IPC机制总结

Posted 2021-03-12 chen-ying

IPC机制

进程间通信

• 进程和线程
  • 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。
  • 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者一个应用。一个进程可以包含多个线程。
• 多进程情况
  • 一个应用出自某些原因采用多进程模式实现，比如希望通过多进程获取多份内存空间。
  • 当前应用需要向其他应用获取数据。
  • 某些模块有运行在单独进程中的需要。
• android中的进程间通信方式
  • Binder实现进程间通信
  • Socket实现任意两个终端之间的通信或者一个设备上的两个进程间的通信。

Android中的多进程模式

• 开启多进程模式

  • 给四大组件在AndroidMenifest中指定android：process属性。
  • 非常规：通过JNI在native层去fork一个新的进程。

• 多进程模式的运行机制

  多进程绝非仅仅是指定一个android：process属性那么简单。一般来说，使用多进程会造成以下一个方面的问题：

  1. 静态成员变量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。

  因为Android为每个应用/进程分配了独立的虚拟机，不同的虚拟机在内存分配上占有不同的地址空间，就导致了不同虚拟机中访问同一个对象会产生多分副本。所有运行在不同进程中的四大组件，只要通过内存来共享数据都会失败，这也是多进程带来的主要影响。

  为了解决这些问题，系统提供了很多跨进程通信方法。

IPC基础概念

Serializable和Serializable接口都可以完成对象序列化的过程，序列化是将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。在序列化期间，对象将其当前状态写入到临时或持久性存储区。以后，可以通过从存储区中读取或反序列化对象的状态，重新创建该对象。

• Serializable接口

  Java提供的一个序列化接口，在类声明中指定一个private static final long serialVersionUID（序列化后的数据中的serialVersionUID只有和当前类的相同才能够正常的被反序列化），采用ObjectInputStream和ObjectOutputStream可以实现序列化。需要注意的是：序列化恢复的对象和原对象内容完全一样，但是两者并不是同一个对象。

  serialVersionUID的工作机制：序列化时系统会把当前类的serialVersionUID写入序列化文件或者其它中介中，当反序列化的时候系统又回去检测文件中的serialVersionUID，看他是否和当前类的serialVersionUID一致，如果一致就说明序列化的类的版本和当前版本是相同的，这个时候可以成功反序列化。

  另外，静态成员变量不属于类不属于对象，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也不参与序列化过程。

• Parcelable接口

  实现这个接口，一个类的对象就可以通过Intent和Binder传递。 系统已经为我们提供了许多实现了Parcelable接口的类，可以直接序列化，比如Intent、Bundle、Bitmap等等，同时List和Map也可以序列化，前提是它们里面每个元素都是可以序列化的。

Parcelable和Serializable的比较：

Serializable的作用是为了保持对象的属性到本地文件、数据库、网络流以方便数据传输，当然这种传输可以是进程内或者不同进程之间的，Serializable开销很大，在序列化和反序列化当中需要进行大量的I/O操作，效率不高。主要用于数据持久化和网络传输。

相较而言，Parcelable是Android中的序列化方式，效率很高，内存开销较小，主要用在内存序列上， 是为了在不同组件间以及不同Android应用间（AIDL）高效传输数据而设计，Parcelable是通过IBinder通信的消息的载体 。将对象序列化到存储设备或者网络传输也是可以的，但是过程较Serializable稍微复杂，而且因为Android不同版本Parcelable可能不同，所以不推荐使用Parcelable进行数据持久化。

• Binder

  直观来说，Binder是Android中的一个类，它实现了IBinder接口。从IPC的角度看，Binder是Android中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，他的设备驱动是/dev/binder,该通信方式在Linux中没有；从Android Framework的角度说，Binder是ServiceManager连接各种Manager和响应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，通过这个Binder对象，客户端可以获取服务端提供的服务或者数据，包括普通服务和基于AIDL的服务。

Android中的IPC方式

• 使用Bundle

  四大组件中的三大组件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，可以方便地在不同的进程之间传输。

• 使用文件共享

  由于Android系统基于Linux，使其并发读写文件可以没有限制的进行，但是也必须考虑可能出现的线程安全问题，比较适合对于数据同步要求不高的进程之间通信。

  其中，对于SharedPreferences存储来说，系统对它的读写有一定的缓存策略，即在内存中会有一份SharedPreferences文件的缓存，所以再多进程模式下，系统对它的读写就变得不可靠，在并发读写时有很大几率丢失数据，因此不建议在进程间通信时使用。

• 使用Messenger（略过）

  Messenger可以在不同进程中传递Message对象，轻松实现数据的进程间传递。使用方法很简单，对AIDL做了封装，可以很简便地进行进程间通信。

• 使用AIDL

  • 服务端创建Service监听客户端的连接请求，然后创建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。
  • 客户端首先需要绑定服务端的Service，绑定成功后将服务端返回的Binder对象转换成为AIDL接口所属的类型，接着就可以调用AIDL中的方法了。
  • AIDL接口的创建与远程服务端Service的实现和客户端的实现、

• 使用ContentProvider（待补充）

• 使用Socket

  可以通过Socket来实现进程间的通信，Socket也称为“套接字”，分为流式套接字和用户数据报套接字两种，分别对应了网络传输控制层中的TCP和UDP协议。通过Socket不仅仅能够实现进程间的通信，还可以实现设备间的通信，前提是这些设备之间的IP地址互相可见。

Binder连接池

Binder连接池的主要作用就是将每个业务模块的Binder请求统一转发到远程Service中去执行，从而避免重复创建Service的过程，可以大大提高AIDL的开发效率。

选择合适的IPC方式

选择合适的IPC方式完成多进程的开发场景。

名称	优点	缺点	适用场景
Bundle	简单易用	只能传输Bundle支持的数据类型	四大组件间的进程间通信
文件共享	简单易用	不适合高并发场景，并且无法做到进程间的即时通信	无并发访问情景，交换简单的数据实时性不高的场景
AIDL	功能强大，支持一对多并发通信，支持实时通信	使用稍复杂，需要处理好线程同步	一对多通信而且有RPC（远程过程调用）需求
Messenger	功能一般，支持一对多串行通信，支持实时通信	不能很好地处理高并发情形，不能支持RPC，数据通过Message进行传输，因此只能传输Bundle支持的数据类型	低并发的一对多即时通信，无RPC需求，或者无需要返回结果的RPC需求
ContentProvider	在数据源访问方面功能强大，支持一对多并发数据共享，可以通过Call方法扩展其他操作	可以理解为受约束的AIDL，主要提供数据源的CRUD操作	一对多的进程间数据共享
Socket	功能强大，可以通过网络传输字节流，支持一对多并发实时通信	实现细节稍微繁琐，不支持直接的RPC	网络数据交换