[转][Android研究手记3]组件间的交互和进程间IPC通信

原文：http://hkbarton.sacredfir.com/?p=93
在Android中窗体与窗体之间如何互相调用和交换数据？窗体（Activity）和后台的服务（Service）如何通信？基于Unix（Linux）的系统都有一个很优秀的传统，就是倡导非常轻便的进程间通信（IPC）机制；倡导进程通过IPC来互相协作；倡导功能单一，小巧而强壮的进程，而不是又大又复杂的“万金油”。同样，在Android中我们可以将我们的Activity和Service放在不同的进程中运行，我们可以在我们的Task 中加载其他进程的Activity，这些机制都鼓励我们“尽量利用已有的功能，利用IPC和包含这些已有功能的程序协作，来完成一个完整的应用”，例如在我们的程序中充分利用Google Map的相关窗体和服务。所有这些都建立在一套轻便好用的IPC机制上。


Android的组件和进程间通信都建立在一种基于称为Intent的消息基础之上。Intent就是一种消息，它包含了两个重要的内容：1. 消息的目的，即这个消息是发给哪个组件的？（消息的目的中不会包含“消息是发给哪个进程”这样的信息，这里Android有意淡化进程的概念，而只让我们关心组件，因为了解太多关于进程的具体信息会加大复杂度，而又如何做到进程间的消息传递呢？下文会说到一种Android中关于这点比较特别的设计方式，我认为是一种简捷有用又符合手机特点的设计）；2. 消息所携带的数据内容，即需要传递给目标的数据。下面是一个简单的利用Intent来启动一个Service并向其传递数据的代码示例：


Intent serviceIntent = new Intent(context, svrMain.class);
serviceIntent.putExtra(“Network_Report”, networkStatus);
context.startService(serviceIntent);

上面的代码首先构造了一个Intent对象，并在构造的时候指定了这个Intent的目的地，即“svrMain.class”，表示这个Intent是要传递给一个类名叫svrMain的Service。然后向这个Intent中放入了一个数据，数据的key为“Network_Report”，value为一个叫networkStatus的int类型变量，用来指明当前网络的状态。最后我们使用系统提供的上下文API，将这个Intent传递给指定的Service。


Intent的消息目的地分为两种模式，一种是显式的，一种是隐式的。我们上面的例子中看到的就是一个显式消息的例子。显式消息直接指定消息目的地组件的类元信息，例如上面例子中svrMain就是我们写的一个类名为svrMain的Service，class操作符就是获取其类元信息。这种模式的消息由于已经确切知道了消息目标的确切信息，所以只适用于同一进程内的不同组件之间通信，例如打开一个子窗体，和同一进程中的service通信等。对应的，隐式消息就一般用于跨进程的通信了，隐式消息没有确定的消息目的地，除了数据外，隐式消息只是包含了一些用于表征消息特征的描述字段。而一些需要收到某种特定特征消息的某个程序中的某个组件，需要通过在其所在程序的AndroidMainifest.xml中注册一种被称为intent-filter的消息特征筛选器，然后Android系统会按照一定的匹配规则来匹配发出的消息特征和所有拥有响应这种特征的intent-filter的组件（无论是同一进程内的组件还是不同程序中的组件），匹配到的组件就会接受到相应的消息。前面的描述多少有些拗口，我们举个实际的例子来说明，如果我们想开启一个子窗体（无论这个窗体来自同一进程还是不同进程），我们除了使用显式消息外，我们还可以使用隐式消息：

  Intent openSomeDiagIntent = new Intent();
  openSomeDiagIntent.setAction(“edwin.demo.fooActivity”);
  this.startActivity(openSomeDiagIntent);


上面的隐式消息不包含具体的目的地，而是仅包含一个名位“Action”的特征字符串，Action就是上文所说的Intent特征的一种。从字面上来理解，可以理解为这个消息所代表的是完成某一个动作的含义，由action来标明动作的名字。所有能够处理这种动作的Activity都可以收到该消息。对应的，可能在同一个程序或者另外的某个程序的AndroidMainifest.xml中声明了下面这样的一个Activity：


<activity android:name=”.fooActivity”>
   <intent-filter>
      <action android:name=”edwin.demo.fooActivity” />
   </intent-filter>
</activity>


那么这就表示这个Activity能够收到并处理action为“edwin.demo.fooActivity”的消息。所以上面的代码串起来的效果就是，打开了这个名为.fooActivity的窗口，无论这个窗口是在当前的进程中还是另外的一个程序中。



除了Action这种消息特征外，Intent还有category，data这两个特征描述属性。Category同样是一个字符串，从字面上理解就是“消息的分类特征”。从程序上看其和Action的不同在于，一个Intent只能有惟一的一个Action名称，但是却可以包含多个Category字符串；一个Intent-Filter可以包含多个Action节点但至少要包含一个，另一方面一个Intent-Filter可以包含零到多个Category节点。Android在做Intent-Filter匹配的时候，Intent的Action属性匹配到Intent-Filter中的任何一个action节点，就表明拥有这个Intent-Filter的组件能够处理这种消息；而对于Category来讲一个Intent中的所有的Category都必须存在于Intent-Filter中的Category节点中时，才表明匹配成功。Data属性可以描述一个Intent所要传递的数据类型和URI，每一个Intent只能包含一个Data属性。其中数据的类型使用MIME类型描述方式来描述，例如video/mpeg表示编码格式为mpeg的视频，这里也可以使用通配符，例如video/*表示任意格式的视频文件类型；数据的URI由scheme（协议），host，port，path四部分组成：scheme://host:port/path，例如http://test.com:8080/file/file1 或者content://edwin.demo.contentProvider:100/forder/content1，其中path部分也是可以支持通配符的。Data属性是一个很有用的描述特征，例如下面这样的一个包含data节点的Intent-Filter：


<activity android:name=”.actHttpVideoMan”>
  <intent-filter>
    <action android:name=”edwin.demo.actHttpVideoMan.Main” />
    <data android:scheme=”http” android:type=”video/*” />
  </intent-filter>
</activity>

它表示窗体actHttpVideoMan能够处理来自web服务器的视频文件。这样的filter有什么作用呢？最典型的情况就是配合浏览器工作。浏览器在打开一个链接的时候首先会尝试显示这个链接对应的html页面，如果这个链接不是一个html页面，而是一个视频文件或者其他浏览器本身不能处理的格式的话，浏览器会使用隐式消息尝试开启一个能够处理这种数据格式的Activity来处理，浏览器发出的隐式消息就是一个包含data属性，其中URI scheme为http，数据类型为video/*的消息，如果有能够匹配这个intent的组件，例如我们上面的那个activity，浏览器就会启动这个窗体，接着这个窗体会根据data属性指定的URI去播放在线视频，如果没有可以处理这个intent的Activity，浏览器才会调用下载管理器下载文件。


隐式消息这个设计简单有效，它忽略了进程的细节，让IPC在一个更高的更接近人脑思维模式的层次工作，让系统中的不同进程协作看起来就像是同一程序中的协作一样，这种简单的IPC机制在很大的程度上鼓励我们和其他进程协作，通过协作的进程来完成一个复杂的任务，而不是把什么功能都做到一个大而全的程序里面。不过上文还有一些细节没有提到，例如如果一个intent有多个可匹配的处理组件，系统如何处理？这就要分响应消息的组件类型来说了，如果是service，那么这些service都可以启动并处理消息，如果是Activity，则android会弹出一个对话框让用户进行选择。比如我们安装了多个可以处理在线视频的软件，当我们在浏览器中点击一个在线视频的链接时，系统会让用户选择使用哪个软件来观看。另外大家一定会想到安全性的问题，如果不同进程间的组件可以通过隐式消息互相通信，那我们的程序不是可以轻易调用到其他的程序或者系统中的一些敏感程序的组件，这样会不会很不安全呢？其实Android在安全方面有一个统一，完备和轻便的安全策略模型，Intent的安全自然是被考虑在内的，关于android的安全模型我会在后续的系列blog中专门说明。

最后，除了Intent这种基于消息的进程内和进程间通信模型外，android中也有一种相比起来稍显笨重一些的IPC机制，它采用类似远程方法调用的方案，通过接口定义文件AIDL来定义一个IPC接口，然后通过接收方实现接口，调用方调用接口的本地代理实现来完成IPC。这种模型只适用于Activity和Service间的通信，之所以需要这种稍显重量的模式，是因为Activity除了发送intent去启动一个service外，可能还需要能够在Service的运行过程中连接到service，对Service发送一些控制请求。例如音乐播放程序，其后台的播放服务往往独立运行，以方便我们在使用其他程序界面时也能听到音乐。同时这个后台播放服务也会定义一个控制接口，包含比如播放，暂停，快进之类的方法，任何时候播放程序的界面都可以通过使用bindService API连接到播放服务，获取这个接口的包含IPC细节的实现代理，通过这组控制接口方法对其进行控制，这时这种IPC的方案就显的更方便更直观一些了。有关使用AIDL这种IPC的更详细描述，Google的官方文档已做了详细的讲解。