Android学习之路(20) 进程间通信

IPC

IPC为 (Inter-Process Communication) 缩写，称为进程间通信或跨进程通信，指两个进程间进行数据交换的过程。安卓中主要采用 Binder 进行进程间通信，当然也支持其他 IPC 方式，如：管道，Socket，文件共享，信号量等。

Binder简介

1.为什么使用Binder？

性能方面：

在移动设备上（性能受限制的设备，比如要省电），广泛地使用跨进程通信对通信机制的性能有严格的要求，Binder相对于传统的Socket方式，更加高效。Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，共享内存方式一次内存拷贝都不需要，但实现方式又比较复杂。

Binder传输数据的过程：一次拷贝

Socket传输数据的过程：两次拷贝

安全方面：

传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证，比如 Socket 通信的IP地址是客户端手动填入，很容易进行伪造。然而，Binder机制从协议本身就支持对通信双方做身份校检，从而大大提升了安全性。

2.Binder原理

从进程角度来看IPC（Interprocess Communication）机制

每个Android的进程，只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间。例如，对应一个4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间。当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间是不能共享的，而内核空间却是可共享的。Client进程向Server进程通信，恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的。Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法与内核空间的驱动进行交互。

Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及Binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。架构图如下所示：

Binder通信的四个角色

• Client进程：使用服务的进程。
• Server进程：提供服务的进程。
• ServiceManager进程：

ServiceManager 的作用是将字符形式的 Binder 名字转化成 Client 中对该 Binder 的引用，使得 Client 能够通过 Binder 名字获得对 Server中Binder 实体的引用。

• Binder驱动：

​驱动负责进程之间 Binder 通信的建立，Binder在进程之间的传递，Binder引用计数管理，数据包在进程之间的传递和交互等一系列底层支持。

3.Binder间数据传递

进程间数据传递都是需要序列化的。Serializable 和 Parcelable 接口都可以完成序列化，通过 Intent 和 Binder传输数据时候就需要使用 Serializable 和 Parcelable 。

区别和联系：

Serializable 是 Java中提供的接口，序列化和反序列化需要大量的 I/O 操作，开销比较大。而 Parcelable 是安卓中的序列化方式，效率高。Parcelable 主要用在内存序列化上，Serializable 主要用在用于文件，网络中传递。

Binder

Binder 是 Android 中的一个类，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，可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动为 /dev/binder。

​ 从 Framework 的角度：

Binder 是 ServiceManager 连接各种 Manager(ActivityManager，WindowManager) 和 ManagerService 的桥梁。

​ 从应用层的角度

Binder 是客户端和服务端进行通信的媒介，当 bindService 时，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，客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据，包括普通服务和 AIDL 服务。

Android中IPC方式

1.使用 Bundle
Bundle 实现了 Parcelable 接口，可以通过 Intent 进行传递。当从一个进程启动另一个进程的 Activity 时，可以在 Bundle 中附加参数，这些数据必须是能够被序列化的。

2.使用文件共享
A进程往文件中写数据，B进程从文件中读数据。在 Windows上，一个文件如果被加了排斥锁将会导致其他线程无法对其进行访问。而 Andorid 是基于 Linux，是的其支持并发 读/写 可以无限制的进行，但是需要注意并发安全问题。

SharedPreferences 是 Android中轻量级的存储方案，通过键值对来存储数据，采用 xml 文件来保存键值对。因为 Android 系统对 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，在多进程下，系统对它的读写变得不可靠。SharedPreferences 的 get 个 put 方法都是经过 synchronized 修饰的。

3.使用 Messenger
Messenger 也被翻译为信使，通过它可以在不同的进程间传递 Message 对象，在 Message 中放入我们需要传递的数据。它的底层也是常用 AIDL。

服务端通过 Handler 创建一个 Messenger，然后在 Servce 的 onBind 方法中返回这个 Messenger 对象的底层的 Binder即可。客户端通过服务端返回的 IBinder 就可以创建 Messenger来服务端发消息了。

4.使用 AIDL

AIDL 意思即 Android Interface Definition Language，翻译过来就是Android接口定义语言，是用于定义服务器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

进程间的通信，速度快(系统底层直接是共享内存)，性能稳，效率高，一般进程间通信就用它. AIDL是Binder机制向外提供的接口，目的就是为了方便对Binder的使用.

5.使用 ContentProvider
​ ContentProvider 是 Android 提供的专门用于不同应用间进行数据共享的方式，它的底层实现也是 Binder。

6.使用 Socket
​ Socket 也被称为 “套接字”，分为流式套接字和用户数据报套接字两种，分别对应于网络传输控制层中的 TCP 和 UDP协议。

IPC各种方式比较

Binder连接池

在这种模式下，整个工作机制是这样的；每个业务模块创建自己的AIDL接口并实现此接口，这个时候不同业务模块之间是不能有耦合的，所有实现细节我们要单独开来，然后向服务端提供自己的唯一标识和其对应的Binder对象；对于服务端来说，只需要一个Service就可以了，服务端提供一个queryBinder接口，这个接口能够根据业务模块的特征来返回相应的Binder对象给它们，不同的业务模块拿到所需的Binder对象后就可以进行远程方法调用了。由此可见，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，从而避免了重复创建Service的过程，它的工作原理如图所示。

Binder的使用

定义接口

Binder机制通常用于实现进程间的接口调用,我们需要先定义Binder接口。一个典型的Binder接口如下:

public interface IBookManager {
  public void addBook(Book book);
  public void deleteBook(int bookId);
  public Book getBook(int bookId);
  public List getBooks();
}
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这是一个书管理的Binder接口,包含增加书籍、删除书籍、获取书籍等方法。

实现Binder接口

然后我们需要实现上面的Binder接口,并继承自Binder类,这样这个类的实例就代表了一个Binder实体,可以跨进程传输。

public class BookManager extends Binder implements IBookManager {
  public void addBook(Book book) { ... }
  public void deleteBook(int bookId) { ... }
  public Book getBook(int bookId) { ... }
  public List getBooks() { ... }
} 
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在Server端注册Binder实体

在提供服务的进程内,我们需要将Binder实体注册到ServiceManager中。这样当其他进程想访问这个Binder实体时,就可以从ServiceManager中获取它。

public class BookManagerService extends Service {
  private final BookManager bookManager = new BookManager();
  
  public void onCreate() {
    super.onCreate();
    publishBinderService(CMD_BOOK_MANAGER, bookManager);
  }
}
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在onCreate()方法中我们通过publishBinderService()方法将bookManagerBinder实体发布到ServiceManager中,这样其他进程就可以通过CMD_BOOK_MANAGER这个key来获取这个Binder实体了。

在Client端获取Binder代理并调用

在客户端进程中,我们可以通过ServiceManager访问Server发布的Binder实体。

public void queryBookManager() {
  // 获取ServiceManager的代理
  IBinder service = ServiceManager.getService(CMD_BOOK_MANAGER);
  
  // 通过服务端返回的IBinder对象生成Binder代理
  IBookManager bookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service);
  
  // 通过代理调用服务端的方法
  List books = bookManager.getBooks();
  ... 
} 
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我们首先通过ServiceManager获取要访问的Binder实体,这个会返回一个IBinder对象。然后通过IBookManager.Stub.asInterface(service)将IBinder对象转成客户端所需的IBookManager接口类型,这个对象就是Binder代理。我们可以通过这个代理对象调用服务端IBookManager接口中的方法。

至此,我们完成了一个跨进程的Binder通信的全过程。客户端通过Binder代理访问服务器提供的服务,服务器通过Binder实体来处理客户端的请求。这整套机制都建立在Binder驱动之上,Binder驱动负责将双方的请求和回复进行传递。