持Socket，通过Socket也可以实现任意两个终端之间的通信，当然一个设备上的两个进程之间通过Socket通信自然也是可以的。

说到IPC的使用场景就必须提到多进程，只有面对多进程这种场景下，才需要考虑进程间通信。所有运行在不同进程中的四大组件，只要它们之间需要通过内存来共享数据，都会共享失败，这也是多进程所带来的主要影响。正常情况下，四大组件中间不可能不通过一些中间层来共享数据，那么通过简单地指定进程名来开启多进程都会无法正确运行。一般来说，使用多进程会造成如下几方面的问题：

*  静态成员和单例模式完全失效
 *  线程同步机制完全失效
 *  SharedPreferences的可靠性下降
 *  Application会多次创建

为了解决这个问题，系统提供了很多跨进程通信方法，虽然说不能直接地共享内存，但是通过跨进程通信我们还是可以实现数据交互。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SharedPreference，基于Binder的Messenger和AIDL以及Socket等。

### IPC基础概念介绍 ###

Serializable接口

Serializable是Java提供的一个序列化接口，它是一个空接口，为对象标准的序列化和反序列化操作。使用Serializable来实现序列化相当简单，一句话即可。

public class User implements Serializable { private static final long seriaVersionUID = 519067123721295773L }

Parcelable接口

Parcel内部包装了可序列化的数据，可以在Binder中自由传输，在序列化过程中需要实现的功能有序列化、反序列化和内容描述序列化功能有`writeToParcel`方法来完成，最终是通过Parcel中的一系列`write`方法来完成的。用法如下：

public class MyParcelable implements Parcelable { // You can include parcel data types private int mData; private String mName; // We can also include child Parcelable objects. Assume MySubParcel is such a Parcelable: private MySubParcelable mInfo; // This is where you write the values you want to save to the `Parcel`. // The `Parcel` class has methods defined to help you save all of your values. // Note that there are only methods defined for simple values, lists, and other Parcelable objects. // You may need to make several classes Parcelable to send the data you want. @Override public void writeToParcel(Parcel out, int flags) { out.writeInt(mData); out.writeString(mName); out.writeParcelable(mInfo, flags); } // Using the `in` variable, we can retrieve the values that // we originally wrote into the `Parcel`. This constructor is usually // private so that only the `CREATOR` field can access. private MyParcelable(Parcel in) { mData = in.readInt(); mName = in.readString(); mInfo = in.readParcelable(MySubParcelable.class.getClassLoader()); } public MyParcelable() { // Normal actions performed by class, since this is still a normal object! } // In the vast majority of cases you can simply return 0 for this. // There are cases where you need to use the constant `CONTENTS_FILE_DESCRIPTOR` // But this is out of scope of this tutorial @Override public int describeContents() { return 0; } // After implementing the `Parcelable` interface, we need to create the // `Parcelable.Creator<MyParcelable> CREATOR` constant for our class; // Notice how it has our class specified as its type. public static final Parcelable.Creator<MyParcelable> CREATOR = new Parcelable.Creator<MyParcelable>() { // This simply calls our new constructor (typically private) and // passes along the unmarshalled `Parcel`, and then returns the new object! @Override public MyParcelable createFromParcel(Parcel in) { return new MyParcelable(in); } // We just need to copy this and change the type to match our class. @Override public MyParcelable[] newArray(int size) { return new MyParcelable[size]; } }; }

Serializable和Parcelable区别

Serializable是Java中的序列化接口，其使用起来简单但是开销很大，在序列化和反序列化过程中需要大量的I/O操作。而Parcelable是Android中的序列化方式，因此更适合用在Android平台上，它的缺点就是使用起来稍微麻烦点，但是它的效率很高。

Binder  
直观来说，Binder是Android中的一个类，它实现了IBinder接口。从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信方式，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，该通信方式在Linux中没有。从Android Framework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager(ActivityManager、WindowManager等等)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，客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

![Binder工作机制][Binder]

### Android中的IPC方式 ###

使用Bundler

我们知道，四大组件中三大组件（activity、service、receiver）都是支持在Intent中传递Bundle数据的，由于Bundle实现了Parcelable接口，所以它可以方便地在不同的进程间传输。

使用文件共享

共享文件也是一种不错的进程间通信方式，两个进程间通过读/写同一个文件来交换数据，比如A进程把数据写入文件，B进程通过读取这个文件来获取数据。

使用Messenger

Messenger可以翻译为信使，顾名思义，通过它可以在不同进程中传递Message对象，在Message中放入我们需要传递的数据，就可以轻松地实现数据的进程间传递。Messenger是一种轻量级的IPC方案，它的底层实现是AIDL，实现Messenger有以下两个步骤，分为服务端进程和客户端进程。

![Messenger工作原理][Messenger]

使用AIDL

远程服务跨进程通信的一种方式。

使用ContentProvider

ContentProvider是Android中提供的专门用于不同应用间进行数据共享的方式，它的底层实现同样也是Binder。

使用Socket

Socket也称为“套接字”，是网络通信中的概念，它分为流式套接字和用户数据套接字两种，分别应于网络的传输控制层中的TCP和UDP协议。

选用合适的IPC方式

![不同IPC方式比较][IPC]

[Binder]: /images/20220617/e330e8333e7a4b168b48ad9135c939df.png
[Messenger]: /images/20220617/1f66f26819064379b8fd3bd1b0514aed.png
[IPC]: /images/20220617/7b32409fe1ba4ed9bd4cecef473aa32d.png