Android 匿名共享內(nèi)存的使用

Android View 的繪制是如何把數(shù)據(jù)傳遞給 SurfaceFlinger 的呢？跨進程通信時黎棠，數(shù)據(jù)量大于1MB要怎么傳遞呢反番？用匿名共享內(nèi)存（Ashmem）是個不錯的選擇灭红，它不僅可以減少內(nèi)存復(fù)制的次數(shù)，還沒有內(nèi)存大小的限制初烘。這篇文章介紹在 Java 層如何使用匿名共享內(nèi)存在進程間傳遞數(shù)據(jù)涡真。

1. 簡述

Android 的匿名共享內(nèi)存(Ashmem) 基于 Linux 的共享內(nèi)存，都是在臨時文件系統(tǒng)(tmpfs)上創(chuàng)建虛擬文件肾筐，再映射到不同的進程哆料。它可以讓多個進程操作同一塊內(nèi)存區(qū)域，并且除了物理內(nèi)存限制吗铐，沒有其他大小限制东亦。相對于 Linux 的共享內(nèi)存，Ashmem 對內(nèi)存的管理更加精細(xì)化唬渗，并且添加了互斥鎖典阵。Java 層在使用時需要用到 MemoryFile，它封裝了 native 代碼镊逝。
Java 層使用匿名共享內(nèi)存的4個點：

通過 MemoryFile 開辟內(nèi)存空間壮啊，獲得 FileDescriptor；
將 FileDescriptor 傳遞給其他進程撑蒜；
往共享內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)歹啼；
從共享內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。

下面用一個例子介紹匿名共享內(nèi)存的使用座菠，假設(shè)需要開辟一段共享內(nèi)存狸眼，寫入一些數(shù)據(jù)，再在另外一個進程讀取這段數(shù)據(jù)辈灼。

2. 創(chuàng)建 MemoryFile 和數(shù)據(jù)寫入

/**
 * 需要寫入到共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)
 */
private val bytes = "落霞與孤鶩齊飛份企，秋水共長天一色。".toByteArray()


/**
 * 創(chuàng)建 MemoryFile 并返回 ParcelFileDescriptor
 */
private fun createMemoryFile(): ParcelFileDescriptor? {
    // 創(chuàng)建 MemoryFile 對象巡莹，1024 是最大占用內(nèi)存的大小司志。
    val file = MemoryFile("TestAshmemFile", 1024)

    // 獲取文件描述符甜紫，因為方法被標(biāo)注為 @hide，只能反射獲取
    val descriptor = invokeMethod("getFileDescriptor", file) as? FileDescriptor

    // 如果獲取失敗骂远，返回
    if (descriptor == null) {
        Log.i("ZHP", "獲取匿名共享內(nèi)存的 FileDescriptor 失敗")
        return null
    }

    // 往共享內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)
    file.writeBytes(bytes, 0, 0, bytes.size)

    // 因為要跨進程傳遞囚霸，需要序列化 FileDescriptor
    return ParcelFileDescriptor.dup(descriptor)
}


/**
 * 通過反射執(zhí)行 obj.name() 方法
 */
private fun invokeMethod(name: String, obj: Any): Any? {
    val method = obj.javaClass.getDeclaredMethod(name)
    return method.invoke(obj)
}

MemoryFile 有兩個構(gòu)造方法，上面是一種激才，另一種是根據(jù)已有的 FileDescriptor 創(chuàng)建拓型。
MemoryFile 創(chuàng)建時指定的大小并不是實際占用的物理內(nèi)存大小，實際占用內(nèi)存大小由寫入的數(shù)據(jù)決定瘸恼，但不能超過指定的大小劣挫。

3. 將文件描述符傳遞到其他進程

這里選擇用 Binder 傳遞 ParcelFileDescriptor。
我們定義一個 Code东帅，用于 C/S 兩端通信確定事件：

/**
 * 兩個進程在傳遞 FileDescriptor 時用到的 Code压固。
 */
const val MY_TRANSACT_CODE = 920511

再在需要的地方 bindService：

// 創(chuàng)建服務(wù)進程
val intent = Intent(this, MyService::class.java)
bindService(intent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)

bind 成功之后將文件描述符和數(shù)據(jù)大小序列化，然后通過 Binder 傳遞到 Service 進程：

private val serviceConnection = object: ServiceConnection {

    override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, binder: IBinder?) {
        if (binder == null) {
            return
        }

        // 創(chuàng)建 MemoryFile靠闭，并拿到 ParcelFileDescriptor
        val descriptor = createMemoryFile() ?: return

        // 傳遞 FileDescriptor 和 共享內(nèi)存中數(shù)據(jù)的大小
        val sendData = Parcel.obtain()
        sendData.writeParcelable(descriptor, 0)
        sendData.writeInt(bytes.size)
        
        // 保存對方進程的返回值
        val reply = Parcel.obtain()
        
        // 開始跨進程傳遞
        binder.transact(MY_TRANSACT_CODE, sendData, reply, 0)

        // 讀取 Binder 執(zhí)行的結(jié)果
        val msg = reply.readString()
        Log.i("ZHP", "Binder 執(zhí)行結(jié)果是：「$msg」")
    }
    
    override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {}

}

兩個進程的文件描述符指向同一個文件結(jié)構(gòu)體帐我，文件結(jié)構(gòu)體指向了一片內(nèi)存共享區(qū)域(ASMA)，使得兩個文件描述符對應(yīng)到同一片ASMA中愧膀。

4. 在其他進程接收 FileDescriptor 并讀取數(shù)據(jù)

先定義一個 MyService 用于開啟子進程：

class MyService : Service() {

    private val binder by lazy { MyBinder() }

    override fun onBind(intent: Intent) = binder
}

再實現(xiàn)具體的 MyBinder 類拦键，主要包含3個步驟：

從序列化數(shù)據(jù)中讀取 FileDescriptor 和共享內(nèi)存中保存的數(shù)據(jù)大小;
根據(jù) FileDescriptor 創(chuàng)建 FileInputStream；
讀取共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)檩淋。

/**
 * 這里不必使用 AIDL芬为，繼承 Binder 類 重寫 onTransact 即可。
 */
class MyBinder: Binder() {

    /**
     * 文件描述符 和 數(shù)據(jù)大小 通過 data 傳入狼钮。
     */
    override fun onTransact(code: Int, data: Parcel, reply: Parcel?, flags: Int): Boolean {
        val parent = super.onTransact(code, data, reply, flags)
        if (code != MY_TRANSACT_CODE && code != 931114) {
            return parent
        }

        // 讀取 ParcelFileDescriptor 并轉(zhuǎn)為 FileDescriptor
        val pfd = data.readParcelable<ParcelFileDescriptor>(javaClass.classLoader)
        if (pfd == null) {
            return parent
        }
        val descriptor = pfd.fileDescriptor

        // 讀取共享內(nèi)存中數(shù)據(jù)的大小
        val size = data.readInt()

        // 根據(jù) FileDescriptor 創(chuàng)建 InputStream
        val input = FileInputStream(descriptor)

        // 從 共享內(nèi)存 中讀取字節(jié)碳柱，并轉(zhuǎn)為文字
        val bytes = input.readBytes()
        val message = String(bytes, 0, size, Charsets.UTF_8)

        Log.i("ZHP", "讀取到另外一個進程寫入的字符串：「$message」")

        // 回復(fù)調(diào)用進程
        reply?.writeString("Server 端收到 FileDescriptor, 并且從共享內(nèi)存中讀到了：「$message」")

        return true
    }

}

這里拿到 FileDescriptor 后不僅可以讀也能寫入數(shù)據(jù)捡絮，還可以再創(chuàng)建一個 MemoryFile 對象熬芜。

5. 關(guān)于匿名共享內(nèi)存和 mmap 的關(guān)系

MemoryFile 在底層是調(diào)用了 mmap 將內(nèi)存映射在了一個虛擬文件上。兩個進程通過 MemoryFile 訪問這個虛擬文件對應(yīng)的內(nèi)存福稳。所以只需要拷貝一次涎拉。

這就是Android匿名共享內(nèi)存的使用啦~