巧用 Android 多进程，微信，微博等主流 App 都在用

码个蛋
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巧用Android多进程，微信，微博等主流App都在用

Original 2017-06-16 陈建维 码个蛋 码个蛋 码个蛋

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文章目录

  1. 前言

  2. 为什么要使用多进程？

  3. 为什么需要“跨进程通讯”？

  4. 跨进程通讯的方式有哪些？

  5. 使用AIDL实现一个多进程消息推送

  6. 实现思路

  7. 例子具体实现

  8. 知其然，知其所以然。

  9. 跨进程的回调接口

  10. DeathRecipient

  11. 权限验证

  12. 根据不同进程，做不同的初始化工作

  13. 总结

  14. 结语

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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。

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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（Android 5.0以下版本可直接在“设置 -> 应用程序”相关条目中查看）：

进入adb shell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。

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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。

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跨进程通讯的方式有哪些？

  1. 四大组件间传递Bundle;

  2. 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；

  3. 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）；

  4. 使用AIDL(Android Interface Definition Language)，Android接口定义语言，用于定义跨进程通讯的接口；

  5. 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；

  6. 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？


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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：

  1. UI和消息推送的Service分两个进程；

  2. 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；

  3. 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；

  4. 即使UI进程退出了，Service仍需要保持运行，收取服务器消息。

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实现思路

先来整理一下实现思路：

  1. 创建UI进程（下文统称为客户端）；

  2. 创建消息Service（下文统称为服务端）；

  3. 把服务端配置到独立的进程(AndroidManifest.xml中指定process标签）；

  4. 客户端和服务端进行绑定（bindService）；

  5. 让客户端和服务端具备交互的能力。(AIDL使用）；

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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：

  1. 客户端使用bindService方法绑定服务端；

  2. 服务端在onBind方法返回Binder对象；

  3. 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

  1. 创建客户端 -> MainActivity；

  2. 创建服务端 -> MessageService;

  3. 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：

  1. 使用bindService方法 -> bindService(Intent service, ServiceConnection conn, int flags)；

  2. 使用startService方法 -> startService(Intent service);

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Client unbind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Android SDK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（Android Studio创建AIDL：项目右键 -> New -> AIDL -> AIDL File），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Android Studio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：

  1. 在客户端的onServiceConnected方法中，拿到服务端返回的Binder对象；

  2. 使用MessageSender.Stub.asInterface方法，取得MessageSender.aidl对应的操作接口；

  3. 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：

  1. 服务端已经接收到客户端发送过来的消息，并正确打印；

  2. 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…

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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：

  1. MessageSender messageSender = MessageSender.Stub.asInterface(service);

  2. 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


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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：

  1. 在服务端中增加MessageSender的注册和反注册接口的方法；

  2. 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：

  1. 增加了messageReceiver对象，用于监听服务端的消息通知；

  2. onServiceConnected方法中，把messageReceiver注册到Service中去；

  3. 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：

  1. MessageSender.Stub实现了注册和反注册回调接口的方法；

  2. 增加了RemoteCallbackList来管理AIDL远程接口；

  3. 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。

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DeathRecipient

你以为这样就完了？too young too simple…

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：

  1. 声明DeathRecipient对象，实现其binderDied方法，当binder死亡时，会回调binderDied方法；

  2. 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：

  1. linkToDeath -> 设置死亡代理 DeathRecipient 对象；

  2. 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。

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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：

  1. 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；

  2. 在服务端的onTransact方法校验客户端包名，不通过校验直接return false，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：

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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：

  1. 客户端进程：com.example.aidl

  2. 服务端进程：com.example.aidl:remote

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总结

  1. 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；

  2. 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；

  3. 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；

  4. 多进程应用，Application将会被创建多次；

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结语

这篇文章断断续续写了很久，而且我相信真正使用起来的同学可能不多，选择这样一个话题我是吃力不讨好… 但是我还是希望可以在这里提供一个完整的解决方案给大家。简单的多进程使用，而且效果显著的，比如把图片选择和WebView配置到独立的进程，这个我希望可以大家行动起来。这篇文章的知识点非常多，理解起来可能不是太容易，如果有兴趣，我建议你手动去写一下，然后不理解的地方，打断点看看是什么样的运行步骤。

对于面试的同学，如果在面试过程中说到多进程，跟面试官聊得开，估计也是能加点分的，或者在实际工作中，一些使用多进程可以更好地解决问题的地方，你可以在会议中拍桌猛起，跟主管说：“我有一个大胆的想法…”，这样装逼也不错（当然，被炒了的话就不关我的事了…）


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