写给Android App开发人员看的Android底层知识(1)

这个系列的文章一共8篇,我酝酿了很多年,参考了很多资源,查看了很多源码,直到今天把它写出来,也是战战兢兢,生怕什么地方写错了,贻笑大方。

 

 

(一)引言

早在我还是Android菜鸟的时候,有很多技术我都不太明白,也都找不到答案,比如apk是怎么安装的,比如资源是怎么加载的。

再比如说,每本书都会讲AIDL,但我却从来没用过。四大组件也是这个问题,我只用过Activity,其它三个组件,不但没用过,甚至连它们是做什么的,都不是很清楚。

      之所以这样,是因为我一直从事的是电商类App开发工作,对于这类App,基本就是由列表页和详情页组成的,所以我们每天面对的是Activity,会写这两类页面,把网络底层封装的足够强大就够了。

绝大多数App开发人员,都是如此。

但直到接触Android的插件化编程和热修复技术,才发现只掌握上述这些技术是远远不够的。

 

(二)还是引言

市场上有很多介绍Android底层的书籍,网上也有很多文章,但大都是给ROM开发人员看的,动辄贴出几页代码,不适合App开发人员去阅读学习。

我曾经在微信中问过老罗和老邓,你们写的书为什么我们App开发人员看不懂啊,他们就呵呵了,跟我说,他们的书就是写给ROM开发人员看的。

于是,这几年来,我一直在寻找这样一类知识,App开发人员看了能有助于他们更好的编写App程序,而又不需要知道太多这门技术底层的代码实现。

 

这类知识分为两种。

      一种是知道概念即可,就比如说Zygote,其实App开发人员是不需要了解Zygote的,知道有这么个东西是“孕育天地”的就够了,类似的还有SurfaceFlinger、WMS这些概念。

       还有一种是需要知道内部原理,就比如说Binder。关于Binder的介绍铺天盖地,但对于我们App开发人员,需要了解的是它的架构模型,只要有Client和Server,以及SM就足够了。

      四大组件的底层通信机制都是基于Binder的,我们需要知道每个组件中,分别是哪些类扮演了Binder Client,哪些类扮演了Binder Server。知道这些概念,有助于我们App开发人员进行插件化编程。

 

(三)目录

我这个系列的文章,已经写好了下面的内容,会在接下来的每天发布一篇,共计8篇,看了这8篇文章,就可以迈进Android插件化的大门了。

  •    Binder
  •    AIDL
  •    AMS
  •    Activity
  •    Service
  •    ContentProvider
  •    匿名共享内存
  •    BroadcastReceiver
  •    PMS及App安装过程

 

Android底层知识,还应该包括以下内容,但是和插件化关系不大,也不是我擅长的领域,所以我只列出了大纲,没有继续写下去:

  •    View和ViewGroup
  •    Message、Looper和Handler
  •    权限管理
  •    Android SDK工具内部原理

 

有兴趣的同学,可以按照我这个思路继续写下去,记得,一,少贴代码。多画图,二,一定要有趣。

 

       接下来就详细讲那些App开发人员需要知道的Android底层知识。

 

       (三)Binder

       Binder是为了解决跨进程通信。

关于Binder的文章实在是太多了,每篇文章都能从Java层讲到C++层,App开发人员其实是没必要了解这么多内容的。我们看对App开发有用的几个点:

1)首先,Binder分为Client和Server两个进程。

注意,Client和Server是相对的。谁发消息,谁就是Client,谁接收消息,谁就是Server。

      举个例子,两个进程A和B之间使用Binder通信,进程A发消息给进程B,那么这时候A是Binder Client,B是Binder Server;进程B发消息给进程A,那么这时候B是Binder Client,A是Binder Server——其实这么说虽然简单了,但还是不太严谨,我们先这么理解着。

 

2)其次,我们看下面这个图(摘自田维术的博客),基本说明白了Binder的组成解构:

 

 

 

图中的IPC就是进程间通信的意思。

图中的ServiceManager,负责把Binder Server注册到一个容器中。

      有人把ServiceManager比喻成电话局,存储着每个住宅的座机电话,还是很恰当的。张三给李四打电话,拨打电话号码,会先转接到电话局,电话局的接线员查到这个电话号码的地址,因为李四的电话号码之前在电话局注册过,所以就能拨通;没注册,就会提示该号码不存在。

      对照着Android Binder机制,对着上面这图,张三就是Binder Client,李四就是Binder Server,电话局就是ServiceManager,电话局的接线员在这个过程中做了很多事情,对应着图中的Binder驱动

 

3)接下来我们看Binder通信的过程,还是摘自田维术博客的一张图:

 

 

      

       注:图中的SM也就是ServiceManager。

 

       我们看到,Client想要直接调用Server的add方法,是不可以的,因为它们在不同的进程中,这时候就需要Binder来帮忙了。

  1. 首先是Server在SM这个容器中注册。
  2. 其次,Client想要调用Server的add方法,就需要先获取Server对象, 但是SM不会把真正的Server对象返回给Client,而是把Server的一个代理对象返回给Client,也就是Proxy。
  3. 然后,Client调用Proxy的add方法,SM会帮他去调用Server的add方法,并把结果返回给Client。

 

       以上这3步,Binder驱动出了很多力,但我们不需要知道Binder驱动的底层实现,涉及到C++的代码了——把有限的时间去做更有意义的事情。

 

       App开发人员对Binder的掌握,这些内容就足够了。

 

       是时候总结一波了:

  1. 学习Binder,是为了更好的理解AIDL,基于AIDL模型,进而了解四大组件的原理。
  2. 理解了Binder,再看AMS和四大组件的关系,就像是Binder的两个进程Server和Client通信。

 

       (四)AIDL

       AIDL是Binder的延伸。一定要先看懂我前面介绍的Binder,再来看AIDL。要按顺序阅读。

       Android系统中很多系统服务都是aidl,比如说剪切板。举这个例子,是为了让App开发人员知道AIDL无处不在,和我们距离非常近。

 

       AIDL中需要知道下面几个类:

  •    IBinder
  •    IInterface
  •    Binder
  •    Proxy
  •    Stub

 

       当我们自定义一个aidl文件时(比如MyAidl.aidl,里面有一个sum方法),Android Studio会帮我们生成一个类文件MyAidl.java,如下图所示:

 

 

   

MyAidl.java这个生成文件中,包括MyAidl接口,以及Stub和Proxy两个实现了MyAidl接口的类,其中Stub是定义在MyAidl接口中的,而Proxy则定义在Stub类中。

      我曾经很不理解,为什么不是生成3个文件,一个接口,两个类,清晰明了。都放在一个文件中,这是导致很多人看不懂AIDL的一个门槛。其实Android这么设计是有道理的。当有多个AIDL类的时候,Stub和Proxy类就会重名,把它们放在各自的AIDL接口中,就必须MyAidl.Stub这样去使用,就区分开了。

 

       对照这张图,我们继续来分析,Stub的sum方法是怎么调用到Proxy的sum方法?然后又调用另一个进程的sum方法的?

       起决定意义的是Stub的asInterface方法和onTransact方法。其实这个图没有画全,把完整的Binder Server也画上,就应该是这样:

 

 

 

       1)先从Client看起,对于AIDL的使用者,我们这么写程序:

MyAidl.Stub.asInterface(某IBinder对象).sum(1, 2);         //最好在执行sum方法前判空。

 

       asInterface方法的作用是判断参数——也就是IBinder对象,和自己是否在同一个进程:

  •    是,则直接转换、直接使用,接下来就跟Binder跨进程通信无关啦;
  •    否,则把这个IBinder参数包装成一个Proxy对象,这时调用Stub的sum方法,间接调用Proxy的sum方法。

return new MyAidl.Stub.Proxy(obj);

      

       2)Proxy在自己的sum方法中,会使用Parcelable来准备数据,把函数名称、函数参数都写入_data,让_reply接收函数返回值。最后使用IBinder的transact方法,把数据就传给Binder的Server端了。

mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0); //这里的mRemote就是asInterface方法传过来的obj参数

      

 

———————我是Binder分界线—————-

 

       3)Server则是通过onTransact方法接收Client进程传过来的数据,包括函数名称、函数参数,找到对应的函数,这里是sum,把参数喂进去,得到结果,返回。

       所以onTransact函数经历了读数据-->执行要调用的函数-->把执行结果再写数据的过程。

 

       下一篇文章要介绍的四大组件的原理,我们都可以对照着AIDL的这张图来看,比如说,四大组件的启动和后续流程,都是在和ActivityManagerService(简称AMS)来来回回的通信,四大组件给AMS发消息,四大组件就是Binder Client,而AMS就是Binder Server;AMS发消息通知四大组件,那么角色就互换。

      

       那么四大组件中,比如说Activity,又是哪个类扮演了Stub的角色,哪个类扮演了Proxy的角色呢?这也是我下一篇文章要介绍的,包括AMS、四大组件各自的运行原理。

 

       好戏即将开始。

posted @ 2017-05-19 10:30 包建强 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏