分析CmProcess跨进程通信的实现
作者：huansky
一、基础知识准备
1.1、多进程
Android多进程概念：一般一个 app 只有一个进程，所有的 components 都运行在同一个进程中，进程名称就是 app 包名。但是每一个进程都有内存的限制，如果一个进程的内存超过了这个限制的时候就会报 OOM 错误。为了解决内存限制的问题，Android 引入了多进程的概念，将占用内存的操作放在一个单独的进程中分担主进程的压力。
多进程的好处：
- 分担主进程的内存压力。
- 常驻后台任务。
- 守护进程，主进程和守护进程相互监视，有一方被杀就重新启动它。
- 多么块，对有风险的模块放在单独进程，崩溃后不会影响主进程的运行。
多进程的缺点：
- Applicaton的重新创建，每个进程有自己独立的virtual machine，每次创建新的进程就像创建一个新的Application
- 静态成员变量和单例模式失效，每个进程有自己独立的虚拟机，不同虚拟机在内存分配上有不同的地址空间，这就导致不同虚拟机在访问同一个对象时会产生多分副本。
- SharedPreference的可靠性下降，不支持多进程
- 线程同步机制失效
1.2、Bundle类
bundle 定义 bundle 是一个 final 类，final 类通常功能是完整的，它们不能被继承。Java 中有许多类是 final 的，譬如 String, Interger 以及其他包装类。
public final class Bundle extends BaseBundle implements Cloneable, Parcelable
bundle 传递的数据可以是 boolean、byte、int、long、float、double、string 等基本类型或它们对应的数组，也可以是对象或对象数组。但是如果传递对象或对象数组，该对象必须实现 Serializable 或 Parcelable 接口。由 Bundle 定义我们也可以看到其实现了 Parcelable 接口，所以支持实现了Parcelable 接口的对象。
因此当我们在一个进程中启动了另外一个进程的 Activity、Service、Receiver，我们就可以在 Bundle 中附加我们需要传输给远程进程的信息（前提是能够被序列化）并通过 Intent 发送出去。
二、代码解析
2.1、AIDL接口
1、IEventReceiver：事件接收器
// 事件接受器
interface IEventReceiver {
// 这里的 event 是 bundle 类型
void onEventReceive(String key,in Bundle event);
}
2、IPCCallback：看名字也可以看出来是跨进程 callback
interface IPCCallback {
// result 也是 bundle
void onSuccess(in Bundle result);
void onFail(String reason);
}
3、IServiceFetcher：获取服务的。可以再此进行注册。
interface IServiceFetcher { // service 是 Ibinder 类型
android.os.IBinder getService(java.lang.String name); // 注册服务
void addService(java.lang.String name, android.os.IBinder service); // 添加回调
void addEventListener(java.lang.String name, android.os.IBinder service); // 移除 service
void removeService(java.lang.String name); // 移除回调
void removeEventListener(java.lang.String name); // 发送消息
void post(String key,in Bundle result);
}
2.2、启动分析
根据代码可知，咱们有三个进程，分别是：
- com.ipc.code:vc ：TestActivity 运行所在的进程；这是属于用户测的。
- com.ipc.code:vm : 也就是BinderProvider 存在的进程；IPCBus 也在该进程，主要是用于保存和传递数据
- com.ipc.code ：MainActivity 主进程；
也就是每个进程在初始化的时候，都会走一遍Application 的初始化，因此如果需要对进程做啥操作，可以判断出具体的进程，然后做一些额外的操作。对于 CmProcess ，所有进程的初始化逻辑都是一样的。
public class App extends Application {
private static final String TAG = "App";
@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
super.attachBaseContext(base);
// 先启动主进程，之后才启动其他进程
VCore.init(base);
}
}
启动过程中，会主动为每个进程注册回调，注意是每个进程。
该 init 方法最终会走入到下面的方法中：
public void startup(Context context) {
if (!isStartUp) {
// 在主线程启动，每个进程都有一个自己的主线程
if (Looper.myLooper() != Looper.getMainLooper()) {
throw new IllegalStateException("VirtualCore.startup() must called in main thread.");
}
ServiceManagerNative.SERVICE_CP_AUTH = context.getPackageName() + "." + ServiceManagerNative.SERVICE_DEF_AUTH;
this.context = context;
// 传入了一个 cache 实例，这个实例是只有主线程有的
IPCBus.initialize(new IServerCache() {
@Override
public void join(String serverName, IBinder binder) {
ServiceManagerNative.addService(serverName, binder);
}
@Override
public void joinLocal(String serverName, Object object) {
ServiceCache.addLocalService(serverName,object);
}
@Override
public void removeService(String serverName) {
ServiceManagerNative.removeService(serverName);
}
@Override
public void removeLocalService(String serverName) {
ServiceCache.removeLocalService(serverName);
}
@Override
public IBinder query(String serverName) {
return ServiceManagerNative.getService(serverName);
}
@Override
public Object queryLocal(String serverName) {
return ServiceCache.getLocalService(serverName);
}
@Override
public void post(String key,Bundle bundle) {
ServiceManagerNative.post(key,bundle);
}
}); // 这里是根据进程名字添加注册的事件接收器
ServiceManagerNative.addEventListener(AppUtil.getProcessName(context, Process.myPid()), EventReceiver.getInstance());
isStartUp = true;
}
}
这里整个逻辑很简单，就是在主线程初始化了IPCBus，然后给该进程注册了一个事件分发的监听。
三、EventReceiver
public class EventReceiver extends IEventReceiver.Stub {
private static final String TAG = "EventReceiver";
private static final EventReceiver EVENT_RECEIVER = new EventReceiver();
private EventReceiver(){}
public static final EventReceiver getInstance(){
return EVENT_RECEIVER;
}
@Override
public void onEventReceive(String key,Bundle event) {
EventCenter.onEventReceive(key,event);
}
}
整个类的代码很简单。但是要注意的是，其继承了IEventReceiver.Stub，说明他具有跨进程传输的能力。主要就是通过EventCenter 来分发消息。
由于每个进程都会走一遍初始化逻辑，所以每个进程都注册了事件的接收。
四、ServiceManagerNative
从名字也可以看出来，这个跟我们平时看到的ServiceManager 很像。主要就是用来获取 service 和注册 listener 的。
public static void addEventListener(String name, IBinder service) {
IServiceFetcher fetcher = getServiceFetcher();
if (fetcher != null) {
try {
fetcher.addEventListener(name, service);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先是调用getServiceFetcher 来获取最终保存服务的 fetcher。
注册回调的时候，会先获取是否存在 （binder）ServiceFetcher ，在将其转化为本地 binder；这样 ServiceFetcher 的管理器就可以用了。
private static IServiceFetcher getServiceFetcher() {
if (sFetcher == null || !sFetcher.asBinder().isBinderAlive()) {
synchronized (ServiceManagerNative.class) {
Context context = VirtualCore.get().getContext();
Bundle response = new ProviderCall.Builder(context, SERVICE_CP_AUTH).methodName("@").call();
if (response != null) {
IBinder binder = BundleCompat.getBinder(response, "_VM_|_binder_");
linkBinderDied(binder);
sFetcher = IServiceFetcher.Stub.asInterface(binder);
}
}
}
return sFetcher;
}
首先是看ProviderCall.Builder(context, SERVICE_CP_AUTH).methodName("@").call()，他最终会调用下面的方法：
//ContentProviderCompat
public static Bundle call(Context context, Uri uri, String method, String arg, Bundle extras) {
// 这里还区分了版本
if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
return context.getContentResolver().call(uri, method, arg, extras);
}
ContentProviderClient client = crazyAcquireContentProvider(context, uri); // 这里会不断重试最终会获得对 BinderProvider 的引用
Bundle res = null;
try {
// 通过约定好的方法名字获得bindle
res = client.call(method, arg, extras);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
releaseQuietly(client);
}
return res;
}
五、BinderProvider
下面看下 BinderProvider 的 call 方法。
新建了一个 bundle 对象，然后将 binder 保存在里面。注意这是通过跨进程调用，最终将 bundle 传回主进程，然后拿到了ServiceFetcher 的 binder，并将其转为本地 binder。
可以发现这里对于方法名是 "@" 时，就会返回 bundle ，否则就是返回 null 。
public Bundle call(String method, String arg, Bundle extras) {
if ("@".equals(method)) {
Bundle bundle = new Bundle();
BundleCompat.putBinder(bundle, "_VM_|_binder_", mServiceFetcher);
return bundle;
}
return null;
}
简单来说，就是大家都通过 binderProvider 这个进程来保存对于回调的注册，保存是基于进城名字来的，因此可以保证不会被覆盖。
此处的mServiceFetcher 是BinderProvider 内部内的实例，但是其继承了IServiceFetcher.Stub，因此也就有了跨进程的能力。
到这里，理一下前面的逻辑：
ServiceManagerNative.addEventListener(AppUtil.getProcessName(context, Process.myPid()), EventReceiver.getInstance());
某个进程的主线程调用这个方法，所做的具体事情如下：
1.通过 binder 拿到了binderProvider 中的 IServiceFetcher.Stub 的实例；
2.向IServiceFetcher.Stub 注册回调，该回调最终会被保存binderProvider 进程里面。
六、BinderProvider 启动分析
上面介绍了其是怎么将 listener 注册到 binderProvider 进程的，但是并没有讲到接下去我们看下 BinderProvider 的启动过程，
下图是ContentProvider 的启动流程。当我们在主进程想获取 server 的时候，这时候，会看看 provider 存不存在，没有的就会进行启动，同时会走 Application 的初始化逻辑，
具体我们可以看下面这个启动流程图：
- Application 的 attachBaseContext 方法是优先执行的；
- ContentProvider 的 onCreate的方法 比 Application的onCreate的方法先执行；
- Activity、Service 的 onCreate 方法以及 BroadcastReceiver 的 onReceive 方法，是在 MainApplication 的 onCreate 方法之后执行的；
- 调用流程为： Application 的 attachBaseContext ---> ContentProvider 的 onCreate ----> Application 的 onCreate ---> Activity、Service 等的 onCreate（Activity 和 Service 不分先后）；
这里主要是梳理了下 provider 的启动过程，并没有很细讲，但是有必要了解一下。
七、MainActivity
接下去，开始看MainActivity 里面的代码。
调用registerService 注册服务，传入IPayManager.class 和MainActivity；记得MainActivity 也实现了IPayManager 接口。
VCore.getCore().registerService(IPayManager.class, this);
看下，里面的具体代码逻辑
// Vcore
public VCore registerService(Class<?> interfaceClass, Object server){
if (VirtualCore.get().getContext() == null){
return this;
}
Object o = IPCBus.getLocalService(interfaceClass);
// 如果是第一次调用就会返回空
IBinder service = ServiceManagerNative.getService(interfaceClass.getName());
if (service != null && o != null){
return this;
}
IPCBus.registerLocal(interfaceClass,server);
// 这里的注册就是把 server 保存到 binder 中
IPCBus.register(interfaceClass,server);
return this;
}
这里使用了一个registerLocal和register 方法，但是本质上两个方法是有区别的。registerLocal 意思很明确，就是本地ServiceCache保存一份。但是register，确实做了一些额外的操作。
public static void register(Class<?> interfaceClass, Object server) {
checkInitialized();
// 这里主要是获取一个 binder,或者换句话来说，采用 binder 来保存相关数据
ServerInterface serverInterface = new ServerInterface(interfaceClass);
// 这里就是把 binder 保存到 binderProvider
TransformBinder binder = new TransformBinder(serverInterface, server);
sCache.join(serverInterface.getInterfaceName(), binder);
}
首先这里创建了一个ServerInterface 实例，该实例内部保存了传过了来的接口和接口的方法，并将方法和 code 联系在一起。
public ServerInterface(Class<?> interfaceClass) {
this.interfaceClass = interfaceClass;
Method[] methods = interfaceClass.getMethods();
codeToInterfaceMethod = new SparseArray<>(methods.length);
methodToIPCMethodMap = new HashMap<>(methods.length);
for (int i = 0; i < methods.length; i++) {// 这里每一个方法都有一个 code
int code = Binder.FIRST_CALL_TRANSACTION + i;// 组成一个 ipcMenhod
IPCMethod ipcMethod = new IPCMethod(code, methods[i], interfaceClass.getName());
codeToInterfaceMethod.put(code, ipcMethod);// 保存他们的映射关系
methodToIPCMethodMap.put(methods[i], ipcMethod);
}
}
同时利用TransformBinder 将接口和 实例保存到 binder 中。再将 binder 和 接口名字 保存到ServiceCache 中。
注册完以后，下面是调用获取本地服务：
// 其实 service 本质还是这个 MainActivity IPayManager service = VCore.getCore().getLocalService(IPayManager.class);
最后注册了一个回调：
VCore.getCore().subscribe("key", new EventCallback() {
@Override
public void onEventCallBack(Bundle event) {
}
});
最终EventCenter 会保存相关信息；
八、TestActivity
最后启动 TestActivity ，这个是在另一个进程。在 onCreate 里面调用下面的方法：
IPayManager service = VCore.getCore().getService(IPayManager.class);
进程刚刚创建，我们看看是怎么获取服务的：
// Vcore
public <T> T getService(Class<T> ipcClass){
T localService = IPCBus.getLocalService(ipcClass);
if (localService != null){
return localService;
}
return VManager.get().getService(ipcClass);
}
这里很明确，本地肯定是没有的，因此，最后会从 VManager 中获取：
// VManager
public <T> T getService(Class<T> ipcClass) {
T t = IPCBus.get(ipcClass);
if (t != null){
return t;
}
IPCSingleton<T> tipcSingleton = mIPCSingletonArrayMap.get(ipcClass);
if (tipcSingleton == null){
tipcSingleton = new IPCSingleton<>(ipcClass);
mIPCSingletonArrayMap.put(ipcClass,tipcSingleton);
}
return tipcSingleton.get();
}
接下去我们看下IPCSingleton 相关逻辑
// IPCSingleton
public T get() {
if (instance == null) {
synchronized (this) {
if (instance == null) {
instance = IPCBus.get(ipcClass);
}
}
}
return instance;
}
这是一个单例，目的也很明确，就是只获取一次，可以看到后面又调到了 IPCBus 里面。
// IPCBus
public static <T> T get(Class<?> interfaceClass) {
checkInitialized();
ServerInterface serverInterface = new ServerInterface(interfaceClass);
// 这里获取的 binder 应该是 TransformBinder
IBinder binder = sCache.query(serverInterface.getInterfaceName());
if (binder == null) {
return null;
}
// 这里使用了动态代理
return (T) Proxy.newProxyInstance(interfaceClass.getClassLoader(), new Class[]{interfaceClass}, new IPCInvocationBridge(serverInterface, binder));
}
这里采用了动态代理创造了一个实例，最终返回的实例被保存在一个单例中。
可以看到，这里回去查找存不存在 binder。
// VirtualCore
public IBinder query(String serverName) {
return ServiceManagerNative.getService(serverName);
}
还是通过ServiceManagerNative 来获取的 service；这里又回到我们之前分析过的逻辑。先从 binderProvider 获取fetcher， 也就是 ServiceFetcher。
IServiceFetcher fetcher = getServiceFetcher();
它也会从ServiceFetcher 中获取到 binder ,而这个 binder 就是之前我们保存的TransformBinder 。拿到这个之后，还是一样，将其转化为该进程的本地 binder .
// BinderProvider
private class ServiceFetcher extends IServiceFetcher.Stub {
最后，我们通过动态代理的形式，创建了一个 IPayManager 的实例。
return (T) Proxy.newProxyInstance(interfaceClass.getClassLoader(), new Class[]{interfaceClass}, new IPCInvocationBridge(serverInterface, binder));
这里需要注意的是IPCInvocationBridge 继承自InvocationHandler。
拿到后，开始调用对应的方法：
if (service != null){
Log.d(TAG, "onCreate: shentest before vcore " + AppUtil.getAppName(this));
// 首先这个 service 是跨进程调用的，怎么才通知到其他组件？这里大家可以思考下
service.pay(5000, new BaseCallback() {
@Override
public void onSucceed(Bundle result) {
textview.setText(result.getString("pay"));
Bundle bundle = new Bundle();
bundle.putString("name", "DoDo");
VCore.getCore().post("key",bundle);
}
@Override
public void onFailed(String reason) {
}
});
}
调用 service.pay 的时候，就会调用动态代理中的 invoke 方法：
public Object invoke(Object o, Method method, Object[] args) throws Throwable {
IPCMethod ipcMethod = serverInterface.getIPCMethod(method);
if (ipcMethod == null) {
throw new IllegalStateException("Can not found the ipc method : " + method.getDeclaringClass().getName() + "@" + method.getName());
} // 这里很关键
return ipcMethod.callRemote(binder, args);
}
首先根据方法名获得ipcMethod，里面保存了方法的 code，接口名字，参数，返回值。接着调用了 ipcMethod.callRemote， 该方法又会调用：
// IPCMethod
// 这个方法很重要，需要理解其实现过程
public Object callRemote(IBinder server, Object[] args) throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain(); // 获取一个新的 parcel 对象
Parcel reply = Parcel.obtain();
Object result;
try {
data.writeInterfaceToken(interfaceName);
data.writeArray(args); // 这里 server 就是 transformBinder
server.transact(code, data, reply, 0);
reply.readException();
result = readValue(reply);
if (resultConverter != null) {
result = resultConverter.convert(result);
}
} finally {
data.recycle();
reply.recycle();
}
return result;
}
code 变量用于标识客户端期望调用服务端的哪个函数，因此，双方需要约定一组 int 值，不同的值代表不同的服务端函数，该值和客户端的 transact() 函数中第一个参数 code 的值是一致的。
enforceInterface() 是为了某种校验，它与客户端的 writeInterfaceToken() 对应，具体见下一小节。
readString() 用于从包裹中取出一个字符串。如果该 IPC 调用的客户端期望返回一些结果，则可以在返回包裹 reply 中调用 Parcel 提供的相关函数写入相应的结果。 Parcel.writeXXX();
现在要看的是怎么通过 binder 一步一步拿到参数。
使用 Parcel 一般是通过 Parcel.obtain() 从对象池中获取一个新的 Parcel 对象，如果对象池中没有则直接 new 的 Parcel 则直接创建新的一个 Parcel 对象，并且会自动创建一个Parcel-Native 对象。
writeInterfaceToken 用于写入 IBinder 接口标志，所带参数是 String 类型的，如 IServiceManager.descriptor = "android.os.IServiceManager"。
之前说的 code 在这里用上了，code 是一个私有变量，跟 method 绑定在一起的。
中间有个 server.transact(code, data, reply, 0); 该方法实现了跨进程调用，最终会走到 binderProvider 的下面onTransact方法：
// TransformBinder 运行在主进程
@Override
protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException { // 回调进来后，就到了 MainActivity 的进程
if (code == INTERFACE_TRANSACTION) {
reply.writeString(serverInterface.getInterfaceName());
return true;
}
IPCMethod method = serverInterface.getIPCMethod(code);
if (method != null) {
try {
method.handleTransact(server, data, reply);
} catch (Throwable e) {
e.printStackTrace();
}
return true;
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
这里主要是根据 code 来获取到是哪个方法被调用了，下面才是真正的处理。
// IPCMethod
public void handleTransact(Object server, Parcel data, Parcel reply) {
data.enforceInterface(interfaceName); // 确保是目标接口
Object[] parameters = data.readArray(getClass().getClassLoader());
if (parameters != null && parameters.length > 0) {
for (int i = 0; i < parameters.length; i++) {
if (converters[i] != null) {
parameters[i] = converters[i].convert(parameters[i]);
} // 如果参数里面包含有 binder
if (parameters[i] instanceof IBinder){
parameters[i] = IPCCallback.Stub.asInterface(((IBinder)parameters[i]));
}
}
}
try {
// 最终通过反射的形式实现了的调用
// 其实最主要的是通过 binder 拿到参数,然后知道对方调用的是哪个方法。
// 现在要分析的是，他怎么将数据传过来的
Object res = method.invoke(server, parameters);
reply.writeNoException();
reply.writeValue(res);
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
reply.writeException(e);
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
reply.writeException(e);
}
}
看看 convert 里面的操作：
public Object convert(Object param) {
if (param != null) {
if (asInterfaceMethod == null) {
synchronized (this) {
if (asInterfaceMethod == null) { // 找到 asInterface 方法
asInterfaceMethod = findAsInterfaceMethod(type);
}
}
}
try { // 因为 asInterface 方法是静态方法，所以对象可以传入空，最终转变成所需要的参数类型
return asInterfaceMethod.invoke(null, param);
} catch (Throwable e) {
throw new IllegalStateException(e);
}
}
return null;
}
通过 convert 这个一调用，就转变成我们所需要的参数了。
private static Method findAsInterfaceMethod(Class<?> type) {
for (Class<?> innerClass : type.getDeclaredClasses()) {
// public static class Stub extends Binder implements IType
if (Modifier.isStatic(innerClass.getModifiers())
&& Binder.class.isAssignableFrom(innerClass)
&& type.isAssignableFrom(innerClass)) {
// public static IType asInterface(android.os.IBinder obj)
for (Method method : innerClass.getDeclaredMethods()) {
if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
Class<?>[] types = method.getParameterTypes();
if (types.length == 1 && types[0] == IBinder.class) {
return method;
}
}
}
}
}
throw new IllegalStateException("Can not found the " + type.getName() + "$Stub.asInterface method.");
}
findAsInterfaceMethod 通过层层筛选，最终获得需要的那个方法：
public static com.cmprocess.ipc.server.IPCCallback com.cmprocess.ipc.server.IPCCallback$Stub.asInterface(android.os.IBinder)
通过 invoke 方法，终将获得了我们需要的类型。
这里 server 就是 mainActivity。在把对应的参数传进去即可。最终调到了mainActivity 里面的 pay 方法。
public void pay(final int count, final IPCCallback callBack) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
SystemClock.sleep(2000);
Bundle bundle = new Bundle();
bundle.putString("pay", count + 100 + "");
try {
// callback 也是一个binder
callBack.onSuccess(bundle);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
此处，callback 也是一个binder，调用成功后，发送了post。 其实最终也是调用了ServiceFetcher 。
// TestActivity
VCore.getCore().post("key",bundle);
其实也是通过 binder 来进行发送消息的。由于每个进程都注册了消息回调，因此，每个进程都会收到。
// ServiceCache
public static synchronized void sendEvent(String key,Bundle event){
if (sEventCache.isEmpty()){
return;
}
for (IBinder binder:sEventCache.values()){
IEventReceiver eventReceiver = IEventReceiver.Stub.asInterface(binder);
try {
eventReceiver.onEventReceive(key, event);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
EventReceiver 存在于每个进程，因此，对于 binderprovider 来说都是客户端，其他进程则是服务端。最终 EventCenter 会根据 KEY 值来做分发。
到这里整个流程就基本讲完了。
不过我们发现还有两个 service ,他们的作用是干嘛用的呢？感觉是用来保活的，防止 provider 死了。
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