Android IPC机制

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3分钟带你看懂android中的Binder机制

linux基础——linux进程间通信（IPC）机制总结

Android Binder设计与实现 - 设计篇

1. 什么是IPC机制？

IPC(Inter-Process Communication)，进程间通信，就是指多个进程间互相通信、交换信息的方法。

2. IPC方式

由于Android是基于Linux系统的，所以会拥有Linux的IPC方式，例如管道、共享内存、套接字等，以及Android自己独有的Binder。

2.1 管道

管道的原理是在内核开辟一块共享内存作为数据缓冲区，当进行跨进程交互时，先从发送方进程的缓冲区拷贝数据到内核的数据缓冲中，然后接收方再从内核缓冲区拷贝数据到自己进程的缓冲区。

由于需要拷贝两次，效率不是很高，所以Android并没有采取这种方式。

2.2 套接字

套接字多用于网络设备之间的数据传输方式，并且也涉及到多次I/O操作，所以效率不是非常高。

2.2 共享内存

共享内存的原理是开辟一块内存供多个进程使用，与管道不同的是，每个进程可以将共享内存的地址映射到自己进程的地址空间中，当进行跨进程交互时，发送方根据地址映射修改共享内存中的数据，接收方可以通过地址映射关系，直接从共享内存中读取数据。因此共享内存的方式是不需要进行数据拷贝操作，效率很高，是所有IPC方式中效率最高的。

但由于该内存是被所有进程共享，存在并发问题以及安全问题，所以Android也并没有直接采取这种IPC方式，而是采用了效率和安全相对兼得的Binder方式。

3. Binder的实现机制

在Linux系统中，为了保证系统安全，会将系统内核空间和用户空间分开，防止用户程序崩溃而影响到整个系统。所以用户进程之间的通信，必须通过内核空间来完成整个过程。Binder采用了C/S架构，使得用户进程和系统进程隔离，数据统一由系统服务进程处理，保证了稳定性和安全性。另外在数据传输过程中只需要一次数据拷贝，性能仅次于内存共享方式。

3.1 Binder通信模型

在基于C/S架构下，定义了4个角色：Client、Server、ServerManager和Binder驱动。Client、Server和ServerManager是位于用户空间彼此独立的进程，它们之间无法通信，Binder驱动位于系统内核空间，负责进程间通信的建立，以及数据的传递交互等间。

3.2 ServerManager和Binder

ServerManager(后面简称SM)是一个独立的系统服务进程，用于管理所有的Server进程。SM进程比较特殊，当一个进程将自己注册为SM进程时，Binder驱动会为该进程创建一个Binder实体，而这个Binder实体的引用在其它所有的Client进程中都固定为0。也就是说，一个Server进程想要在ServerManger中注册自己的Binder时，通过0这个引用号便可以获取ServerManger进程的Binder，然后通过Binder将自己的进程注册到ServerManager中，生成一个对应的Binder实体。

3.3 Client和Binder

当Server在SM中注册生成了对应的Binder之后，Client也可以通过自身保留的0引用号，根据Server的名称获取对应的Binder引用。这样就建立起了Client端和Server端之间的通信，如下图所示：

3.4 拷贝一次数据

当建立起了Binder通信之后，Binder驱动会分配一块内存作为缓存池，用来接收和存放数据。这块内存空间会映射到Server端。当数据从发送方拷贝到内核中，由于这层映射关系的存在，接收方可直接访问内核中的数据，无需再将数据从内核中拷贝到接收方中，相较传统的IPC方式，其效率提升一倍。

3.5 Client和Server通信的实现

一般会有个抽象功能类，对应一个本地代理类和一个远程端的代理类。当获取到远程Server端的Binder后，会通过本地的代理类，调用远程Binder的transact()方法将数据传递给远程端，此时本地端线程挂起。而远程端代理通过onTransact()方法收到数据，并且根据方法code执行对应的方法。执行完毕会将结果封装至reply再通过Binder驱动返回给本地端。本地端收到远程端返回的数据后线程恢复，对数据进行本地处理，此时整个Binder跨进程通信结束。

4. 序列化

Android中的序列化是实现Parcelable接口，IDE会帮我们重写一系列的方法，其中序列化的过程是通过调用Parcel的一系列write方法，将JavaBean的成员变量按照顺序写入到一个Parcel对象中，这个Parcel对象可以在Binder中传输。反序列化就是将通过调用一系列的read方法，从Parcel对象中按照顺序读取字段，然后创建对象。

Serializable使用简单，但其序列化和反序列化都需要进行I/O操作，开销比较大，而Parcelable实现序列化主要用于内存中，开销小，方便跨进程Binder中传输，缺点是实现起来比较麻烦，另外想要进行持久化存储或网络传输也比较麻烦。

所以如果是想要进行持久化存储数据或用于网络传输，那么使用Serializable，如果只是想用于Binder跨进程传输，那么优先使用Parcelable。

4. 多进程引发的问题

1. 静态成员和单例模式完全失效
   不同虚拟机不同内存，所以失效
2. 线程同步机制完全失效
   本质和上述问题原因相同
3. SharedPreferences的可靠性下降
   SharedPreferences不支持两个进程同时去执行写操作，会导致一定概率的数据丢失。SharedPreferences底层是通过读/写xml文件来实现的，并发写显然是可能出问题的，甚至并发读/写都有可能出现问题。
4. Application会多次创建
   重新创建虚拟机，所以会重新创建Application。