Android组件设计思想

### **概述** Android应用开发的哲学是把一切都看作是组件。把应用程序组件化的好处是降低模块间的耦合性，同时提高模块的复用性。Android的组件设计思想与传统的组件设计思想最大的区别在于，前者不依赖于进程。也就是说，进程即使由于内存紧张被强行杀掉了，但是运行在里面的组件还是存在的。这样就可以在组件再次需要使用时，原地满血复活，就像什么都没发生过一样。这种设计思想非常适合内存较小的移动设备。 理解Android组件设计思想，对Android应用程序架构会有更好的认识。这一节讲Android组件化设计的背景、理念、原则，以及Android在OS级别上提供的组件化支持，其中还会包含一个实验来验证这种组件化设计思想，可以对Android系统有一个高层次的抽象理解。 * 组件化背景 * 组件化设计 * 组件化支持 * 一个小实验 ### **组件化背景** #### **从PC客户端应用程序说起** * 开发者角度 * 复杂，同时兼顾UI、交互和业务逻辑 * 运行载体是进程 * 进程只有一个入口点—main * 使用者角度 * 流畅的UI、友好的交互、正确的结果 * 不知进程是何物 #### **PC客户端应用程序开发的任务** * 满足用户的需求 * 降低程序复杂度 -- 组件化 #### PC客户端应用程序组件化之后 * 开发者角度 * 运行载体仍然是进程 * 进程仍然是只有一个入口点—main * 使用者角度 * 流畅的UI、友好的交互、正确的结果 * 不知进程是何物 #### **结论** 应用程序组件化前后，用户对其运行载体（进程）没有概念，但是开发者来说，组件化后的应用程序仍然是和进程直接关联的，也就是说，进程一旦不存在，程序和组件也随之灰飞烟灭！ #### **再说移动客户端应用程序** * 与PC客户端应用程序一样，包含UI、交互和业务等复杂逻辑 * 与PC客户端应用程序一样，用户的需求是流畅的UI、友好的交互、正确的结果 * 运行在低频率CPU、小容量内存、小面积屏幕设备上 #### **设备特性对移动客户端应用程序的影响** * 低频率CPU 影响程序运行速度，尤其是程序启动速度，因为用户对程序启动时间最为敏感 * 小容量内存 影响同时运行的程序的数量，而且系统会在内存紧张时杀进程，以便回收内存 * 小面积屏幕 单窗口操作模式，导致用户需要频繁地切换程序或者重新打开程序 #### **移动客户端应用程序开发的任务** * 满足用户的需求 * 降低程序复杂度 #### **组件化是降低移动端应用程序复杂度的不二选择，但需进一步考虑以下两个事实**： * 设备特性的影响 * 系统杀进程时，被杀进程里面的组件如何处理？ * 程序切换和重新打开时，如可提高程序启动速度？ * 用户不关心进程 * 是否可以将组件与进程进行剥离？ ### **组件化设计** #### **基本思想** Everything is component #### **具体实现** * 程序由组件组成 * 组件与进程剥离 * 组件皆程序入口 #### **程序由组件组成** * Activity：前台交互 * Service：后台计算 * Broadcast Receiver：广播通信 * Content Provider：数据封装 此四种组件对客户端应用程序进行了很好的抽象，QT的signal-slot，COM的连接点，都是广播的例子 #### **组件与进程剥离** * 组件关闭时，进程可以继续存在 提高重新启动时的速度 * 进程关闭时，组件可以继续存在 保护被杀进程里面的组件 #### **组件皆程序入口** * Activity -- onCreate * Service -- onCreate * Broadcast Receiver -- onReceive * Content Provider -- onCreate 由于组件已与进程剥离，因此不再有进程入口的概念，只有组件入口的概念 #### **将组件与进程进行剥离，使得进程对组件透明，听起来很好，但是如何解决以下四个问题？** * 谁来负责组件的启动和关闭？ * 谁来维护组件的状态？ * 谁来管理组件运行时所需要的进程？ * 组件之间如何进行通信？ ### **组件化支持** #### **操作系统级别的组件化支持** * Activity Manager Service * Binder * Low Memory Killer #### **Activity Manager Service** * 启动组件 组件启动时，检查其所要运行在的进程是否已创建。如果已经创建，就直接通知它加载组件。否则，先将该进程创建起来，再通知它加载组件。 * 关闭组件 组件关闭时，其所运行在的进程无需关闭，这样就可以让组件重新打开时得到快速启动。 * 维护组件状态 维护组件在运行过程的状态，这样组件就可以在其所运行在的进程被回收的情况下仍然继续生存。 * 进程管理 在适当的时候主动回收空进程和后台进程，以及通知进程自己进行内存回收 1. 组件的UID和Process Name唯一决定了其所要运行在的进程。 2. 每次组件onStop时，都会将自己的状态传递给AMS维护。 3. AMS在以下四种情况下会调用trimApplications来主动回收进程： A. activityStopped B. setProcessLimit C. unregisterReceiver D. finishReceiver 4. WMS也会主动回收进程： WindowManagerService在处理窗口的过程中发生Out Of Memroy时，会调用reclaimSomeSurfaceMemoryLocked来回收某些Surface占用的内存，reclaimSomeSurfaceMemoryLocked的逻辑如下所示： (1).首先检查有没有泄漏的Surface，即那些Session已经不存在但是还没有销毁的Surface，以及那些宿主Activity已经不可见但是还没有销毁的Surface。如果存在的话，就将它们销毁即可，不用KillPids。 (2).如果不存在没有泄漏的Surface，那么那些存在Surface的进程都有可能被杀掉，这是通过KillPids来实现的。 **KillPids**： * (1). 找中候选进程的最大oom_adj值。 * (2). 如果找到的最大oom_adj值恰好位于[ProcessList.HIDDEN_APP_MIN_ADJ(9), ProcessList.HIDDEN_APP_MAX_ADJ(15)]之间，那么就将最大oom_adj值修改为ProcessList.HIDDEN_APP_MIN_ADJ，表示要将所有后台进程都杀掉。 * (3). 如果此时杀进程是不安全的，并且找到的最大oom_adj值比ProcessList.SERVICE_ADJ还要小，那么就将将最大oom_adj值设置为ProcessList.SERVICE_ADJ，避免重要进程被杀掉。 * (4). oom_adj值大于等于前面找到的最大oom_adj值的候选进程都将被杀掉。 **trimApplications**: * (1). 杀掉Package已经被Remove了的进程，属于无用进程 * (2). 调用updateOomAdjLocked更新所有进程的oom_adj **updateOomAdjLocked -- all**： * (1). 根据进程运行状态来更新进程的oom_adj。更新顺序是从最近使用到最近不使用的。如果一个进程是后台进程，那么按照这个顺序进行更新，就意味着最近越是不使用的后台进程，它获得的oom_adj值就越大。后台进程(以及空进程)的oom_adj取值范围[ProcessList.HIDDEN_APP_MIN_ADJ(9), ProcessList.HIDDEN_APP_MAX_ADJ(15)] * (2)，如果空进程超过限制，那么最近越是不使用的空进程，就越会被杀掉。 * (3). 如果后台进程超过限制，那么最近越是不使用的后台进程，就越会被杀掉。 * (4). 通知进程ScheduleTrimMemory。 updateOomAdjLocked -- single： * (1). 调用computeOomAdjLocked计算oom_adj。 * (2). 计算oom_adj之后，如果ShchedGroup发生改变，并且变成了THREAD_GROUP_BG_NONINTERACTIVE调度组，那么进程就会被杀掉。 **computeOomAdjLocked**： * (1). ProcessList.FOREGROUND_APP_ADJ(0): 前台进程、有InstrumentionClass的进程、正在接收广播的进程、正在执行Service Callback的进程、正在运行有外部依赖的Content Provider的进程 * (2). ProcessList.VISIBLE_APP_ADJ(1): 有Activity是Visible的进程 * (3). ProcessList.PERCEPTIBLE_APP_ADJ(2)：有Activity是Pausing、Paused或者Stopping状态的进程、有Service被设置为Foreground的进程、被设置为Foreground的进程。 * (4). ProcessList.HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ(3)：被设置为重量级App的进程。 * (5). ProcessList.BACKUP_ADJ(4)：正在执行备份任务的进程。 * (6). ProcessList.SERVICE_ADJ(5)：最近有活动的Service的进程。 * (7). ProcessList.HOME_APP_ADJ(6)：Home App进程。 * (8). ProcessList.PREVIOUS_APP_ADJ(7)：前一个显示UI的进程。 * (9). ProcessList.SERVICE_B_ADJ(8)：oom_adj值等于ProcessList.SERVICE_ADJ的进程超过限制时，最近越是不使用的进程的oom_adj值就会由ProcessList.SERVICE_ADJ变成ProcessList.SERVICE_B_ADJ。 **PS**： * (1). 如果一个进程运行有绑定至另外一个进程（Client）的Content Provider或者Service，并且client进程的oom_adj值比该进程的oom_adj小，那么该进程的oom_adj值就会被设置为client进程的oom_adj值，但是不能超过ProcessList.FOREGROUND_APP_ADJ。 * (2). ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ(-12)：被设置为persistent的进程，如PhoneApp，不参与oom_adj更新计算。 * (3). ProcessList.SYSTEM_ADJ(-16)：System进程，不参与oom_adj更新计算。 #### **Binder** * 为组件间通信提供支持 * 进程间 * 进程内 * 高效的IPC机制 * 进程间的组件通信时，通信数据只需一次拷贝 * 进程内的组件通信时，跳过IPC进行直接的通信 传统的IPC，通信数据需要执行两次，一次是从源进程的用户空间拷贝到内核空间，二次是从内核空间拷贝到目标进程的用户空间 ### **Low Memory Killer** * 内存紧张时回收进程 由于组件与进程是剥离的，因此进程回收不会影响组件的生命周期 * 从低优先级进程开始回收 * Empty Process * Hidden Process * Perceptible Process * Visible Process * Foreground Process **备注：** 1. 每一个APP进程都有一个oom_adj值，该值是根据进程所运行的组件计算出来的，值越小，优先级就越级。 2. Init和System Server进程的oom_adj等于-16，是最高的，保证不会被杀死。 3. PhoneApp具有persist属性，它的oom_adj被设置为-12，也能保证不会被杀死。 4. 可以通过`/proc/oom_adj`文件查看进程的oom_adj值。 5. 在Linux内核中，子进程的oom_adj值等于父进程的oom_adj，也就是说，Android里面的Native进程的oom_adj值与fork它的进程的oom_adj值一样。 ### **一个小实验**        #### **参考** [Google安卓开发培训入门指南](http://developer.android.com/training/index.html) [Google安卓开发应用组件](http://developer.android.com/guide/components/index.html) [Android 源代码](http://source.android.com/source/index.html) [Android 接口和架构](http://source.android.com/devices/index.html)