Android IPC机制

Posted 2022-11-28 天耀106

    1、android IPC简介

    IPC是Inter-Process Communication的缩写，含义为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。说起进程间通信，我们首先要理解什么是进程，什么是线程，进程和线程是截然不同的概念。按照操作系统中的描述，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。而进程一般指一个执行单元，在PC和移动设备上指一个程序或一个应用。一个进程可以包含多个线程，因此进程和线程是包含与被包含的关系。最简单的情况下，一个进程中可以只有一个线程，即主线程，在Android里面主线程也叫UI线程，在UI线程里才能操作界面元素。很多时候，一个进程中需要执行大量耗时的任务，如果这些任务放在主线程中去执行就会造成界面无法响应，严重影响用户体验，这种情况在PC系统和移动系统中都存在，在Android中有一个特殊的名字叫做ANR（Application Not Responding)，即应用无响应。解决这个问题就需要用到线程，把一些耗时的任务放在线程中即可。

    IPC不是Android中所独有的，任何一个操作系统都需要有相应的IPC机制，比如Windows上可以通过剪切板、管道和邮槽等来进行进程间通信；Linux上可以通过命名管道、共享内容、信号量等来进行进程间通信。可以看到不同的操作系统平台有着不同的进程间通信方式，对于Android 来说，它是一种基于Linux内核的移动操作系统，它的进程间通信方式并不能完全继承自Linux，相反，它有自己的进程间通信方式。在Android中最有特色的进程间通信方式就是Binder了，通过Binder可以轻松地实现进程间通信。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，当然同一个设备上的两个进程通过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。这个是很好理解的，如果只有一个进程在运行，又何谈多进程呢？多进程的情况分为两种。第一种情况是一个应用因为某些原因自身需要采用多进程模式来实现，至于原因，可能有很多，比如有些模块由于特殊原因需要运行在单独的进程中，又或者为了加大一个应用可使用的内存所以需要通过多进程来获取多份内存控件。Android对单个应用所使用的最大内存做了限制，早期的一些版本可能是16MB，不同设备有不同的大小。另一种情况是当前应用需要向其他应用获取数据，由于是两个应用，所以必须采用跨进程的方式来获取所需的数据，甚至我们通过系统提供的ContentProvider去查询数据的时候，其实也是一种进程间通信，只不过通信细节被系统内部屏蔽了，我们无法感知而已。总之，不管由于何种原因，我们采用了多进程的设计方法，那么应用中就必须妥善地处理进程间通信的各种问题。

    在正式介绍进程间通信之前，我们必须先要理解Android中的多进程模式。通过给四大组件指定android:process属性，我们可以轻易地开启多进程模式，这看起来很简单，但是实际使用过程中却暗藏杀机，多进程远远没有我们想的那么简单，有时候我们通过多进程得到的好处甚至都不足以弥补使用多进程所带来的代码层面的负面影响。下面会详细分析这些问题。

    2、Android中的多进程模式

    1、开启多进程模式

    正常情况下，在Android中多进程是指一个应用中存在多个进程的情况，因此这里不讨论两个应用之间的多进程情况。首先，在Android中使用多进程只有一种方法，那就是给四大组件（Activity,Service,Receiver,ContentProvider）在AndroidManifest中指定android:process属性，除此之外没有其他办法，也就是说我们无法给一个线程或者一个实体类指定运行时所在的进程。其实还有另一种非常规的多进程方法，那就是通过JNI在native层去fork一个新的进程，但是这种方式属于特殊情况，也不是常用的创建多进程的方式，因此我们暂时不考虑这种方式。下面是一个示例，描述了如何在Android中创建多进程：

    上面的示例分别为LoginActivity和TestActivity指定了process属性，并且它们的属性值不同，这意味着当前又增加了两个新进程。当前应用的包名为“lwl.tianyao.lwlproject”,当TestActivity启动时，系统会为它创建一个单独的进程，进程名为“lwl.tianyao.lwlproject:remote”;当LoginActivity启动时，系统也会为它创建一个单独的进程，进程名为“lwl.tianyao.lwlproject.remote”。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，默认进程的进程名为包名。下面我们运行一下看看效果，如图所示。进程列表存在3个进程，id分别为11955，11977，12023。

    除了在Android Studio的Android Profiler 的视图查看进程信息，还可以用shell来查看，命令为adb shell ps | grep lwl.tianyao.lwlproject，其中lwl.tianyao.lwlproject是包名。

 不知道读者朋友有没有注意到，LoginActivity和TestActivity的android:process属性分别为“lwl.tianyao.lwlproject.remote”和“:remote”,那么这两种方式有区别吗？其实是有区别的，区别有两方面：首先，“:”的含义是指当前的进程名前面附加上当前的包名，这是一种简写的方式。而对于LoginActivity的声明方式，它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。

    我们知道Android系统会为每个应用分配一个唯一的UID，具有相同的UID的应用才能共享数据。这里要说明的是，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，它们可以互相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是一个应用的两个部分。

    2、多进程模式的运行机制

    如果用一句话来形容多进程，那笔者只能这样说：“当应用开启了多进程以后，各种奇怪的现象都出现了”。为什么这么说呢？这是有原因的。大部分人都认为开启多进程是很简单的事情，只需要给四大组件指定android:process属性即可。比如说在实际的产品开发中，可能会有多进程的需求，需要把某些组件放在单独的进程中去运行，很多人都会觉得这不很简单吗？然后迅速地给那些组件指定了android:process属性，然后编译运行，发现“正常地运行起来了”。这里笔者想说的是，那是真的正常地运行起来了吗？现在先不置可否，下面先给举个例子：TestActivity通过指定android:process属性从而使其运行在一个独立的进程中，我们新建了一个类，叫做UserManager，这个类中有一个public的静态成员变量，如下所示。

package lwl.tianyao.lwlproject;
public class UserManager 
    public static int sUserId = 1;

    然后在MainActivity的onCreate中我们把这个sUserId重新赋值为2，打印出这个静态变量的值后再启动TestActivity,在TestActivity中我们再打印一下sUserId的值。按照正常的逻辑，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，我们看一下结果如何。

06-11 18:12:54.419 17344-17344/lwl.tianyao.lwlproject I/UserManager: MainActivity:2
06-11 18:12:54.651 17364-17364/? I/UserManager: TestActivity:1

    发现结果和我们想的完全不一致，正常情况下TestActivity中打印的sUserId的值应该是2才对，但是从日志上看它竟然还是1，可是我们的确已经在MainActivity中把sUserId重新赋值为2了。看到这里，大家应该明白了这就是多进程所带来的问题，多进程绝非只是仅仅指定一个android:process属性那么简单。

    上述问题出现的原因是TestActivity运行在一个单独的进程中，我们知道Android为每一个应用分配了一个独立的虚拟机，或者说为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份副本。