Android中的進程和線程

進程和線程是現代網絡操作系統的核心概念。Android作為一種優秀的、承襲Linux的移動操作系統，其進程和線程的概念是開發者和安全工作人員需要深入了解的問題。本文將詳細介紹Android中的進程、線程以及相關的技術問題。

進程和線程的基本概念

當一個應用程序開始運行它的第一個組件時，Android會為它啟動一個Linux進程，並在其中執行一個單一的線程。默認情況下，應用程序所有的組件均在這個進程的這個線程中運行。然而，你也可以安排組件在其他進程中運行，而且可以為任意進程衍生出其它線程。

Android中的進程

組件運行所在的進程由manifest文件所控制。組件元素——<activity>， <service>， <receiver>和<provider>——都有一個 process 屬性來指定組件應當運行於哪個進程之內。這些屬性可以設置為使每個組件運行於它自己的進程之內，或一些組件共享一個進程而其余的組件不這麼做。它們也可以設置為令不同應用程序的組件在一個進程中運行——使應用程序的組成部分共享同一個Linux用戶ID並賦以同樣的權限。<application>元素也有一個process屬性，以設定所有組件的默認值。

所有的組件實例都位於特定進程的主線程內，而對這些組件的系統調用也將由那個線程進行分發。一般不會為每個實例創建線程。因此，某些方法總是運行在進程的主線程內，這些方法包括諸如View.onKeyDown()這樣報告用戶動作以及生命周期通告的。這意味著組件在被系統調用的時候，不應該施行長時間的抑或阻塞的操作（諸如網絡相關操作或是循環計算），因為這將阻塞同樣位於這個進程的其它組件的運行。你應該如同下面線程部分所敘述的那樣，為這些長時間操作衍生出一個單獨的線程進行處理。

在可用內存不足而又有一個正在為用戶進行服務的進程需要更多內存的時候，Android有時候可能會關閉一個進程。而在這個進程中運行著的應用程序也因此被銷毀。當再次出現需要它們進行處理的工作的時候，會為這些組件重新創建進程。

在決定結束哪個進程的時候，Android會衡量它們對於用戶的相對重要性。比如說，相對於一個仍有用戶可見的activity的進程，它更有可能去關閉一個其activity已經不為用戶所見的進程。也可以說，決定是否關閉一個進程主要依據在那個進程中運行的組件的狀態。

Android中的線程

盡管你可以把你的應用程序限制於一個單獨的進程中，有時，你仍然需要衍生出一個線程以處理後台任務。因為用戶界面必須非常及時的對用戶操作做出響應，所以，控管activity的線程不應用於處理一些諸如網絡下載之類的耗時操作。所有不能在瞬間完成的任務都應安排到不同的線程中去。

線程在代碼中是以標准JavaThread對象創建的。Android提供了很多便於管理線程的類：Looper用於在一個線程中運行一個消息循環，Handler用於處理消息，HandlerThread 用於使用一個消息循環啟用一個線程。

RPC：遠程過程調用

Android有一個輕量級的遠程過程調用（RPC）機制：即在本地調用一個方法，但在遠程（其它的進程中）進行處理，然後將結果返回調用者。這將方法調用及其附屬的數據以系統可以理解的方式進行分離，並將其從本地進程和本地地址空間傳送至遠程過程和遠程地址空間，並在那裡重新裝配並對調用做出反應。返回的結果將以相反的方向進行傳遞。Android提供了完成這些工作所需的所有的代碼，以使你可以集中精力來實現RPC接口本身。

RPC接口可以只包括方法。即便沒有返回值，所有方法仍以同步的方式執行（本地方法阻塞直至遠程方法結束）。

簡單的說，這套機制是這樣工作的：一開始，你用簡單的IDL（界面描繪語言）聲明一個你想要實現的RPC接口。然後用aidl 工具為這個聲明生成一個Java接口定義，這個定義必須對本地和遠程進程都可見。它包含兩個內部類。內部類中有管理實現了你用IDL聲明的接口的遠程方法調用所需要的所有代碼。兩個內部類均實現了IBinder接口。一個用於系統在本地內部使用，你些的代碼可以忽略它；另外一個，我們稱為Stub，擴展了Binder類。除了實現了IPC調用的內部代碼之外，它還包括了你聲明的RPC接口中的方法的聲明。一般情況下，遠程過程是被一個服務所管理的（因為服務可以通知系統關於進程以及它連接到別的進程的信息）。它包含著aidl工具產生的接口文件和實現了RPC方法的Stub的子類。而客戶端只需要包括aidl工具產生的接口文件。

下面將說明服務與其客戶端之間的連接是如何建立的，更為詳細的有關RPC機制的討論和知識，讀者可以參見坦尼保姆所著的《分布式系統》一書，裡面有非常詳細和精彩的論述：

1) 服務的客戶端（位於本地）應該實現onServiceConnected() 和onServiceDisconnected() 方法。這樣，當至遠程服務的連接成功建立或者斷開的時候，它們會收到通知。這樣它們就可以調用bindService() 來設置連接。

2) 而服務則應該實現onBind() 方法以接受或拒絕連接。這取決於它收到的intent（intent將傳遞給bindService()）。如果接受了連接，它會返回一個Stub的子類的實例。

3) 如果服務接受了連接，Android將會調用客戶端的onServiceConnected()方法，並傳遞給它一個IBinder對象，它是由服務所管理的Stub的子類的代理。通過這個代理，客戶端可以對遠程服務進行調用。

掌握線程安全方法

在一些情況下，你所實現的方法有可能會被多於一個的線程所調用，所以它們必須被寫成線程安全的。

對於我們上面所討論的RPC機制中的可以被遠程調用的方法來說，這是必須首先考慮的。如果針對一個IBinder對象中實現的方法的調用源自這個IBinder對象所在的進程時，這個方法將會在調用者的線程中執行。然而，如果這個調用源自其它的進程，則這個方法將會在一個線程池中選出的線程中運行，這個線程池由Android加以管理，並與IBinder存在於同一進程內；這個方法不會在進程的主線程內執行。反過來說，一個服務的onBind() 方法應為服務進程的主線程所調用，而實現了由onBind() 返回的對象（比如說，一個實現了RPC方法的Stub的子類）的方法將為池中的線程所調用。因為服務可以擁有多於一個的客戶端，而同一時間，也會有多個池中的線程調用同一個IBinder方法。因此IBinder方法必須實現為線程安全的。

類似的，一個內容提供者能接受源自其它進程的請求數據。盡管ContentResolver和ContentProvider類隱藏了交互溝通過程的管理細節，ContentProvider會由query()，insert()，delete()，update()和getType()方法來相應這些請求，而這些方法也都是由那個內容提供者的進程中所包涵的線程池提供的，而不是進程的主線程本身。