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(译)Android多进程应用

Android官网上只是简单地提到了进程,但应用开发中使用多进程会遇到各种各样的问题。本文讨论了其中一些问题,也许能给你解决问题的思路。

原文:Making Multi-process Android applications
译文:译文

可以让Android应用中的不同组件运行在不同的进程。有时这种做法是必要的,可以改进应用性能。但你必须意识到,官方网站上并没有太多关于Android多进程应用的文档,而且多进程应用也不容易理解。我们看看何时它会很有用,有何挑战以及如何解决。

缺省时所有Android应用组件都运行在相同的Linux进程中。但也可以让不同组件运行在不同的进程。许多场景下多进程很有用。我们来看看。

Android会不时杀死进程回收内存,以提供给更重要的进程。Android使用重要性等级来决定该杀死和保留哪个进程。占用内存高的后台进程更可能被Android杀死。如果你将后台组件(service, content provider)和前台组件(activity)放在同一个进程,该进程会使用更多的内存。当应用进入后台,它更可能被杀死。Android杀死进程时后杀死其中所有的组件。为了将后台组件跟UI的生命周期解耦,最好将其独立到一个独立的进程。

比如,如果应用需要在客户端和服务器端之间同步数据时,它可以在独立进程中的service中进行同步。这可以让后台进程更少重启,让其独立于UI进程的生命周期。另外,UI进程中的崩溃和异常对后台进程没有任何影响。反之亦然。

使用多进程的另一个原因是多个特性完全不同且独立。比如,如果应用支持Email, Calendar, Contacts, Notes以及Tasks,其中每个特性可以在独立进程中运行以保持各自的生命周期独立。

如何运行多进程

<activity>, <service>, <receiver>以及<provider>都支持<android:process>属性,该属性可以指定组件运行的进程。多个组件也可以共享同一个进程,指定多少进程就能启动多少进程。

挑战

当Android应用使用多进程时,需要处理进程间的数据一致性。甚至你的代码结构良好,在运行时也不太容易知道哪段代码在哪个进程运行。

共享数据

尽管可以在多个独立进程中运行不同独立逻辑,某些时候它们仍然需要共享数据。如果你使用文件,数据库或者shared preferences,你可能遇到跨进程数据不一致问题。如果使用文件,你需要监听其他进程对文件进行的修改。如果从多个进程访问数据库,你可能会遇到非常难以调试的数据库冲突或死锁问题。如果使用shared preferences,必须使用多进程模式打开它,并且使用OnSharedPreferenceChangeListener监听其他进程导致的变化。

单例

单例是在Android应用中跨组件共享状态信息和数据的简单办法。可以使用synchronized关键字保证单例的方法是线程安全的。但如果在多进程应用中使用单例,可能生成的单例对象数量跟进程数量一样多。因为进程并不共享地址空间,所以一个进程中的单例对象对其他进程并不可见。如果使用shared preferences,数据库或文件中的数据初始化单例,要让(不同进程中的)每个单例对象保持一致的数据非常困难,而且很可能它们在运行时有不同的数据状态。另外,synchronized对这种情况不起作用。看看代码中单例的通常用法。

假设我们有一个单例类,不妨称之为SubscriptionManager,它会跟踪用户订阅。在这个类中更新订阅内容。同时你将数据保存到文件以供离线访问。如果数据文件存在的话,由这些文件初始化单例。有两个进程:主进程和后台进程。在一个工具类中检查用户是否订阅了某个内容,该类会被主进程和后台进程调用。用户调用SubscriptionManager.getInstance(context).updateSubscription(feature, subscription);从主进程订阅。这个调用更新了订阅内容,发送到后台并且更新了文件。

在这种情况下,后台进程中的SubscriptionManager并不知道主进程中发生的这次订阅,除非你在数据文件中设置了FileObserver,监听数据变化更进行相应更新。或者,你也可以使用广播机制来通知这次订阅。所以说,使用这些方式在进程间共享数据非常复杂,并不是最佳方案。

解决办法

Android通过Binder接口提供进程间通信(IPC)。Content providersBound services使用binder接口来跨进程通信。所以本方案使用这种方式来维护多进程间数据和状态的一致性。

Content Provider

ContentProvider用于管理对结构化数据的访问。它们封装数据并且提供数据安全机制。ContentProvider是在当前进程的数据跟其他进程的代码之间建立联系的标准接口。(Content providers are the standard interface that connects data in one process with code running in another process)

尽管ContentProvider本是用于应用间共享数据,它也可以用于在多进程之间共享数据。Android保证跨进程时ContentProvider的单一性。ContentResolver提供易用的接口,所以应用代码不必担心IPC细节。

注意:如果不想在应用外共享数据, 不要 在manifest中对外暴露ContentProvider(android:export="false")

尽管ContentProvider和ContentResolver的”CURD” API主要被设计为共享SQL数据库中的数据,也可以扩展更通用的call(android.net.Uri, java.lang.String, java.lang.String, android.os.Bundle) API以实现应用特定的目的。

比如:在上述例子的SubscriptionManager,你可以提供如下API来检查和更新订阅:

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ContentResolver resolver = getContentResolver(); 
Bundle result = resolver.call(“SubcriptionCheck”, arg, extras);

Bound Service

Bound service是客户端-服务器接口中的服务器端。Bound service允许组件(比如activity)绑定到service,发送请求,接收响应,甚至执行IPC

有两种方式实现IPC:Messengers和AIDL。Messenger方式更简单一些。两种方式中Android框架都做好了IPC底层工作(marshalling, unmarshalling, RPC),IPC对调用方是透明的。跟service通信的步骤如下:

  • bindService
  • 连接到service时收到回调
  • 使用binder接口发送请求,或调用service API
  • 从service接收响应

Service

可以使用intent在另一个进程中启动service,或者从代码中的任何地方发送广播,并且在另外的进程中接收该广播并启动一个service来处理它。

比如你有一个测量系统用于捕获应用中的某些事件,可以将每次测量发送到service,让service将其写入数据库或发送到后台,而不是让代码中到处都是数据库或网络操作。

Application类的坑

你可以实现Application的子类,并且在AndroidManifest.xml<application>标签的<android:name>属性中指定这个类的全名。当应用进程启动时,你实现的Application子类会最先初始化。

要注意的是,应用中启动的每一个进程都会执行上述初始化。不幸的是,并不能为不同的进程指定不同的Application类。

如果你使用Application类,很可能你会在它的onCreate()方法中做一些初始化工作。 请确保这些初始化工作对进程是恰当且必要的 也在Application.onCreate()中使用下面的代码确定进程上下文:

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int pid = android.os.Process.myPid(); 
ActivityManager manager = (ActivityManager) this.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
for (ActivityManager.RunningAppProcessInfo processInfo : manager.getRunningAppProcesses()) {
if (processInfo.pid == pid) {
String currentProcName = processInfo.processName;
if (!TextUtils.isEmpty(currentProcName) && currentProcName.equals(":background")) {
//Rest of the initializations are not needed for the background
//process
return;
}
}
}

/* Initializations for the UI process */

通过这种方式你可以降低内存占用,避免某些大块内存分配,甚至有可能加快应用启动速度。这里提到初始化包括:加载专有字体,初始化Google Maps,及以初始化第三方SDK。通常只需要在主进程中做这些初始化。

总结

希望这篇博客能帮助你理解多进程应用,知道使用多进程中会遇到的问题,以及如何去解决这些问题。

注意

  • 如果不必在应用外访问provider和service,就不要暴露它们
  • 限制广播的只对自己的应用可见