目錄
- 前言
- 爲什麼要使用多進程?
- 爲什麼需要“跨進程通訊”?
- 跨進程通訊的方式有哪些?
- 使用AIDL實現一個多進程消息推送
- 實現思路
- 例子具體實現
- 知其然,知其所以然。
- 跨進程的回調接口
- DeathRecipient
- 權限驗證
- 根據不同進程,做不同的初始化工作
- 總結
- 結語
爲什麼要使用多進程
- 對於進程的概念,來到這裏的都是編程修仙之人,就不再囉嗦了,相信大家倒着、跳着、躺着、各種姿勢都能背出來。
- 相信很多同學在實際開發中,基本都不會去給app劃分進程,而且,在Android中使用多進程,還可能需要編寫額外的進程通訊代碼,還可能帶來額外的Bug,這無疑加大了開發的工作量,在很多創業公司中工期也不允許,這導致了整個app都在一個進程中。
整個app都在一個進程有什麼弊端?
- 在Android中,虛擬機分配給各個進程的運行內存是有限制值的(這個值可以是32M,48M,64M等,根據機型而定),試想一下,如果在app中,增加了一個很常用的圖片選擇模塊用於上傳圖片或者頭像,加載大量Bitmap會使app的內存佔用迅速增加,如果你還把查看過的圖片緩存在了內存中,那麼OOM的風險將會大大增加,如果此時還需要使用WebView加載一波網頁,我就問你怕不怕!
微信,微博等主流app是如何解決這些問題的?
- 微信移動開發團隊在 《Android內存優化雜談》 一文中就說到:“對於webview,圖庫等,由於存在內存系統泄露或者佔用內存過多的問題,我們可以採用單獨的進程。微信當前也會把它們放在單獨的tools進程中”。
下面我們使用adb查看一下微信和微博的進程信息(Android 5.0以下版本可直接在“設置 -> 應用程序”相關條目中查看):
進入adb shell後,使用 “ps | grep 條目名稱” 可以過濾出想要查看的進程。
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可以看到,微信的確有一個tools進程,而新浪微博也有image相關的進程,而且它們當中還有好些其它的進程,比如微信的push進程,微博的remote進程等,這裏可以看出,他們不單單只是把上述的WebView、圖庫等放到單獨的進程,還有推送服務等也是運行在獨立的進程中的。
- 一個消息推送服務,爲了保證穩定性,可能需要和UI進程分離,分離後即使UI進程退出、Crash或者出現內存消耗過高等情況,仍不影響消息推送服務。
可見,合理使用多進程不僅僅是有多大好處的問題,我個人認爲而且是很有必要的。
所以說,我們最好還是根據自身情況,考慮一下是否需要拆分進程。這也是本文的初衷:給大家提供一個多進程的參考思路,在遇到上述問題和場景的時候,可以考慮用多進程的方法來解決問題,又或者,在面試的時候,跟面試官聊到這方面的知識時候也不至於尷尬。
爲什麼需要“跨進程通訊”
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Android的進程與進程之間通訊,有些不需要我們額外編寫通訊代碼,例如:把選擇圖片模塊放到獨立的進程,我們仍可以使用startActivityForResult方法,將選中的圖片放到Bundle中,使用Intent傳遞即可。(看到這裏,你還不打算把你項目的圖片選擇弄到獨立進程麼?)
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但是對於把“消息推送Service”放到獨立的進程,這個業務就稍微複雜點了,這個時候可能會發生Activity跟Service傳遞對象,調用Service方法等一系列複雜操作。
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由於各個進程運行在相對獨立的內存空間,所以它們是不能直接通訊的,因爲程序裏的變量、對象等初始化後都是具有內存地址的,舉個簡單的例子,讀取一個變量的值,本質是找到變量的內存地址,取出存放的值。
- 不同的進程,運行在相互獨立的內存(其實就可以理解爲兩個不同的應用程序),顯然不能直接得知對方變量、對象的內存地址,這樣的話也自然不能訪問對方的變量,對象等。此時兩個進程進行交互,就需要使用跨進程通訊的方式去實現。簡單說,跨進程通訊就是一種讓進程與進程之間可以進行交互的技術。
跨進程的通訊方式有哪些
- 四大組件間傳遞Bundle;
- 使用文件共享方式,多進程讀寫一個相同的文件,獲取文件內容進行交互;
- 使用Messenger,一種輕量級的跨進程通訊方案,底層使用AIDL實現(實現比較簡單,博主開始本文前也想了一下是否要說一下這個東西,最後還是覺得沒有這個必要,Google一下就能解決的問題,就不囉嗦了);
- 使用AIDL(Android Interface Definition Language),Android接口定義語言,用於定義跨進程通訊的接口;
- 使用ContentProvider,常用於多進程共享數據,比如系統的相冊,音樂等,我們也可以通過ContentProvider訪問到;
- 使用Socket傳輸數據。
- 接下來本文將重點介紹使用AIDL進行多進程通訊,因爲AIDL是Android提供給我們的標準跨進程通訊API,非常靈活且強大(貌似面試也經常會問到,但是真正用到的也不多…)。上面所說的Messenger也是使用AIDL實現的一種跨進程方式,Messenger顧名思義,就像是一種串行的消息機制,它是一種輕量級的IPC方案,可以在不同進程中傳遞Message對象,我們在Message中放入需要傳遞的數據即可輕鬆實現進程間通訊。
- 但是當我們需要調用服務端方法,或者存在併發請求,那麼Messenger就不合適了。而四大組件傳遞Bundle,這個就不需要解釋了,把需要傳遞的數據,用Intent封裝起來傳遞即可,其它方式不在本文的討論範圍。
下面開始對AIDL的講解,各位道友準備好渡劫了嗎?
使用AIDL使用一個跨進程消息推送
像圖片選擇這樣的多進程需求,可能並不需要我們額外編寫進程通訊的代碼,使用四大組件傳輸Bundle就行了,但是像推送服務這種需求,進程與進程之間需要高度的交互,此時就繞不過進程通訊這一步了。下面我們就用即時聊天軟件爲例,手動去實現一個多進程的推送例子,具體需求如下:
- UI和消息推送的Service分兩個進程;
- UI進程用於展示具體的消息數據,把用戶發送的消息,傳遞到消息Service,然後發送到遠程服務器;
- Service負責收發消息,並和遠程服務器保持長連接,UI進程可通過Service發送消息到遠程服務器,Service收到遠程服務器消息通知UI進程;
- 即使UI進程退出了,Service仍需要保持運行,收取服務器消息。
實現思路
先來整理一下實現思路:
- 創建UI進程(下文統稱爲客戶端);
- 創建消息Service(下文統稱爲服務端);
- 把服務端配置到獨立的進程(AndroidManifest.xml中指定process標籤);
- 客戶端和服務端進行綁定(bindService);
- 讓客戶端和服務端具備交互的能力。(AIDL使用);
例子具體實現
爲了閱讀方便,下文中代碼將省略非重點部分,可以把本文完整代碼Clone到本地再看文章:
Step0. AIDL調用流程概覽
開始之前,我們先來概括一下使用AIDL進行多進程調用的整個流程:
- 客戶端使用bindService方法綁定服務端;
- 服務端在onBind方法返回Binder對象;
- 客戶端拿到服務端返回的Binder對象進行跨進程方法調用;
整個AIDL調用過程概括起來就以上3個步驟,下文中我們使用上面描述的例子,來逐步分解這些步驟,並講述其中的細節。
Step1.客戶端使用bindService方法綁定服務端
1.1 創建客戶端和服務端,把服務端配置到另外的進程
- 創建客戶端 -> MainActivity;
- 創建服務端 -> MessageService;
- 把服務端配置到另外的進程 -> android:process=”:remote”
上面描述的客戶端、服務端、以及把服務端配置到另外進程,體現在AndroidManifest.xml中,如下所示:
開啓多進程的方法很簡單,只需要給四大組件指定android:process標籤。
1.2 綁定MessageService到MainActivity
創建MessageService:
此時的MessageService就是剛創建的模樣,onBind中返回了null,下一步中我們將返回一個可操作的對象給客戶端。
客戶端MainActivity調用bindService方法綁定MessageService
這一步其實是屬於Service組件相關的知識,在這裏就比較簡單地說一下,啓動服務可以通過以下兩種方式:
- 使用bindService方法 -> bindService(Intent service, ServiceConnection conn, int flags);
- 使用startService方法 -> startService(Intent service);
bindService & startService區別:使用bindService方式,多個Client可以同時bind一個Service,但是當所有Client unbind後,Service會退出,通常情況下,如果希望和Service交互,一般使用bindService方法,使用onServiceConnected中的IBinder對象可以和Service進行交互,不需要和Service交互的情況下,使用startService方法即可。
正如上面所說,我們是要和Service交互的,所以我們需要使用bindService方法,但是我們希望unbind後Service仍保持運行,這樣的情況下,可以同時調用bindService和startService(比如像本例子中的消息服務,退出UI進程,Service仍需要接收到消息),代碼如下:
Stpe2.服務端在onBind方法返回Binder對象
2.1 首先,什麼是Binder?
要說Binder,首先要說一下IBinder這個接口,IBinder是遠程對象的基礎接口,輕量級的遠程過程調用機制的核心部分,該接口描述了與遠程對象交互的抽象協議,而Binder實現了IBinder接口,簡單說,Binder就是Android SDK中內置的一個多進程通訊實現類,在使用的時候,我們不用也不要去實現IBinder,而是繼承Binder這個類即可實現多進程通訊。
2.2 其次,這個需要在onBind方法返回的Binder對象從何而來?
在這裏就要引出本文中的主題了——AIDL多進程中使用的Binder對象,一般通過我們定義好的 .adil 接口文件自動生成,當然你可以走野路子,直接手動編寫這個跨進程通訊所需的Binder類,其本質無非就是一個繼承了Binder的類,鑑於野路子走起來麻煩,而且都是重複步驟的工作,Google提供了 AIDL 接口來幫我們自動生成Binder這條正路,下文中我們圍繞 AIDL 這條正路繼續展開討論(可不能把人給帶偏了是吧)
2.3 定義AIDL接口
很明顯,接下來我們需要搞一波上面說的Binder,讓客戶端可以調用到服務端的方法,而這個Binder又是通過AIDL接口自動生成,那我們就先從AIDL搞起,搞之前先看看注意事項,以免出事故:
AIDL支持的數據類型:
- Java 編程語言中的所有基本數據類型(如 int、long、char、boolean 等等)
- String和CharSequence
- Parcelable:實現了Parcelable接口的對象
- List:其中的元素需要被AIDL支持,另一端實際接收的具體類始終是 ArrayList,但生成的方法使用的是 List 接口
- Map:其中的元素需要被AIDL支持,包括 key 和 value,另一端實際接收的具體類始終是 HashMap,但生成的方法使用的是 Map 接口
其他注意事項:
- 在AIDL中傳遞的對象,必須實現Parcelable序列化接口;
- 在AIDL中傳遞的對象,需要在類文件相同路徑下,創建同名、但是後綴爲.aidl的文件,並在文件中使用parcelable關鍵字聲明這個類;
- 跟普通接口的區別:只能聲明方法,不能聲明變量;
- 所有非基礎數據類型參數都需要標出數據走向的方向標記。可以是 in、out 或 inout,基礎數據類型默認只能是 in,不能是其他方向。
下面繼續我們的例子,開始對AIDL的講解~
2.4 創建一個AIDL接口,接口中提供發送消息的方法(Android Studio創建AIDL:項目右鍵 -> New -> AIDL -> AIDL File),代碼如下:
一個比較尷尬的事情,看了很多文章,從來沒有一篇能說清楚in、out、inout這三個參數方向的意義,後來在stackoverflow上找到能理解答案(https://stackoverflow.com/questions/4700225/in-out-inout-in-a-aidl-interface-parameter-value),**我翻譯一下大概意思:**
- 被“in”標記的參數,就是接收實際數據的參數,這個跟我們普通參數傳遞一樣的含義。在AIDL中,“out” 指定了一個僅用於輸出的參數,換而言之,這個參數不關心調用方傳遞了什麼數據過來,但是這個參數的值可以在方法被調用後填充(無論調用方傳遞了什麼值過來,在方法執行的時候,這個參數的初始值總是空的),這就是“out”的含義,僅用於輸出。
- 而“inout”顯然就是“in”和“out”的合體了,輸入和輸出的參數。區分“in”、“out”有什麼用?這是非常重要的,因爲每個參數的內容必須編組(序列化,傳輸,接收和反序列化)。in/out標籤允許Binder跳過編組步驟以獲得更好的性能。
上述的MessageModel爲消息的實體類,該類在AIDL中傳遞,實現了Parcelable序列化接口,代碼如下:
手動實現Parcelable接口比較麻煩,安利一款AS自動生成插件android-parcelable-intellij-plugin創建完MessageModel這個實體類,別忘了還有一件事要做:”在AIDL中傳遞的對象,需要在類文件相同路徑下,創建同名、但是後綴爲.aidl的文件,並在文件中使用parcelable關鍵字聲明這個類“。代碼如下:
對於沒有接觸過aidl的同學,光說就能讓人懵逼,來看看此時的項目結構壓壓驚:
我們剛剛新增的3個文件:
- MessageSender.aidl -> 定義了發送消息的方法,會自動生成名爲MessageSender.Stub的Binder類,在服務端實現,返回給客戶端調用
- MessageModel.java -> 消息實體類,由客戶端傳遞到服務端,實現了Parcelable序列化
- MessageModel.aidl -> 聲明瞭MessageModel可在AIDL中傳遞,放在跟MessageModel.java相同的包路徑下
OK,相信此時懵逼已解除~
2.5 在服務端創建MessageSender.aidl這個AIDL接口自動生成的Binder對象,並返回給客戶端調用,服務端MessageService代碼如下:
MessageSender.Stub是Android Studio根據我們MessageSender.aidl文件自動生成的Binder對象(至於是怎樣生成的,下文會有答案),我們需要把這個Binder對象返回給客戶端。
2.6 客戶端拿到Binder對象後調用遠程方法
調用步驟如下:
- 在客戶端的onServiceConnected方法中,拿到服務端返回的Binder對象;
- 使用MessageSender.Stub.asInterface方法,取得MessageSender.aidl對應的操作接口;
- 取得MessageSender對象後,像普通接口一樣調用方法即可。
此時客戶端代碼如下:
在客戶端中我們調用了MessageSender的sendMessage方法,向服務端發送了一條消息,並把生成的MessageModel對象作爲參數傳遞到了服務端,最終服務端打印的結果如下:
這裏有兩點要說:
- 服務端已經接收到客戶端發送過來的消息,並正確打印;
- 服務端和客戶端區分兩個進程,PID不一樣,進程名也不一樣;
到這裏,我們已經完成了最基本的使用AIDL進行跨進程方法調用,也是Step.0的整個細化過程,可以再回顧一下Step.0,既然已經學會使用了,接下來…全劇終。。。
如果寫到這裏全劇終,那跟鹹魚有什麼區別…
知其然,知其所以然
我們通過上述的調用流程,看看從客戶端到服務端,都經歷了些什麼事,看看Binder的上層是如何工作的,至於Binder的底層,這是一個非常複雜的話題,本文不深究。(如果看到這裏你又想問什麼是Binder的話,請手動倒帶往上看…)
我們先來回顧一下從客戶端發起的調用流程:
- MessageSender messageSender = MessageSender.Stub.asInterface(service);
- messageSender.sendMessage(messageModel);
拋開其它無關代碼,客戶端調跨進程方法就這兩個步驟,而這兩個步驟都封裝在 MessageSender.aidl 最終生成的 MessageSender.java 源碼(具體路徑爲:build目錄下某個子目錄,自己找,不爽你來打我啊 )
請看下方代碼和註釋,前方高能預警…
只看代碼的話,可能會有點懵逼,相信結合代碼再看下方的流程圖會更好理解:
從客戶端的sendMessage開始,整個AIDL的調用過程如上圖所示,asInterface方法,將會判斷onBind方法返回的Binder是否存處於同一進程,在同一進程中,則進行常規的方法調用,若處於不同進程,整個數據傳遞的過程則需要通過Binder底層去進行編組(序列化,傳輸,接收和反序列化),得到最終的數據後再進行常規的方法調用。
敲黑板:對象跨進程傳輸的本質就是 序列化,傳輸,接收和反序列化 這樣一個過程,這也是爲什麼跨進程傳輸的對象必須實現Parcelable接口
跨進程的回調接口
- 在上面我們已經實現了從客戶端發送消息到跨進程服務端的功能,接下來我們還需要將服務端接收到的遠程服務器消息,傳遞到客戶端。有同學估計會說:“這不就是一個回調接口的事情嘛”,設置回調接口思路是對的,但是在這裏使用的回調接口有點不一樣,在AIDL中傳遞的接口,不能是普通的接口,只能是AIDL接口,所以我們需要新建一個AIDL接口傳到服務端,作爲回調接口。
新建消息收取的AIDL接口MessageReceiver.aidl:
接下來我們把回調接口註冊到服務端去,修改我們的MessageSender.aidl:
以上就是我們最終修改好的aidl接口,接下來我們需要做出對應的變更:
- 在服務端中增加MessageSender的註冊和反註冊接口的方法;
- 在客戶端中實現MessageReceiver接口,並通過MessageSender註冊到服務端。
客戶端變更,修改MainActivity:
客戶端主要有3個變更:
- 增加了messageReceiver對象,用於監聽服務端的消息通知;
- onServiceConnected方法中,把messageReceiver註冊到Service中去;
- onDestroy時候解除messageReceiver的註冊。
下面對服務端MessageServie進行變更:
服務端主要變更:
- MessageSender.Stub實現了註冊和反註冊回調接口的方法;
- 增加了RemoteCallbackList來管理AIDL遠程接口;
- FakeTCPTask模擬了長連接通知客戶端有新消息到達。(這裏的長連接可以是XMPP,Mina,Mars,Netty等,這裏弄個假的意思意思,有時間的話咱開個帖子聊聊XMPP)
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這裏還有一個需要講一下的,就是RemoteCallbackList,爲什麼要用RemoteCallbackList,普通ArrayList不行嗎?當然不行,不然幹嘛又整一個RemoteCallbackList ,registerReceiveListener 和 unregisterReceiveListener在客戶端傳輸過來的對象,經過Binder處理,在服務端接收到的時候其實是一個新的對象,這樣導致在 unregisterReceiveListener 的時候,普通的ArrayList是無法找到在 registerReceiveListener 時候添加到List的那個對象的,但是它們底層使用的Binder對象是同一個,RemoteCallbackList利用這個特性做到了可以找到同一個對象,這樣我們就可以順利反註冊客戶端傳遞過來的接口對象了。
- RemoteCallbackList在客戶端進程終止後,它能自動移除客戶端所註冊的listener,它內部還實現了線程同步,所以我們在註冊和反註冊都不需要考慮線程同步,的確是個666的類。(至於使用ArrayList的幺蛾子現象,大家可以自己試試,篇幅問題,這裏就不演示了)
到此,服務端通知客戶端相關的代碼也寫完了,運行結果無非就是正確打印就不貼圖了,可以自己Run一下,打印的時候注意去選擇不同的進程,不然瞪壞屏幕也沒有日誌。
DeathRecipient
你以爲這樣就完了?too young too simple…
不知道你有沒有感覺到,兩個進程交互總是覺得缺乏那麼一點安全感…比如說服務端進程Crash了,而客戶端進程想要調用服務端方法,這樣就調用不到了。此時我們可以給Binder設置一個DeathRecipient對象,當Binder意外掛了的時候,我們可以在DeathRecipient接口的回調方法中收到通知,並作出相應的操作,比如重連服務等等。
DeathRecipient的使用如下:
- 聲明DeathRecipient對象,實現其binderDied方法,當binder死亡時,會回調binderDied方法;
- 給Binder對象設置DeathRecipient對象。
在客戶端MainActivity聲明DeathRecipient:
Binder中兩個重要方法:
- linkToDeath -> 設置死亡代理 DeathRecipient 對象;
- unlinkToDeath -> Binder死亡的情況下,解除該代理。
此外,Binder中的isBinderAlive也可以判斷Binder是否死亡
權限驗證
就算是公交車,上車也得嘀卡對不,如果希望我們的服務進程不想像公交車一樣誰想上就上,那麼我們可以加入權限驗證。
介紹兩種常用驗證方法:
- 在服務端的onBind中校驗自定義permission,如果通過了我們的校驗,正常返回Binder對象,校驗不通過返回null,返回null的情況下客戶端無法綁定到我們的服務;
- 在服務端的onTransact方法校驗客戶端包名,不通過校驗直接return false,校驗通過執行正常的流程。
自定義permission,在Androidmanifest.xml中增加自定義的權限:
服務端檢查權限的方法:
根據不同進程,做不同的初始化工作
相信前一兩年很多朋友還在使用Android-Universal-Image-Loader來加載圖片,它是需要在Application類進行初始化的。打個比如,我們用它來加載圖片,而且還有一個圖片選擇進程,那麼我們希望分配更多的緩存給圖片選擇進程,又或者是一些其他的初始化工作,不需要在圖片選擇進程初始化怎麼辦?
這裏提供一個簡單粗暴的方法,博主也是這麼幹的…直接拿到進程名判斷,作出相應操作即可:
每個進程創建,都會調用Application的onCreate方法,這是一個需要注意的地方,我們也可以根據當前進程的pid,拿到當前進程的名字去做判斷,然後做一些我們需要的邏輯,我們這個例子,拿到的兩個進程名分別是:
- 客戶端進程:com.example.aidl
- 服務端進程:com.example.aidl:remote
總結
- 多進程app可以在系統中申請多份內存,但應合理使用,建議把一些高消耗但不常用的模塊放到獨立的進程,不使用的進程可及時手動關閉;
- 實現多進程的方式有多種:四大組件傳遞Bundle、Messenger、AIDL等,選擇適合自己的使用場景;
- Android中實現多進程通訊,建議使用系統提供的Binder類,該類已經實現了多進程通訊而不需要我們做底層工作;
- 多進程應用,Application將會被創建多次;
結語
這篇文章斷斷續續寫了很久,而且我相信真正使用起來的同學可能不多,選擇這樣一個話題我是吃力不討好… 但是我還是希望可以在這裏提供一個完整的解決方案給大家。簡單的多進程使用,而且效果顯著的,比如把圖片選擇和WebView配置到獨立的進程,這個我希望可以大家行動起來。這篇文章的知識點非常多,理解起來可能不是太容易,如果有興趣,我建議你手動去寫一下,然後不理解的地方,打斷點看看是什麼樣的運行步驟。
對於面試的同學,如果在面試過程中說到多進程,跟面試官聊得開,估計也是能加點分的,或者在實際工作中,一些使用多進程可以更好地解決問題的地方,你可以在會議中拍桌猛起,跟主管說:“我有一個大膽的想法…”,這樣裝 X 也不錯(當然,被炒了的話就不關我的事了…)
文章不易,如果大家喜歡這篇文章,或者對你有幫助希望大家多多點贊轉發關注哦。文章會持續更新的。絕對乾貨!!!