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深入了解 Messenger 的实现细节

近一个半月因为工作变动的缘故,忙着交接工作和复习面试。没有多少时间来写博客,连一周三次的健身都有几个星期没练了,好多同事问我是胖了还是壮了(我迅速就岔开话题了,机智boy)。上周离职,这周主要在处理一些私事、做些入职准备工作、看点书之类的,下周入职YY(上周才知道原来大神罗升阳也在YY)。好啦,说了这么多,要开始进入 Messenger 的正题了。

前言

看这篇文章前,需要对 Android 的进程间通讯方式有所了解,不然可能会云里雾里。

从使用 Messenger 说起

Android 上实现 IPC (进程间通讯)的方式有好几种,其中有一种就是使用 AIDL 方式实现,对使用 AIDL 不了解的童鞋可以看下方的官方文档(需要梯子)。

https://developer.android.com/guide/components/aidl.html

对于使用 AIDL 方式通讯,其关键就在于创建 aidl 文件,系统会自动为 aidl 文件生成相应的 Java 类,其关键实现在于生成的 Java 类中。

深入了解 Messenger 的实现细节

系统提供了一个更方便我们进行 IPC 的类 —— Messenger,先来看看如何使用 Messenger(熟悉的童鞋完全可以跳过这一部分)。

  • 第一步:客户端进程创建两个 Messenger,一个 Sender ,一个 Receiver;
    //客户端进程发消息给服务进程     private Messenger mSender;     //客户端进程接收服务进程回调     private Messenger mReceiver = new Messenger(new Handler() {         @Override         public void handleMessage(Message msg) {             super.handleMessage(msg);             Bundle data = msg.getData();             if (data != null) {                 String response = data.getString("body");                 Toast.makeText(MainActivity.this, response, Toast.LENGTH_SHORT).show();             }         }     });
  • 第二步:编写Service类,并需要在 AndroidManifest.xml 配置多进程;
public class IPCService extends Service {      private Messenger messenger = new Messenger(new Handler() {         @Override         public void handleMessage(Message msg) {             super.handleMessage(msg);             try {                 Thread.sleep(2 * 1000);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             Message response = Message.obtain();             Bundle data = new Bundle();             data.putString("body", "response");             response.setData(data);             try {                 msg.replyTo.send(response);//回调客户端             } catch (RemoteException e) {                 e.printStackTrace();             }         }     });      @Override     public IBinder onBind(Intent intent) {         return messenger.getBinder();//将Binder返回给请求绑定的进程     }  }
  • 第三步:绑定Service进程,并在 ServiceConnection 中初始化 Sender;
    Intent intent = new Intent(this, IPCService.class);     startService(intent);     bindService(intent, conn, Context.BIND_AUTO_CREATE);//启动绑定Service进程      private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {         @Override         public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {             mSender = new Messenger(service); //用Binder初始化Sender         }          @Override         public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {          }     };
  • 第四步:用 Sender 和 Receiver 完成客户端进程和服务进程的交互。
    if (mSender != null) {         Message message = Message.obtain();         message.replyTo = mReceiver;//将 Receiver 一并发送给服务进程         try {              mSender.send(message);         } catch (RemoteException e) {              e.printStackTrace();         }      }

至此,在绑定服务进程初始化 Sender 后,即可以做多进程间的交互工作了。使用 Messenger 来实现多进程的交互相比我们用 aidl 来要方便得多,但是 Messenger 的内部也是采用 aidl 实现的,只不过为了方便开发者调用而进行一些封装,使得开发者们可以忽略 aidl 的实现细节。简单的了解了 Messenger 的基本使用后,下面我们就来看看 Messenger 的源代码,了解一些内部的实现细节。

Messenger 源代码通读

Messenger 类位于 android.os 包下,代码量不是很多,所以看起来难度不大,只有如下这么几个方法。

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在上面的示例代码中可以看到,客户端进程有 Sender 和 Receiver 两个 Messenger,如果不需要实现服务进程回调客户端进程,那么 Receiver 完全可以不要。当需要服务进程回调客户端进程时,则需要传入 Receiver 了。由于需要在进程间传递 Messenger 对象,那么 Messenger 类就必须要继承 Serializable 或者 Parcelable 接口。按照 Android 系统一向的风格,都是偏向于推荐继承 Parcelable 来实现。

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所以,上面看到的 describeContents、writeToParcel 方法和 CREATOR 对象实际上继承 Parcelable 的实现。不明白的童鞋可以参照 Parcelable 的官方文档(需要梯子)

https://developer.android.com/reference/android/os/Parcelable.html

而 equals 和 hashCode 方法自然不用多说啦,大家熟悉得很。而 writeMessengerOrNullToParcel 和 readMessengerOrNullFromParcel 这对静态方法主要是实现 Messenger 在 Parcel 中的读写操作的,实现比较简单,大家参见下面代码就可以理解了。

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当然,Messenger 除了继承 Parcelable 外,还需要声明一个同名的 Messenger.aidl 文件,可以在 framework 层源码下 android.os 包中找到 Messenger.aidl 文件,对于写过 aidl 的童鞋,肯定不陌生了。

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排除掉上面提到的方法,剩下的主要是 Messenger 的两个构造方法以及 getBinder 和 send 方法。客户端调用服务进程方法时,是通过 Messenger 中的 send 方法,所以我们先直接看 send 方法中的内部实现

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其内部是调用了 mTarget 的 send 方法,那么 mTarget 又是何物呢?

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从上面可以看到 mTarget 是一个 IMessenger 实例,作为 Messenger 唯一的成员变量。 初始化 mTarget 是在 public Messenger(Handler target) 构造函数中,利用 Handler 的 getIMessenger 方法来获取一个 IMessenger 的实例。

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从上图可以看到 getIMessenger 前面是没有修饰符的,这样控制了该方法的作用域仅限于 android.os 包内给其他类使用,我们日常开发是无法使用该方法的,所以在 API 文档中也没有提供相应接口文档。在倒数第二行中可以看到 new MessengerImpl() 并在最后 return 给调用者。所以实际上, mTarget 具体实现是在 MessengerImpl 中。

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MessengerImpl 实际上是 Handler 的一个私有内部类,它继承了 IMessenger.Stub 并实现 send 方法。用过 aidl 的童鞋 IMessenger.Stub 的身影想必就明白了,实际上 IMessenger 就是系统提供的 IMessenger.aidl 文件,而 IMessenger.Stub 就是由 IMessenger.aidl 生成的类。 IMessenger.aidl 在 framework 层代码的 android.os 包中可以找到,而关于 IMessenger 的 Java 实现,则可以看下面的链接。

http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/ext/com.google.android/android/5.1.1_r1/android/os/IMessenger.java/

MessengerImpl 的 send 实现相对也比较简单,只有两行代码

    public void send(Message msg) {         msg.sendingUid = Binder.getCallingUid();         Handler.this.sendMessage(msg);     }

首先是将发起调用的客户端进程的 Linux Uid 存储在我们传入的 Message 对象中,服务进程收到 Message 可以通过 msg.sendingUid 得知发起调用的进程的 Linux Uid。接着通过 Handler 的 sendMessage 方法发送给服务进程,这意味着 Messenger 与服务进程间的操作是串行的,因此,在有并行需求的场景下 Messenger 就不适用了。

了解完了 send 方法后,最后就只剩下 getBinder 了,其内部实现也简单。

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参照前面的示例代码,这里主要还是在 Service 的 onBind 方法中返回 Binder 对象给客户端调用,实现同样是 IMessenger 的 Java 实现中。

至此,基本上看完了整个 Messenger 的内部代码,从上面的分析上看,内部实现确实非常简单,基于 aidl 的基础上做的封装实现,又对开发者屏蔽了底层 aidl 的实现细节。当然个人认为有两点不足之处:

  • 一个前面提到的 send 操作串行,并行场景则无法用 Messenger;
  • Messenger 内部没有做 Binder 键断裂重连的处理(个人认为内部处理了会更好,更加屏蔽底层的实现细节);

远程调用的阻塞与非阻塞

Android 系统跨进程通讯的底层实现都是通过 Binder 实现,正常情况下客户端进程发起一个远程方法调用的流程大致如下:

  1. 客户端线程发起调用;
  2. 客户端线程将远程调用操作交给 Binder 线程池,并阻塞等待返回远程方法执行完毕返回;
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这也就意味着,我们不能在客户端进程的 UI 线程中发起远程方法调用,不然如果远程方法执行了耗时操作,客户端的 UI 线程将会被阻塞,从而造成 ANR 的问题存在。读者可以自行尝试自定义 aidl 并发起一个耗时的远程方法调用进行验证。但是,如果你使用系统提供的 Messenger ,则不会出现这样的问题,无论你的远程方法执行多么耗时,客户端 Messenger 发起调用后会继续执行接下来的代码,并不会进行阻塞等待。这里让我百思不得其解,为什么呢?前面我们可以看到 Messenger 的 send 方法实现是在 MessengerImpl 中

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并且,发送 Messeage 的操作是利用主线程的 Handler ,并没有其他的异步操作,为何执行的过程中不阻塞?这点我也完全没有想明白,最后折腾半天无果向任玉刚老师求助才得到答案。原来,默认情况下发起的远程方法调用都是阻塞式的,但也可以是非阻塞式的。 Messenger 就是采用非阻塞的方式通讯,其关键就在于 IMessenger.aidl 的实现

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相比平常自定义的 aidl,多了 oneway 的关键字,声明和不声明 oneway 关键字的在于生成 Java 类中一个参数

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不声明 oneway 时,mRemote.transact 传入的最后一个参数是 0;声明 oneway 时,mRemote.transact 传入的最后一个参数是 android.os.IBinder.FLAG_ONEWAY 。

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查看 API 文档即可以看到 FLAG_ONEWAY 的作用就是让客户端能够非阻塞的调用远程方法,至此真相大白,如果我们自定义的 aidl 也想实现非阻塞的调用,只需声明 oneway 关键字即可。

总结

因为平时并不常用到 oneway,加上文档提及的很少,唯一有描述的就是下面这段。这次看了 Messenger 的代码才知道有这么回事,也是涨姿势了。

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