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巧用Android多进程,Android多进程教程

  • 时间:2017-06-16
  • 发布:Android培训
  • 来源:Android教程

1、前言
对于进程的概念,来到这里的都是编程修仙之人,就不再啰嗦了,相信大家倒着、跳着、躺着、各种姿势都能背出来。
2、为什么要使用多进程?
相信很多同学在实际开发中,基本都不会去给app划分进程,而且,在Android中使用多进程,还可能需要编写额外的进程通讯代码,还可能带来额外的Bug,这无疑加大了开发的工作量,在很多创业公司中工期也不允许,这导致了整个app都在一个进程中。
整个app都在一个进程有什么弊端?
在Android中,虚拟机分配给各个进程的运行内存是有限制值的(这个值可以是32M,48M,64M等,根据机型而定),试想一下,如果在app中,增加了一个很常用的图片选择模块用于上传图片或者头像,加载大量Bitmap会使app的内存占用迅速增加,如果你还把查看过的图片缓存在了内存中,那么OOM的风险将会大大增加,如果此时还需要使用WebView加载一波网页,我就问你怕不怕!
微信,微博等主流app是如何解决这些问题的?
微信移动开发团队在《Android内存优化杂谈》一文中就说到:“对于webview,图库等,由于存在内存系统泄露或者占用内存过多的问题,我们可以采用单独的进程。微信当前也会把它们放在单独的tools进程中”。
下面我们使用adb查看一下微信和微博的进程信息(Android5.0以下版本可直接在“设置->应用程序”相关条目中查看):
进入adbshell后,使用“ps|grep条目名称”可以过滤出想要查看的进程。
可以看到,微信的确有一个tools进程,而新浪微博也有image相关的进程,而且它们当中还有好些其它的进程,比如微信的push进程,微博的remote进程等,这里可以看出,他们不单单只是把上述的WebView、图库等放到单独的进程,还有推送服务等也是运行在独立的进程中的。一个消息推送服务,为了保证稳定性,可能需要和UI进程分离,分离后即使UI进程退出、Crash或者出现内存消耗过高等情况,仍不影响消息推送服务。
可见,合理使用多进程不仅仅是有多大好处的问题,我个人认为而且是很有必要的。
所以说,我们最好还是根据自身情况,考虑一下是否需要拆分进程。这也是本文的初衷:给大家提供一个多进程的参考思路,在遇到上述问题和场景的时候,可以考虑用多进程的方法来解决问题,又或者,在面试的时候,跟面试官聊到这方面的知识时候也不至于尴尬。
3、为什么需要“跨进程通讯”?
Android的进程与进程之间通讯,有些不需要我们额外编写通讯代码,例如:把选择图片模块放到独立的进程,我们仍可以使用startActivityForResult方法,将选中的图片放到Bundle中,使用Intent传递即可。(看到这里,你还不打算把你项目的图片选择弄到独立进程么?)
但是对于把“消息推送Service”放到独立的进程,这个业务就稍微复杂点了,这个时候可能会发生Activity跟Service传递对象,调用Service方法等一系列复杂操作。
由于各个进程运行在相对独立的内存空间,所以它们是不能直接通讯的,因为程序里的变量、对象等初始化后都是具有内存地址的,举个简单的例子,读取一个变量的值,本质是找到变量的内存地址,取出存放的值。不同的进程,运行在相互独立的内存(其实就可以理解为两个不同的应用程序),显然不能直接得知对方变量、对象的内存地址,这样的话也自然不能访问对方的变量,对象等。此时两个进程进行交互,就需要使用跨进程通讯的方式去实现。简单说,跨进程通讯就是一种让进程与进程之间可以进行交互的技术。
4、跨进程通讯的方式有哪些?
四大组件间传递Bundle;
使用文件共享方式,多进程读写一个相同的文件,获取文件内容进行交互;
使用Messenger,一种轻量级的跨进程通讯方案,底层使用AIDL实现(实现比较简单,博主开始本文前也想了一下是否要说一下这个东西,最后还是觉得没有这个必要,Google一下就能解决的问题,就不啰嗦了);
使用AIDL(AndroidInterfaceDefinitionLanguage),Android接口定义语言,用于定义跨进程通讯的接口;
使用ContentProvider,常用于多进程共享数据,比如系统的相册,音乐等,我们也可以通过ContentProvider访问到;
使用Socket传输数据。
接下来本文将重点介绍使用AIDL进行多进程通讯,因为AIDL是Android提供给我们的标准跨进程通讯API,非常灵活且强大(貌似面试也经常会问到,但是真正用到的也不多…)。上面所说的Messenger也是使用AIDL实现的一种跨进程方式,Messenger顾名思义,就像是一种串行的消息机制,它是一种轻量级的IPC方案,可以在不同进程中传递Message对象,我们在Message中放入需要传递的数据即可轻松实现进程间通讯。但是当我们需要调用服务端方法,或者存在并发请求,那么Messenger就不合适了。而四大组件传递Bundle,这个就不需要解释了,把需要传递的数据,用Intent封装起来传递即可,其它方式不在本文的讨论范围。
下面开始对AIDL的讲解,各位道友准备好渡劫了吗?
5、使用AIDL实现一个多进程消息推送
像图片选择这样的多进程需求,可能并不需要我们额外编写进程通讯的代码,使用四大组件传输Bundle就行了,但是像推送服务这种需求,进程与进程之间需要高度的交互,此时就绕不过进程通讯这一步了。
下面我们就用即时聊天软件为例,手动去实现一个多进程的推送例子,具体需求如下:
UI和消息推送的Service分两个进程;
UI进程用于展示具体的消息数据,把用户发送的消息,传递到消息Service,然后发送到远程服务器;
Service负责收发消息,并和远程服务器保持长连接,UI进程可通过Service发送消息到远程服务器,Service收到远程服务器消息通知UI进程;
即使UI进程退出了,Service仍需要保持运行,收取服务器消息。
6、实现思路
先来整理一下实现思路:
创建UI进程(下文统称为客户端);
创建消息Service(下文统称为服务端);
把服务端配置到独立的进程(AndroidManifest.xml中指定process标签);
客户端和服务端进行绑定(bindService);
让客户端和服务端具备交互的能力。(AIDL使用);
7、例子具体实现
为了阅读方便,下文中代码将省略非重点部分,可以把本文完整代码Clone到本地再看文章:
https://github.com/V1sk/AIDL
Step0.AIDL调用流程概览
开始之前,我们先来概括一下使用AIDL进行多进程调用的整个流程:
客户端使用bindService方法绑定服务端;
服务端在onBind方法返回Binder对象;
客户端拿到服务端返回的Binder对象进行跨进程方法调用;
整个AIDL调用过程概括起来就以上3个步骤,下文中我们使用上面描述的例子,来逐步分解这些步骤,并讲述其中的细节。
Step1.客户端使用bindService方法绑定服务端
1.1创建客户端和服务端,把服务端配置到另外的进程
创建客户端->MainActivity;
创建服务端->MessageService;
把服务端配置到另外的进程->android:process=”:remote”
上面描述的客户端、服务端、以及把服务端配置到另外进程,体现在AndroidManifest.xml中,如下所示:
开启多进程的方法很简单,只需要给四大组件指定android:process标签。
1.2绑定MessageService到MainActivity
创建MessageService:
此时的MessageService就是刚创建的模样,onBind中返回了null,下一步中我们将返回一个可操作的对象给客户端。
客户端MainActivity调用bindService方法绑定MessageService
这一步其实是属于Service组件相关的知识,在这里就比较简单地说一下,启动服务可以通过以下两种方式:
使用bindService方法->bindService(Intentservice,ServiceConnectionconn,intflags);
使用startService方法->startService(Intentservice);
bindService&startService区别:
使用bindService方式,多个Client可以同时bind一个Service,但是当所有Clientunbind后,Service会退出,通常情况下,如果希望和Service交互,一般使用bindService方法,使用onServiceConnected中的IBinder对象可以和Service进行交互,不需要和Service交互的情况下,使用startService方法即可。
正如上面所说,我们是要和Service交互的,所以我们需要使用bindService方法,但是我们希望unbind后Service仍保持运行,这样的情况下,可以同时调用bindService和startService(比如像本例子中的消息服务,退出UI进程,Service仍需要接收到消息),代码如下:
Stpe2.服务端在onBind方法返回Binder对象
2.1首先,什么是Binder?
要说Binder,首先要说一下IBinder这个接口,IBinder是远程对象的基础接口,轻量级的远程过程调用机制的核心部分,该接口描述了与远程对象交互的抽象协议,而Binder实现了IBinder接口,简单说,Binder就是AndroidSDK中内置的一个多进程通讯实现类,在使用的时候,我们不用也不要去实现IBinder,而是继承Binder这个类即可实现多进程通讯。
2.2其次,这个需要在onBind方法返回的Binder对象从何而来?
在这里就要引出本文中的主题了——AIDL
多进程中使用的Binder对象,一般通过我们定义好的.adil接口文件自动生成,当然你可以走野路子,直接手动编写这个跨进程通讯所需的Binder类,其本质无非就是一个继承了Binder的类,鉴于野路子走起来麻烦,而且都是重复步骤的工作,Google提供了AIDL接口来帮我们自动生成Binder这条正路,下文中我们围绕AIDL这条正路继续展开讨论(可不能把人给带偏了是吧??)
2.3定义AIDL接口
很明显,接下来我们需要搞一波上面说的Binder,让客户端可以调用到服务端的方法,而这个Binder又是通过AIDL接口自动生成,那我们就先从AIDL搞起,搞之前先看看注意事项,以免出事故:
AIDL支持的数据类型:
Java编程语言中的所有基本数据类型(如int、long、char、boolean等等)
String和CharSequence
Parcelable:实现了Parcelable接口的对象
List:其中的元素需要被AIDL支持,另一端实际接收的具体类始终是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,另一端实际接收的具体类始终是HashMap,但生成的方法使用的是Map接口
其他注意事项:
在AIDL中传递的对象,必须实现Parcelable序列化接口;
在AIDL中传递的对象,需要在类文件相同路径下,创建同名、但是后缀为.aidl的文件,并在文件中使用parcelable关键字声明这个类;
跟普通接口的区别:只能声明方法,不能声明变量;
所有非基础数据类型参数都需要标出数据走向的方向标记。可以是in、out或inout,基础数据类型默认只能是in,不能是其他方向。
下面继续我们的例子,开始对AIDL的讲解~
2.4创建一个AIDL接口,接口中提供发送消息的方法(AndroidStudio创建AIDL:项目右键->New->AIDL->AIDLFile),代码如下:
一个比较尴尬的事情,看了很多文章,从来没有一篇能说清楚in、out、inout这三个参数方向的意义,后来在stackoverflow上找到能理解答案(https://stackoverflow.com/questions/4700225/in-out-inout-in-a-aidl-interface-parameter-value),我翻译一下大概意思:
被“in”标记的参数,就是接收实际数据的参数,这个跟我们普通参数传递一样的含义。在AIDL中,“out”指定了一个仅用于输出的参数,换而言之,这个参数不关心调用方传递了什么数据过来,但是这个参数的值可以在方法被调用后填充(无论调用方传递了什么值过来,在方法执行的时候,这个参数的初始值总是空的),这就是“out”的含义,仅用于输出。而“inout”显然就是“in”和“out”的合体了,输入和输出的参数。区分“in”、“out”有什么用?这是非常重要的,因为每个参数的内容必须编组(序列化,传输,接收和反序列化)。in/out标签允许Binder跳过编组步骤以获得更好的性能。
上述的MessageModel为消息的实体类,该类在AIDL中传递,实现了Parcelable序列化接口,代码如下:
手动实现Parcelable接口比较麻烦,安利一款AS自动生成插件android-parcelable-intellij-plugin
创建完MessageModel这个实体类,别忘了还有一件事要做:”在AIDL中传递的对象,需要在类文件相同路径下,创建同名、但是后缀为.aidl的文件,并在文件中使用parcelable关键字声明这个类“。代码如下:
对于没有接触过aidl的同学,光说就能让人懵逼,来看看此时的项目结构压压惊:
我们刚刚新增的3个文件:
MessageSender.aidl->定义了发送消息的方法,会自动生成名为MessageSender.Stub的Binder类,在服务端实现,返回给客户端调用
MessageModel.java->消息实体类,由客户端传递到服务端,实现了Parcelable序列化
MessageModel.aidl->声明了MessageModel可在AIDL中传递,放在跟MessageModel.java相同的包路径下
OK,相信此时懵逼已解除~
2.5在服务端创建MessageSender.aidl这个AIDL接口自动生成的Binder对象,并返回给客户端调用,服务端MessageService代码如下:
MessageSender.Stub是AndroidStudio根据我们MessageSender.aidl文件自动生成的Binder对象(至于是怎样生成的,下文会有答案),我们需要把这个Binder对象返回给客户端。
2.6客户端拿到Binder对象后调用远程方法
调用步骤如下:
在客户端的onServiceConnected方法中,拿到服务端返回的Binder对象;
使用MessageSender.Stub.asInterface方法,取得MessageSender.aidl对应的操作接口;
取得MessageSender对象后,像普通接口一样调用方法即可。
此时客户端代码如下:
在客户端中我们调用了MessageSender的sendMessage方法,向服务端发送了一条消息,并把生成的MessageModel对象作为参数传递到了服务端,最终服务端打印的结果如下:
这里有两点要说:
服务端已经接收到客户端发送过来的消息,并正确打印;
服务端和客户端区分两个进程,PID不一样,进程名也不一样;
到这里,我们已经完成了最基本的使用AIDL进行跨进程方法调用,也是Step.0的整个细化过程,可以再回顾一下Step.0,既然已经学会使用了,接下来…全剧终。。。
如果写到这里全剧终,那跟咸鱼有什么区别…
8、知其然,知其所以然。
我们通过上述的调用流程,看看从客户端到服务端,都经历了些什么事,看看Binder的上层是如何工作的,至于Binder的底层,这是一个非常复杂的话题,本文不深究。(如果看到这里你又想问什么是Binder的话,请手动倒带往上看…)
我们先来回顾一下从客户端发起的调用流程:
MessageSendermessageSender=MessageSender.Stub.asInterface(service);
messageSender.sendMessage(messageModel);
抛开其它无关代码,客户端调跨进程方法就这两个步骤,而这两个步骤都封装在MessageSender.aidl最终生成的MessageSender.java源码(具体路径为:build目录下某个子目录,自己找,不爽你来打我啊??)
请看下方代码和注释,前方高能预警…
只看代码的话,可能会有点懵逼,相信结合代码再看下方的流程图会更好理解:
从客户端的sendMessage开始,整个AIDL的调用过程如上图所示,asInterface方法,将会判断onBind方法返回的Binder是否存处于同一进程,在同一进程中,则进行常规的方法调用,若处于不同进程,整个数据传递的过程则需要通过Binder底层去进行编组(序列化,传输,接收和反序列化),得到最终的数据后再进行常规的方法调用。
敲黑板:对象跨进程传输的本质就是序列化,传输,接收和反序列化这样一个过程,这也是为什么跨进程传输的对象必须实现Parcelable接口
9、跨进程的回调接口
在上面我们已经实现了从客户端发送消息到跨进程服务端的功能,接下来我们还需要将服务端接收到的远程服务器消息,传递到客户端。有同学估计会说:“这不就是一个回调接口的事情嘛”,设置回调接口思路是对的,但是在这里使用的回调接口有点不一样,在AIDL中传递的接口,不能是普通的接口,只能是AIDL接口,所以我们需要新建一个AIDL接口传到服务端,作为回调接口。
新建消息收取的AIDL接口MessageReceiver.aidl:
接下来我们把回调接口注册到服务端去,修改我们的MessageSender.aidl:
以上就是我们最终修改好的aidl接口,接下来我们需要做出对应的变更:
在服务端中增加MessageSender的注册和反注册接口的方法;
在客户端中实现MessageReceiver接口,并通过MessageSender注册到服务端。
客户端变更,修改MainActivity:
客户端主要有3个变更:
增加了messageReceiver对象,用于监听服务端的消息通知;
onServiceConnected方法中,把messageReceiver注册到Service中去;
onDestroy时候解除messageReceiver的注册。
下面对服务端MessageServie进行变更:
服务端主要变更:
MessageSender.Stub实现了注册和反注册回调接口的方法;
增加了RemoteCallbackList来管理AIDL远程接口;
FakeTCPTask模拟了长连接通知客户端有新消息到达。(这里的长连接可以是XMPP,Mina,Mars,Netty等,这里弄个假的意思意思,有时间的话咱开个帖子聊聊XMPP)
这里还有一个需要讲一下的,就是RemoteCallbackList,为什么要用RemoteCallbackList,普通ArrayList不行吗?当然不行,不然干嘛又整一个RemoteCallbackList??,registerReceiveListener和unregisterReceiveListener在客户端传输过来的对象,经过Binder处理,在服务端接收到的时候其实是一个新的对象,这样导致在unregisterReceiveListener的时候,普通的ArrayList是无法找到在registerReceiveListener时候添加到List的那个对象的,但是它们底层使用的Binder对象是同一个,RemoteCallbackList利用这个特性做到了可以找到同一个对象,这样我们就可以顺利反注册客户端传递过来的接口对象了。RemoteCallbackList在客户端进程终止后,它能自动移除客户端所注册的listener,它内部还实现了线程同步,所以我们在注册和反注册都不需要考虑线程同步,的确是个666的类。(至于使用ArrayList的幺蛾子现象,大家可以自己试试,篇幅问题,这里就不演示了)
到此,服务端通知客户端相关的代码也写完了,运行结果无非就是正确打印??就不贴图了,可以自己Run一下,打印的时候注意去选择不同的进程,不然瞪坏屏幕也没有日志。
10、DeathRecipient
你以为这样就完了?tooyoungtoosimple…
不知道你有没有感觉到,两个进程交互总是觉得缺乏那么一点安全感…比如说服务端进程Crash了,而客户端进程想要调用服务端方法,这样就调用不到了。此时我们可以给Binder设置一个DeathRecipient对象,当Binder意外挂了的时候,我们可以在DeathRecipient接口的回调方法中收到通知,并作出相应的操作,比如重连服务等等。
DeathRecipient的使用如下:
声明DeathRecipient对象,实现其binderDied方法,当binder死亡时,会回调binderDied方法;
给Binder对象设置DeathRecipient对象。
在客户端MainActivity声明DeathRecipient:
Binder中两个重要方法:
linkToDeath->设置死亡代理DeathRecipient对象;
unlinkToDeath->Binder死亡的情况下,解除该代理。
此外,Binder中的isBinderAlive也可以判断Binder是否死亡。
11、权限验证
就算是公交车,上车也得嘀卡对不,如果希望我们的服务进程不想像公交车一样谁想上就上,那么我们可以加入权限验证。
介绍两种常用验证方法:
在服务端的onBind中校验自定义permission,如果通过了我们的校验,正常返回Binder对象,校验不通过返回null,返回null的情况下客户端无法绑定到我们的服务;
在服务端的onTransact方法校验客户端包名,不通过校验直接returnfalse,校验通过执行正常的流程。
自定义permission,在Androidmanifest.xml中增加自定义的权限:
服务端检查权限的方法:
12、根据不同进程,做不同的初始化工作
相信前一两年很多朋友还在使用Android-Universal-Image-Loader来加载图片,它是需要在Application类进行初始化的。打个比如,我们用它来加载图片,而且还有一个图片选择进程,那么我们希望分配更多的缓存给图片选择进程,又或者是一些其他的初始化工作,不需要在图片选择进程初始化怎么办?
这里提供一个简单粗暴的方法,博主也是这么干的…直接拿到进程名判断,作出相应操作即可:
每个进程创建,都会调用Application的onCreate方法,这是一个需要注意的地方,我们也可以根据当前进程的pid,拿到当前进程的名字去做判断,然后做一些我们需要的逻辑,我们这个例子,拿到的两个进程名分别是:
客户端进程:com.example.aidl
服务端进程:com.example.aidl:remote
13、总结
多进程app可以在系统中申请多份内存,但应合理使用,建议把一些高消耗但不常用的模块放到独立的进程,不使用的进程可及时手动关闭;
实现多进程的方式有多种:四大组件传递Bundle、Messenger、AIDL等,选择适合自己的使用场景;
Android中实现多进程通讯,建议使用系统提供的Binder类,该类已经实现了多进程通讯而不需要我们做底层工作;
多进程应用,Application将会被创建多次;

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