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Android程序员进阶必知架构源码：手把手讲解IPC框架（2）_享学ipc框架

作者：你好赵伟 | 2024-02-21 10:01:21

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享学ipc框架

作者：享学课堂终身VIP周周
简书ID：波澜步惊
转载请声明出处！

上一期《手把手讲解IPC框架》享学课堂周周同学分享了概念QA以及前置技能、传统方式IPC通信写法与使用IPC框架进行RPC通信的对比以及Demo展示三个部分。这一期他将继续为大家带来手把手讲解IPC框架分享。

正文大纲

一、概念QA以及前置技能
二、传统方式IPC通信写法与使用IPC框架进行RPC通信的对比
三、Demo展示
四、框架核心思想讲解
五、写在最后的话
接上一篇：明星学员作品：手把手讲解IPC框架（1）

四、框架核心思想讲解

我们不使用IPC框架时，有两件事非常恶心：

1. 随着业务的扩展，我们需要频繁(因为要新增业务接口)改动 AIDL文件，而且 AIDL修改起来没有任何代码提示,只有到了编译之后，编译器才会告诉我哪里错了，而且 直接引用到的 JavaBean还必须手动再声明一次。实在是不想在这个上面浪费时间。

2. 所有客户端 Activity，只要想进行进程间 binder通信，就不可避免要去手动 bindService,随后去处理 Binder连接，重写 ServiceConnection，还要在适当的时候释放连接，这种业务不相关而且重复性很大的代码，要尽量少写。

IPC框架将会着重解决这两个问题。下面开始讲解核心设计思想

注：1.搭建框架牵涉的知识面会很广，我不能每个细节都讲得很细致，一些基础部分一笔带过的，如有疑问，希望能留言讨论。

2.设计思路都是环环相扣的，阅读时最好是从上往下依次理解.

框架思想四部曲：
1）业务注册

上文说到，直接使用 AIDL通信，当业务扩展时，我们需要对 AIDL文件进行改动，而改起来比较费劲，且容易出错。怎么办？利用 业务注册的方式,将 业务类的 class对象，保存到服务端 内存中。进入Demo代码 Registry.java：

public  class  Ipc {
	/**
* @param business
*/
	public  static  void  register(Class<?> business) {
		//注册是一个单独过程，所以单独提取出来，放在一个类里面去
		Registry.getInstance().register(business);
		//注册机是一个单例，启动服务端，
		// 就会存在一个注册机对象，唯一，不会随着服务的绑定解绑而受影响
	}
	...省略无关代码
}

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/**
* 业务注册机
*/
public  class  Registry {
	...省略不关键代码
	/**
* 业务表
*/
	private  ConcurrentHashMap<String, Class<?>> mBusinessMap
	= new  ConcurrentHashMap<>();
	/**
* 业务方法表, 二维map，key为serviceId字符串值，value为 一个方法map  - key，方法名；value
*/
	private  ConcurrentHashMap<String, ConcurrentHashMap<String, Method>> mMethodMap
	= new  ConcurrentHashMap<>();
	/**
* 业务类的实例,要反射执行方法，如果不是静态方法的话，还是需要一个实例的，所以在这里把实例也保存起来
*/
	private  ConcurrentHashMap<String, Object> mObjectMap = new  ConcurrentHashMap<>();
	/**
* 业务注册
* 将业务class的class和method对象都保存起来，以便后面反射执行需要的method
*/
	public  void  register(Class<?> business) {
		//这里有个设计，使用注解，标记所使用的业务类是属于哪一个业务ID，在本类中，ID唯一
		ServiceId serviceId = business.getAnnotation(ServiceId.class);
		//获取那个类头上的注解
		if (serviceId == null) {
			throw  new  RuntimeException("业务类必须使用ServiceId注解");
		}
		String value = serviceId.value();
		mBusinessMap.put(value, business);
		//把业务类的class对象用 value作为key，保存到map中
		//然后要保存这个business类的所有method对象
		ConcurrentHashMap<String, Method> tempMethodMap = mMethodMap.get(value);
		//先看看方法表中是否已经存在整个业务对应的方法表
		if (tempMethodMap == null) {
			tempMethodMap = new  ConcurrentHashMap<>();
			//不存在，则new
			mMethodMap.put(value, tempMethodMap);
			// 并且将它存进去
		}
		for (Method method : business.getMethods()) {
			String methodName = method.getName();
			Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
			String methodMapKey = getMethodMapKeyWithClzArr(methodName, parameterTypes);
			tempMethodMap.put(methodMapKey, method);
		}
		...省略不关键代码
	}
	...省略不关键代码
	/**
* 如何寻找到一个Method？
* 参照上面的构建过程，
*
* @param serviceId
* @param methodName
* @param paras
* @return
*/
	public  Method findMethod(String serviceId, String methodName, Object[] paras) {
		ConcurrentHashMap<String, Method> map = mMethodMap.get(serviceId);
		String methodMapKey = getMethodMapKeyWithObjArr(methodName, paras);
		//同样的方式，构建一个StringBuilder
		return map.get(methodMapKey);
	}
	/**
* 放入一个实例
*
* @param serviceId
* @param object
*/
	public  void putObject(String serviceId, Object  object) {
		mObjectMap.put(serviceId, object);
	}
	/**
* 取出一个实例
*
* @param serviceId
*/
	public  Object getObject(String serviceId) {
		return mObjectMap.get(serviceId);
	}
}

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/**
* 自定义注解，用于注册业务类的
*/
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public  @interface  ServiceId {
	String value();
}

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我利用一个单例的 Registry类，将当前这个业务 class对象，拆解出每一个 Method，保存到 map集合中。而，保存这些 Class， Method，则是为了 反射执行指定的业务 Method做准备。此处有几个精妙设计：

1、利用自定义注解 @ServiceId 对业务接口和实现类，都形成约束，这样业务实现类就有了进行唯一性约束，因为在 Registry类中，一个 ServiceId只针对一种业务,如果用 Registry类注册一个没有 @ServiceId注解的业务类，就会抛出异常。

2、利用注解 @ServiceId的 value作为 key，保存所有的业务实现类的 Class ， 以及该 Class的所有 public的 Method 到 map集合中，通过日志打印，很容易看出当前服务端有哪些 业务类，业务类有哪些可供外界调用的方法。(·这里需要注意，保存方法时，必须连同方法的参数类型一起作为 key，因为存在同名方法重载的情况·) 当你运行 Demo，启动服务端的时候，过滤一下日志,就能看到：

3 、如果再发生业务扩展的情况，我们只需要直接改动加了 @ServiceId注解的业务类即可，并没有其他多余的动作。如果我在 IUserBusiness接口中，增加一个 logout方法，并且在实现类中去实现它。那么，再次启动 服务端app，上图的日志中就会多出一个 logout方法.

4、提供一个 Map集合，专门用来保存每一个 ServiceId对应的 Object，并提供 getObject和 putObject方法，以便反射执行 Method时所需。

OK,一切准备万全。业务类的每个部分基本上都保存到了服务端进程的内存中，反射执行Method，随时可以取用。

2）自定义通信协议

跨进程通信，我们本质上还是使用 BinderAIDL这一套，所以 AIDL代码还是要写的，但是，是写在框架层中，一旦确定了通信协议，那这一套 AIDL就不会随着业务的变动去改动它，因为它是框架层代码，不会随意去动。要定自己的通信协议，其实没那么复杂。想一想，通信，无非就是客户端向服务端发送消息，并且取得回应的过程，那么，核心方法就确定为 send：

入参是 Request，返回值是 Response，有没有觉得很像 HTTP协议。request和response都是我们自定义的，注意，要参与跨进程通信的 javaBean，必须实现 Parcelable接口，它们的属性类型也必须实现 Parcelable接口。

Request中的重要元素包括：serviceId 客户端告诉服务端要调用哪一个业务methodName 要调用哪一个方法parameters 调这个方法要传什么参数 这 3个元素，足矣涵盖客户端的任何行为。但是，由于我的业务实现类定义 为了单例，所以它有一个静态的 getInstance方法。静态方法和普通方法的反射调用不太一样，所以，加上一个 type属性，加以区分。

public  class  Request  implements  Parcelable {
	private  int type;
	/**
* 创建业务类实例,并且保存到注册表中
*/
	public  final  static  int TYPE_CREATE_INSTANCE = 0;
	/**
* 执行普通业务方法
*/
	public  final  static  int TYPE_BUSINESS_METHOD = 1;
	public  int getType() {
		return type;
	}
	private  String serviceId;
	//客户端告诉服务端要调用哪一个业务
	private  String methodName;
	//要调用哪一个方法
	private  Parameter[] parameters;
	//调这个方法要传什么参数
	...省略无关代码
}

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Response中的重要元素有：result 字符串类型，用 json字符串表示接口执行的结果isSuccess 为 true，接口执行成功， false 执行失败。

public  class  Response  implements  Parcelable {
	private  String result;
	//结果json串
	private  Boolean isSuccess;
	//是否成功
}

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最后，Request引用的Parameter类：type表示，参数类型（如果是String类型，那么这个值就是java.long.String）value 表示，参数值，Gson序列化之后得到的字符串。

public class Parameter implements Parcelable {
	private String value;
	//参数值序列化之后的json
	private String type;
	//参数类型 obj.getClass
}

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为什么设计这么一个Parameter？为什么不直接使用Object？因为，Request 中需要客户端给的参数列表，可是如果直接使用客户端给的Object[] ，你并不能保证数组中的所有参数都实现了 Parcelable，一旦有没有实现的，通信就会失败（ binder AIDL通信，所有参与通信的对象，都必须实现 Parcelable，这是基础）,所以，直接用 gson将Object[] 转化成Parameter[],再传给Request，是不错的选择，当需要反射执行的时候，再把Parameter[] 反序列化成为 Object[] 即可。

OK,通信协议的3个类讲解完了，那么下一步应该是把这个协议使用起来。

3）binder连接封装

参照 Demo源码，这一个步骤中的两个核心类：IpcService , Channel

先说 IpcService.java

它就是一个 extendsandroid.app.Service 的一个普通 Service，它在服务端启动，然后与客户端发生通信。它必须在服务端 app的 manifest文件中注册。同时，当客户端与它连接成功时，它必须返回一个 Binder对象，所以我们要做两件事：

1、服务端的 manifest中对它进行注册

ps: 这里肯定有人注意到了，上面 service注册时，其实使用了多个 IpcService的内部静态子类，设计多个内部子类的意义是，考虑到服务端存在多个业务接口的存在，让每一个业务接口的实现类都由一个专门的 IpcService服务区负责通信。举个例子：上图中存在两个 IpcService的子类，我让 IpcService0 负责用户业务 UserBusiness，让 IpcService1 负责 DownloadBusiness, 当客户端需要使用 UserBusiness时，就连接到 IpcService0，当需要使用 DownloadBusiness时，就连接到 IpcService1. 但是这个并不是硬性规定，而只是良好的编程习惯，一个业务接口 A，对应一个IpcService子类A，客户端要访问业务接口 A，就直接和IpcService子类A通信即可。同理，一个业务接口 B，对应一个IpcService子类B，客户端要访问业务接口B，就直接和IpcService子类B通信即可。(我是这么理解的，如有异议，欢迎留言)

2、重写 onBind方法，返回一个Binder对象：我们要明确返回的这个Binder对象的作用是什么。它是给客户端去使用的，客户端用它来调用远程方法用的，所以，我们前面两个大步骤准备的注册机Registry，和通信协议request,response，就是在这里大显身手了 。

public IBinder onBind(Intent intent) {
	return new IIpcService.Stub() {
		//返回一个binder对象,让客户端可以binder对象来调用服务端的方法
		@Override
		public  Response send(Request request) throws  RemoteException {
			//当客户端调用了send之后
			//IPC框架层应该要 反射执行服务端业务类的指定方法,并且视情况返回不同的回应
			//客户端会告诉框架，我要执行哪个类的哪个方法，我传什么参数
			String serviceId = request.getServiceId();
			String methodName = request.getMethodName();
			Object[] paramObjs = restoreParams(request.getParameters());
			//所有准备就绪，可以开始反射调用了？
			//先获取Method
			Method method = Registry.getInstance().findMethod(serviceId, methodName, paramObjs);
			switch (request.getType()) {
				case  Request.TYPE_CREATE_INSTANCE:
				try {
					Object instance = method.invoke(null, paramObjs);
					Registry.getInstance().putObject(serviceId, instance);
					return  new  Response("业务类对象生成成功", true);
				}
				catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
					return  new  Response("业务类对象生成失败", false);
				}
				case  Request.TYPE_BUSINESS_METHOD:
				Object o = Registry.getInstance().getObject(serviceId);
				if (o != null) {
					try {
						Log.d(TAG, "1:methodName:" + method.getName());
						for (int i = 0; i < paramObjs.length; i++) {
							Log.d(TAG, "1:paramObjs     " + paramObjs[i]);
						}
						Object res = method.invoke(o, paramObjs);
						Log.d(TAG, "2");
						return  new  Response(gson.toJson(res), true);
					}
					catch (Exception e) {
						return  new  Response("业务方法执行失败" + e.getMessage(), false);
					}
				}
				Log.d(TAG, "3");
				break;
			}
			return  null;
		}
	}
	;
}

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这里有一些细节需要总结一下：
1、从 request中拿到的 参数列表是 Parameter[]类型的，而我们反射执行某个方法，要的是 Object[]，那怎么办？反序列化咯，先前是用 gson去序列化的，这里同样使用 gson去反序列化, 我定义了一个名为：restoreParams的方法去反序列化成 Object[].

2、之前在 request中，定义了一个 type，用来区分静态的 getInstance方法，和 普通的业务 method，这里要根据 request中的 type值，区分对待。getInstance方法，会得到一个业务实现类的 Object，我们利用 Registry的 putObject把它保存起来。而，普通 method，再从 Registry中将刚才业务实现类的 Object取出来，反射执行 method

3、静态 getInstance的执行结果，不需要告知客户端，所以没有返回 Response对象，而 普通 Method，则有可能存在返回值，所以必须将返回值 gson序列化之后，封装到 Response中， return出去。

再来讲 Channel类：

之前抱怨过，不喜欢重复写 bindService，ServiceConnection，unbindService。但是其实还是要写的，写在IPC框架层，只写一次就够了。

public  class  Channel {
	String TAG = "ChannelTag";
	private  static  final  Channel ourInstance = new  Channel();
	/**
* 考虑到多重连接的情况，把获取到的binder对象保存到map中，每一个服务一个binder
*/
	private  ConcurrentHashMap<Class<? extends  IpcService>, IIpcService> binders = new  ConcurrentHashMap<>();
	public  static  Channel getInstance() {
		return ourInstance;
	}
	private  Channel() {
	}
	/**
* 考虑app内外的调用,因为外部的调用需要传入包名
*/
	public  void bind(Context context, String packageName, Class<? extends  IpcService> service) {
		Intent intent;
		if (!TextUtils.isEmpty(packageName)) {
			intent = new  Intent();
			Log.d(TAG, "bind:" + packageName + "-" + service.getName());
			intent.setClassName(packageName, service.getName());
		} else {
			intent = new  Intent(context, service);
		}
		Log.d(TAG, "bind:" + service);
		context.bindService(intent, new  IpcConnection(service), Context.BIND_AUTO_CREATE);
	}
	private  class  IpcConnection  implements  ServiceConnection {
		private  final  Class<? extends  IpcService> mService;
		public  IpcConnection(Class<? extends  IpcService> service) {
			this.mService = service;
		}
		@Override
		public  void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
			IIpcService binder = IIpcService.Stub.asInterface(service);
			binders.put(mService, binder);
			//给不同的客户端进程预留不同的binder对象
			Log.d(TAG, "onServiceConnected:" + mService + ";bindersSize=" + binders.size());
		}
		@Override
		public  void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
			binders.remove(mService);
			Log.d(TAG, "onServiceDisconnected:" + mService + ";bindersSize=" + binders.size());
		}
	}
	public  Response send(int type, Class<? extends  IpcService> service, String serviceId, String methodName, Object[] params) {
		Response response;
		Request request = new  Request(type, serviceId, methodName, makeParams(params));
		Log.d(TAG, ";bindersSize=" + binders.size());
		IIpcService iIpcService = binders.get(service);
		try {
			response = iIpcService.send(request);
			Log.d(TAG, "1 " + response.isSuccess() + "-" + response.getResult());
		}
		catch (RemoteException e) {
			e.printStackTrace();
			response = new  Response(null, false);
			Log.d(TAG, "2");
		}
		catch (NullPointerException e) {
			response = new  Response("没有找到binder", false);
			Log.d(TAG, "3");
		}
		return response;
	}
	...省略不关键代码
}

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上面的代码是Channel类代码，两个关键：

1、 bindService+ServiceConnection 供客户端调用，绑定服务，并且将连接成功之后的binder保存起来

2、 提供一个 send方法，传入 request，且 返回 response，使用 serviceId对应的 binder 完成通信。

4）动态代理实现 RPC

终于到了最后一步，前面3个步骤，为进程间通信做好了所有的准备工作，只差最后一步了------ 客户端调用服务。重申一下RPC的定义：让客户端像使用本地方法一样调用远程过程。

像 使用本地方法一样？我们平时是怎么使用本地方法的呢？

A a = new A();
a.xxx();

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类似上面这样。但是我们的客户端和服务端是两个隔离的进程,内存并不能共享，也就是说服务端存在的类对象，不能直接被客户端使用，那怎么办？泛型+动态代理！我们需要构建一个处在客户端进程内的业务代理类对象,它可以执行和服务端的业务类一样的方法，但是它确实不是服务端进程的那个对象，如何实现这种效果？

public  class  Ipc {
	...省略无关代码
	/**
* @param service
* @param classType
* @param getInstanceMethodName
* @param params
* @param <T>                   泛型，
* @return
*/
	public  static <T> T getInstanceWithName(Class<? extends  IpcService> service,
	Class<T> classType, String getInstanceMethodName, Object... params) {
		//这里之前不是创建了一个binder么，用binder去调用远程方法，在服务端创建业务类对象并保存起来
		if (!classType.isInterface()) {
			throw  new  RuntimeException("getInstanceWithName方法 此处必须传接口的class");
		}
		ServiceId serviceId = classType.getAnnotation(ServiceId.class);
		if (serviceId == null) {
			throw  new  RuntimeException("接口没有使用指定ServiceId注解");
		}
		Response response = Channel.getInstance().send(Request.TYPE_CREATE_INSTANCE, service, serviceId.value(), getInstanceMethodName, params);
		if (response.isSuccess()) {
			//如果服务端的业务类对象创建成功，那么我们就构建一个代理对象，实现RPC
			return (T) Proxy.newProxyInstance(
			classType.getClassLoader(), new  Class[]{
				classType
			}
			,
			new  IpcInvocationHandler(service, serviceId.value()));
		}
		return  null;
	}
}

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上面的 getInstanceWithName，会返回一个动态代理的 业务类对象(处在客户端进程), 它的行为 和 真正的业务类(服务端进程)一模一样。这个方法有 4个参数 @paramservice 要访问哪一个远程service，因为不同的service会返回不同的Binder @paramclassType 要访问哪一个业务类，注意，这里的业务类完全是客户端自己定义的，包名不必和服务端一样，但是一定要有一个和服务端对应类一样的注解。注解相同，框架就会认为你在访问相同的业务。@paramgetInstanceMethodName 我们的业务类都是设计成单例的，但是并不是所有获取单例对象的方法都叫做getInstance，我们框架要允许其他的方法名 @paramparams 参数列表，类型为 Object[]。

重中之重，实现RPC的最后一个步骤，如图：

如果服务端的单例对象创建成功，那么说明 服务端的注册表中已经存在了一个业务实现类的对象，进而，我可以通过binder通信来 使用这个对象 执行我要的业务方法，并且拿到方法返回值，最后 把返回值反序列化成为 Object ，作为动态代理业务类的方法的执行结果。

关键代码 IpcInvocationHandler :

/**
* RPC调用 执行远程过程的回调
*/
public  class  IpcInvocationHandler  implements  InvocationHandler {
	private  Class<? extends  IpcService> service;
	private  String serviceId;
	private  static  Gson gson = new  Gson();
	IpcInvocationHandler(Class<? extends  IpcService> service, String serviceId) {
		this.service = service;
		this.serviceId = serviceId;
	}
	@Override
	public  Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws  Throwable {
		//当，调用代理接口的方法时，就会执行到这里，执行真正的过程
		//而你真正的过程是远程通信
		Log.d("IpcInvocationHandler", "类：" + serviceId + "          方法名" + method.getName());
		for (int i = 0; i < args.length; i++) {
			Log.d("IpcInvocationHandler", "参数：" + args.getClass().getName() + "/" + args[i].toString());
		}
		Response response = Channel.getInstance().send(Request.TYPE_BUSINESS_METHOD, service, serviceId, method.getName(), args);
		if (response.isSuccess()) {
			//如果此时执行的方法有返回值
			Class<?> returnType = method.getReturnType();
			if (returnType != void.class && returnType != Void.class) {
				//既然有返回值，那就必须将序列化的返回值 反序列化成对象
				String resStr = response.getResult();
				return gson.fromJson(resStr, returnType);
			}
		}
		return  null;
	}
}

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ok，收工之前总结一下，最后 RPC的实现，借助了 Proxy动态代理+ Binder通信。用动态代理产生一个本进程中的对象，然后在重写 invoke时，使用 binder通信执行服务端过程拿到返回值。这个设计确实精妙。

五、 写在最后的话

  1. 本案例提供的两个Demo，都只是作为演示效果作用的，代码不够精致，请各位不要在意这些细节。

  2. 此框架并非本人原创，课题内容来自享学课堂Lance老师,本文只做学习交流之用，转载请务必注明出处，谢谢合作。

  3. 第二个Demo（IPC通信框架实现RPC），我的原装代码中只实现了服务端1个服务，2个客户端同时调用，但是这个框架是支持服务端多个服务，多个客户端同时调用的，所以，可以尝试在我的代码基础上扩展出服务端N个业务接口和实现类，多个客户端混合调用的场景。应该不会有bug。

  4. 建议读者去尝试扩展一下服务端和客户端的代码，因为这样可以最直观地感受到框架的给我们开发带来的便利。

结语

生活不止眼前的苟且…还要学会用大局观思考…

框架思想，如果我们能够理解，甚至创造自己的框架，那么我们就已经脱离了低级趣味，在走向进阶了。然而，进阶之路漫漫长。我昨天看了高手的一篇文章，或者一个视频，感觉学了点干货，那我想要吸收知识为己所用，就不能真的把知识当成干货储存起来，我要想办法找点水把干货咽下去，消化吸收，才是我自己的东西。

最后

无论是哪家公司，都很重视基础，大厂更加重视技术的深度和广度，面试是一个双向选择的过程，不要抱着畏惧的心态去面试，不利于自己的发挥。同时看中的应该不止薪资，还要看你是不是真的喜欢这家公司，是不是能真的得到锻炼。

针对以上面试技术点，我在这里也做一些资料分享，希望能更好的帮助到大家。

戳这里免费领取以下资料

框架思想，如果我们能够理解，甚至创造自己的框架，那么我们就已经脱离了低级趣味，在走向进阶了。然而，进阶之路漫漫长。我昨天看了高手的一篇文章，或者一个视频，感觉学了点干货，那我想要吸收知识为己所用，就不能真的把知识当成干货储存起来，我要想办法找点水把干货咽下去，消化吸收，才是我自己的东西。

最后

无论是哪家公司，都很重视基础，大厂更加重视技术的深度和广度，面试是一个双向选择的过程，不要抱着畏惧的心态去面试，不利于自己的发挥。同时看中的应该不止薪资，还要看你是不是真的喜欢这家公司，是不是能真的得到锻炼。

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