25.IPC跨进程通信实践

目录介绍

• 01.整体概述
  • 1.1 项目背景
  • 1.2 遇到问题
  • 1.3 基础概念
  • 1.4 设计目标
• 02.IPC通信方式
  • 2.1 使用Intent
  • 2.2 使用文件共享
  • 2.3 使用Messenger
  • 2.4 使用AIDL
  • 2.5 使用ContentProvider
  • 2.6 使用Socket
• 03.跨进程要点
  • 3.1 如何开启多进程
  • 3.2 数据序列化
  • 3.7 方案的对比选择
• 05.方案基础设计
  • 5.1 整体架构图
  • 5.2 UML设计图
  • 5.3 关键流程图
  • 5.4 接口设计图
  • 5.5 模块间依赖关系
• 06.其他设计说明
  • 6.1 性能设计
  • 6.2 稳定性设计
  • 6.3 灰度设计
  • 6.4 降级设计
  • 6.5 异常设计

01.整体概述

1.1 项目背景

• 进程之间如何通信

1.2 遇到问题

1.3 基础概念

• IPC（Inter-Process Communication）
  • 含义即为进程间通信或者翻译为跨进程通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。
• 一般情况下，在 Android系统中一个应用就只享有一个进程
  • 在最简单的情况下一个进程可以只包含有一个线程（当然，一般情况下是不可能的），即主线程，也称为 UI 线程
• 有时候应用因为某些原因需要采用多进程模式
  • 此时如果要在应用内的不同进程间进行通信，就需要使用到 IPC 机制。或者是两个不同的应用需要进行数据交换，此时也一样需要依靠 Android 系统提供的 IPC 方案。

1.4 设计目标

02.IPC通信方式

• 使用Intent
  • Activity，Service，Receiver 都支持在 Intent 中传递 Bundle 数据，而 Bundle 实现了 Parcelable 接口，可以在不同的进程间进行传输。
• 使用文件共享
  • 可以在一个进程中序列化一个对象到文件系统中，在另一个进程中反序列化恢复这个对象（注意：并不是同一个对象，只是内容相同。）
• 使用Messenger
  • Messenger 是一种轻量级的 IPC 方案，它的底层实现是 AIDL ，可以在不同进程中传递 Message 对象，它一次只处理一个请求，在服务端不需要考虑线程同步的问题，服务端不存在并发执行的情形。
• 使用AIDL
  • 服务端，创建Service用于监听客户端的连接请求，然后创建一个AIDL接口文件，里面是将要实现的方法，注意这个方法是暴露给客户端的的，在Service中实现这个AIDL接口即可。
  • 客户端，先绑定服务端Service，绑定成功后，将服务端返回的Binder对象转换成AIDL接口所属的类型，最后调用AIDL的方法就可以了。
• 使用ContentProvider
  • 许多如通讯录、公共相册、日程表，需要跨进程访问。使用方法：继承 ContentProvider 类实现抽象方法，除 onCreate 运行在主线程里，其他五个方法均由外界回调运行在 Binder 线程池中。
  • ContentProvider 的底层数据，可以是 SQLite 数据库，可以是文件，也可以是内存中的数据。

2.1 使用Intent

• 使用介绍
  • Activity，Service，Receiver 都支持在 Intent 中传递 Bundle 数据，而 Bundle 实现了 Parcelable 接口，可以在不同的进程间进行传输。
• 举个使用场景例子
  • App通过intent调用打电话；App获取手机存储中图片资源；App监听手机屏幕亮屏和灭屏事件；App分享文件到QQ；等等，都是属于跨进程通信。

2.2 使用文件共享

• 使用介绍
  • Windows 上，一个文件如果被加了排斥锁会导致其他线程无法对其进行访问，包括读和写；而 Android 系统基于 Linux ，使得其并发读取文件没有限制地进行，甚至允许两个线程同时对一个文件进行读写操作，尽管这样可能会出问题。
  • 可以在一个进程中序列化一个对象到文件系统中，在另一个进程中反序列化恢复这个对象（注意：并不是同一个对象，只是内容相同）。SharedPreferences 是个特例，系统对它的读 / 写有一定的缓存策略，即内存中会有一份 ShardPreferences 文件的缓存，系统对他的读 / 写就变得不可靠，当面对高并发的读写访问，SharedPreferences 有很多大的几率丢失数据。因此，IPC 不建议采用 SharedPreferences。
• 举个使用场景例子
  • 待完善

2.3 使用Messenger

• Messenger 是一种轻量级的 IPC 方案
  • 它的底层实现是 AIDL ，可以在不同进程中传递 Message 对象，它一次只处理一个请求，在服务端不需要考虑线程同步的问题，服务端不存在并发执行的情形。
• 服务端进程：
  • 服务端创建一个 Service 来处理客户端请求，同时通过一个 Handler 对象来实例化一个 Messenger 对象，然后在 Service 的 onBind 中返回这个 Messenger 对象底层的 Binder 即可。
• 客户端进程：
  • 首先绑定服务端 Service ，绑定成功之后用服务端的 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，消息类型是 Message 。如果需要服务端响应，则需要创建一个 Handler 并通过它来创建一个 Messenger（和服务端一样），并通过 Message 的 replyTo 参数传递给服务端。服务端通过 Message 的 replyTo 参数就可以回应客户端了。
• 注意： 客户端和服务端是通过拿到对方的 Messenger 来发送 Message 的。
  • 客户端通过 bindService onServiceConnected 而服务端通过 message.replyTo 来获得对方的 Messenger 。
  • Messenger中有一个Handler以串行的方式处理队列中的消息。不存在并发执行，因此我们不用考虑线程同步的问题。

2.4 使用AIDL

• AIDL 是什么
  • AIDL 意思即 Android Interface Definition Language，翻译过来就是Android接口定义语言，是用于定义服务端和客户端通信接口的一种描述语言，可以拿来生成用于 IPC 的代码。从某种意义上说 AIDL 其实是一个模板，因为在使用过程中，实际起作用的并不是 AIDL 文件，而是据此而生成的一个 IInterface 的实例代码，AIDL 其实是为了避免我们重复编写代码而出现的一个模板
  • Messenger 是以串行的方式处理客户端发来的消息，如果大量消息同时发送到服务端，服务端只能一个一个处理，所以大量并发请求就不适合用Messenger，而且Messenger只适合传递消息，不能跨进程调用服务端的方法。
  • AIDL 可以解决并发和跨进程调用方法的问题，要知道Messenger本质上也是AIDL，只不过系统做了封装方便上层的调用而已。
• AIDL文件支持的数据类型
  • 基本数据类型，比如int，long，double；String 和 CharSequence
  • ArrayList ，里面的元素必须能够被 AIDL 支持；HashMap ，里面的元素必须能够被 AIDL 支持；
  • Parcelable ，实现 Parcelable 接口的对象，注意：如果 AIDL 文件中用到了自定义的 Parcelable 对象，必须新建一个和它同名的 AIDL 文件。
  • AIDL ，AIDL 接口本身也可以在 AIDL 文件中使用。
• 如何使用
  • 服务端创建一个 Service 用来监听客户端的连接请求，然后创建一个 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。
  • 绑定服务端的 Service ，绑定成功后，将服务端返回的 Binder 对象转成 AIDL 接口所属的类型，然后就可以调用 AIDL 中的方法了。
  • 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，同时客户端的线程会被挂起，如果服务端方法执行比较耗时，就会导致客户端线程长时间阻塞，导致 ANR 。
  • 客户端的 onServiceConnected 和 onServiceDisconnected 方法都在 UI 线程中。
• 服务端
  • 步骤1：新建定义AIDL文件【特别注意包名保持一致】，并声明该服务需要向客户端提供的接口。补充，如果aidl中有对象，则需要创建对象，并且实现Parcelable
  • 步骤2：在Service子类中实现AIDL中定义的接口方法，并定义生命周期的方法
  • 步骤3：在AndroidManifest.xml中注册服务 & 声明为远程服务
• 客户端
  • 步骤1：拷贝服务端的AIDL文件到目录下【需要把service端所有的aidl都拷贝到client来】
  • 步骤2：使用Stub.asInterface接口获取服务器的Binder，根据需要调用服务提供的接口方法
  • 步骤3：通过Intent指定服务端的服务名称和所在包，绑定远程Service
• 遇到一些问题
  • aidl接口是如何定义？
  • 定义后aidl接口如何编译生成.java文件？
  • aidl通信是单向还是双向？单向通信，客户端调
  • 其他注意点：注意的是需要先启动service端的apk，在启动client端的apk
• 不同的场景
  • 场景一、service 和 client 在同一个 project 中。service项目可以直接依赖client项目
  • 场景二、service 和 client 分属于不同的 project 中。将service项目中的 aidl 文件夹原封不动的拷贝到client项目中的对应位置

2.5 使用ContentProvider

• 用于不同应用间数据共享，和 Messenger 底层实现同样是 Binder 和 AIDL，系统做了封装，使用简单。
• 系统预置了许多 ContentProvider ，如通讯录、日程表，图片等，需要跨进程访问。
  • 使用方法：继承 ContentProvider 类实现 6 个抽象方法，这六个方法均运行在 ContentProvider 进程中，除 onCreate 运行在主线程里，其他五个方法均由外界回调运行在 Binder 线程池中。ContentProvider 的底层数据，可以是 SQLite 数据库，可以是文件，也可以是内存中的数据。

2.6 使用Socket

• Socket起源于 Unix，而 Unix 基本哲学之一就是“一切皆文件”
  • 都可以用“打开 open –读写 write/read –关闭 close ”模式来操作。Socket 就是该模式的一个实现，网络的 Socket 数据传输是一种特殊的 I/O，Socket 也是一种文件描述符。Socket 也具有一个类似于打开文件的函数调用： Socket()，该函数返回一个整型的Socket 描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该 Socket 实现的。
• 常用的 Socket 类型有两种：
  • 流式 Socket（SOCK_STREAM）和数据报式 Socket（SOCK_DRAM）。流式是一种面向连接的 Socket，针对于面向连接的 TCP 服务应用；数据报式 Socket 是一种无连接的 Socket ，对应于无连接的 UDP 服务应用。Socket 本身可以传输任意字节流。
• Socket 是连接应用层与传输层之间接口（API）。
  • 
    网络模型

03.跨进程要点

3.1 如何开启多进程

• 为一个 Android 应用开启多进程模式的方法有两种。
  • 第一种方法是在 AndroidManifest 中为四大组件指定 android:process 属性，为其声明要在哪个进程名下运行，即可开启多进程。
  • 第二种方法是通过 JNI 在 native 层中 fork 一个新的进程。这里只讨论第一种方法。
• Android 应用默认在命名为包名的进程下运行
  • 除非你为其指定了 android:process 属性
• 虽然开启多进程的方法并不算麻烦，但当应用开启了多进程后，其实会对来很多的负面影响，主要有以下几个：
  • 静态成员与单例模式失效
  • 线程同步机制失效
  • SharedPreferences 可靠性下降
  • Application 被创建多次
• 为了解决多进程带来的问题
  • 系统也为开发者提供了很多的跨进程通信方式，比如文件共享、ContentProvider、Messenger、AIDL、Socket 等

3.2 数据序列化

• 必须对数据序列化
  • 跨进程通信的目的就是为了进行数据交换，但并不是所有的数据类型都能被传递，除了基本数据类型外，还必须是实现了序列化和反序列化的数据类型才可以，即实现了 Serializable 接口或 Parcelable 接口的数据类型

07.进程间通信问题

• 程序世界中，存在着大量的 通信 场景。搜索我们的知识，解决 进程间通信 问题有以下几种方式：
• 管道
  • 普通管道pipe：一种 半双工 的通信方式，数据只能 单向流动 ，而且只能在具有 亲缘关系 的进程间使用。
  • 命令流管道s_pipe: 全双工，可以同时双向传输
  • 命名管道FIFO：半双工 的通信方式，允许 在 无亲缘关系 的进程间通信。
• 消息队列 MessageQueue：
  • 消息的链表，存放在内核 中 并由 消息队列标识符 标识。
  • 消息队列克服了 信号传递信息少、管道 只能承载 无格式字节流 以及 缓冲区大小受限 等缺点。
• 共享存储 SharedMemory：
  • 映射一段 能被其他进程所访问 的内存，这段共享内存由 一个进程创建，但 多个进程都可以访问。
  • 共享内存是 最快的 IPC 方式，它是针对 其他 进程间通信方式 运行效率低 而专门设计的。
  • 往往与其他通信机制一同使用，如信号量配合使用，来实现进程间的同步和通信。
• 信号量 Semaphore：
  • 是一个 计数器 ，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种 锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，
  • 其他进程也访问该资源，实现 资源的进程独占。因此，主要作为 进程间 以及 同一进程内线程间 的同步手段。
• 套接字 Socket：
  • 与其他通信机制不同的是，它可以 通过网络，在不同机器之间进行进程通信。
• 信号 signal：
  • 用于通知接收进程 某事件已发生。机制比较复杂。

其他介绍

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