Android应用层使用共享内存机制进行进程间交换数据

Android应用层使用共享内存机制进行进程间交换数据

Android提供了一个高效的共享内存机制。如果应用中涉及到在多个进程间交换数据时使用Android提高的共享内存机制将会大大的提高效率。但是也许是出于安全考虑，在应用层使用共享内存机制将会遇到很多障碍，这篇文章旨在解决这些障碍使用共享内存的流程大概是：在一个进程中创建一个共享内存。在Android应用层中，用MemoryFile描述一块共享内存，创建共享内存其实就是创建一MemoryFile对象。这一步非常简单，MemoryFile提供了相应的构造函数

public MemoryFile(String name, int length) throws IOException

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因为这块内存需要让其他进程共享，所以需要取得刚刚创建的共享内存的文件描述符FileDescriptor，并且把序列化成ParcelFileDescriptor。对于获取FileDescriptor，MemoryFile提供了相应的方法

/**
* Gets a FileDescriptor for the memory file.
*
* The returned file descriptor is not duplicated.
*
* @throws IOException If the memory file has been closed.
*
* @hide
*/
public FileDescriptor getFileDescriptor() throws IOException {
return mFD;
}

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可是这个方法是隐藏的，在应用层没法直接调用。所以需要用反射来完成，具体代码如下

/**
* 获取memoryFile的FileDescriptor
* @param memoryFile 描述一块共享内存
* @return 这块共享内存对应的文件描述符
*/
public static FileDescriptor getFileDescriptor(MemoryFile memoryFile){
if(memoryFile == null){
throw new IllegalArgumentException("memoryFile 不能为空");
}
FileDescriptor fd;
fd = (FileDescriptor) ReflectUtil.invoke("android.os.MemoryFile",memoryFile,"getFileDescriptor");
return fd;
}

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对于把FileDescriptor序列化成ParcelFileDescriptor，ParcelFileDescriptor也提供了一隐藏的构造函数：

/** {@hide} */
public ParcelFileDescriptor(FileDescriptor fd) {
this(fd, null);
}

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所以我们还是可以通过反射来实现：

/**
* 获取memoryFile的ParcelFileDescriptor
* @param memoryFile 描述一块共享内存
* @return ParcelFileDescriptor
*/
public static ParcelFileDescriptor getParcelFileDescriptor(MemoryFile memoryFile){
if(memoryFile == null){
throw new IllegalArgumentException("memoryFile 不能为空");
}
ParcelFileDescriptor pfd;
FileDescriptor fd = getFileDescriptor(memoryFile);
pfd = (ParcelFileDescriptor) ReflectUtil.getInstance("android.os.ParcelFileDescriptor",fd);
return pfd;
}

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把刚刚得到的ParcelFileDescriptor传递到其他进程，这个比较简单直接用binder传就可以了通过描述共享内存文件描述取得一个描述共享内存的MemoryFile对象，并且需要让这个MemoryFile对象指向刚刚创建的共享内存。在低版本的系统中存在一个构造函数可以直接以FileDescriptor为参数构造出一个MemoryFile对象，这样构造出来的对象刚好指向FileDescriptor描述的共享内存。但是在高版本中没有样的构造函数了。所以在这里我利用了一个取巧的方式。思路是：利用构造函数 

public MemoryFile(String name, int length) throws IOException

 
构造一个MemoryFile对象，当然此时也创建了一块新的共享内存，但是这块共享内存不是我们需要的；调用public void close()方法关闭刚刚创建的共享内存。通过前面的操作后我们得到了一个MemoryFile对象，但是这个对象没有指向任何共享内存，所以接下来我们就需要让MemoryFile对象指向我们需要的共享内存，也就是FileDescriptor描述的那块。在MemoryFile中有一个native方法：

private static native long native_mmap(FileDescriptor fd, int length, int mode)

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这个方法就是把fd描述的共享内存映射到虚拟地址空间中。所以我们可以已刚刚获得的FileDescriptor 作为参数利用反射调用这个方法：

/**
* 打开共享内存，一般是一个地方创建了一块共享内存
* 另一个地方持有描述这块共享内存的文件描述符，调用
* 此方法即可获得一个描述那块共享内存的MemoryFile
* 对象
* @param fd 文件描述
* @param length 共享内存的大小
* @param mode PROT_READ = 0x1只读方式打开,
*             PROT_WRITE = 0x2可写方式打开，
*             PROT_WRITE|PROT_READ可读可写方式打开
* @return MemoryFile
*/
public static MemoryFile openMemoryFile(FileDescriptor fd,int length,int mode){
MemoryFile memoryFile = null;
try {
memoryFile = new MemoryFile("tem",1);
memoryFile.close();
Class<?> c = MemoryFile.class;
Method native_mmap = null;
Method[] ms = c.getDeclaredMethods();
for(int i = 0;ms != null&&i<ms.length;i++){
if(ms[i].getName().equals("native_mmap")){
native_mmap = ms[i];
}
}
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile", memoryFile, "mFD", fd);
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile",memoryFile,"mLength",length);
long address = (long) ReflectUtil.invokeMethod( null, native_mmap, fd, length, mode);
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile", memoryFile, "mAddress", address);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return memoryFile;
}

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这样我们就得到了一个指向一开始我们创建的那块共享内存的MemoryFile了，接下来就可以调用它的

public int readBytes(byte[] buffer, int srcOffset, int destOffset, int count)

和

public void writeBytes(byte[] buffer, int srcOffset, int destOffset, int count)

从共享内存中读数据和往共享内存中写数据了最后上完整的代码：

package wzr.com.slidefinish.util;

import android.os.MemoryFile;
import android.os.ParcelFileDescriptor;

import java.io.FileDescriptor;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;

/**
* 对memoryFile类的扩展
* 1.从memoryFile对象中获取FileDescriptor,ParcelFileDescriptor
* 2.根据一个FileDescriptor和文件length实例化memoryFile对象
* Created by wuzr on 2016/7/16.
*/
public class MemoryFileHelper {
/**
* 创建共享内存对象
* @param name 描述共享内存文件名称
* @param length 用于指定创建多大的共享内存对象
* @return MemoryFile 描述共享内存对象
*/
public static MemoryFile createMemoryFile(String name,int length){
try {
return new MemoryFile(name,length);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}

public static MemoryFile openMemoryFile(ParcelFileDescriptor pfd,int length,int mode){
if(pfd == null){
throw new IllegalArgumentException("ParcelFileDescriptor 不能为空");
}
FileDescriptor fd = pfd.getFileDescriptor();
return openMemoryFile(fd,length,mode);
}

/**
* 打开共享内存，一般是一个地方创建了一块共享内存
* 另一个地方持有描述这块共享内存的文件描述符，调用
* 此方法即可获得一个描述那块共享内存的MemoryFile
* 对象
* @param fd 文件描述
* @param length 共享内存的大小
* @param mode PROT_READ = 0x1只读方式打开,
*             PROT_WRITE = 0x2可写方式打开，
*             PROT_WRITE|PROT_READ可读可写方式打开
* @return MemoryFile
*/
public static MemoryFile openMemoryFile(FileDescriptor fd,int length,int mode){
MemoryFile memoryFile = null;
try {
memoryFile = new MemoryFile("tem",1);
memoryFile.close();
Class<?> c = MemoryFile.class;
Method native_mmap = null;
Method[] ms = c.getDeclaredMethods();
for(int i = 0;ms != null&&i<ms.length;i++){
if(ms[i].getName().equals("native_mmap")){
native_mmap = ms[i];
}
}
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile", memoryFile, "mFD", fd);
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile",memoryFile,"mLength",length);
long address = (long) ReflectUtil.invokeMethod( null, native_mmap, fd, length, mode);
ReflectUtil.setField("android.os.MemoryFile", memoryFile, "mAddress", address);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return memoryFile;
}

/**
* 获取memoryFile的ParcelFileDescriptor
* @param memoryFile 描述一块共享内存
* @return ParcelFileDescriptor
*/
public static ParcelFileDescriptor getParcelFileDescriptor(MemoryFile memoryFile){
if(memoryFile == null){
throw new IllegalArgumentException("memoryFile 不能为空");
}
ParcelFileDescriptor pfd;
FileDescriptor fd = getFileDescriptor(memoryFile);
pfd = (ParcelFileDescriptor) ReflectUtil.getInstance("android.os.ParcelFileDescriptor",fd);
return pfd;
}

/**
* 获取memoryFile的FileDescriptor
* @param memoryFile 描述一块共享内存
* @return 这块共享内存对应的文件描述符
*/
public static FileDescriptor getFileDescriptor(MemoryFile memoryFile){
if(memoryFile == null){
throw new IllegalArgumentException("memoryFile 不能为空");
}
FileDescriptor fd;
fd = (FileDescriptor) ReflectUtil.invoke("android.os.MemoryFile",memoryFile,"getFileDescriptor");
return fd;
}
}

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ReflectUtil.java

package wzr.com.slidefinish.util;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

/**
* 反射工具类
* Created by wuzr on 2016/6/27.
*/
public class ReflectUtil {

/**
*根据类名，参数实例化对象
* @param className 类的路径全名
* @param params 构造函数需要的参数
* @return 返回T类型的一个对象
*/
public static Object getInstance(String className,Object ... params){
if(className == null || className.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("className 不能为空");
}
try {
Class<?> c = Class.forName(className);
if(params != null){
int plength = params.length;
Class[] paramsTypes = new Class[plength];
for (int i = 0; i < plength; i++) {
paramsTypes[i] = params[i].getClass();
}
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(paramsTypes);
constructor.setAccessible(true);
return constructor.newInstance(params);
}
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
return constructor.newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 执行instance的方法
* @param className 类的全名
* @param instance 对应的对象，为null时执行类的静态方法
* @param methodName 方法名称
* @param params 参数
*/
public static Object invoke(String className,Object instance,String methodName,Object ... params){
if(className == null || className.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("className 不能为空");
}
if(methodName == null || methodName.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("methodName不能为空");
}
try {
Class<?> c = Class.forName(className);
if(params != null){
int plength = params.length;
Class[] paramsTypes = new Class[plength];
for(int i = 0;i < plength;i++){
paramsTypes[i] = params[i].getClass();
}
Method method = c.getDeclaredMethod(methodName, paramsTypes);
method.setAccessible(true);
return method.invoke(instance, params);
}
Method method = c.getDeclaredMethod(methodName);
method.setAccessible(true);
return method.invoke(instance);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 执行指定的对方法
* @param instance 需要执行该方法的对象，为空时，执行静态方法
* @param m 需要执行的方法对象
* @param params 方法对应的参数
* @return 方法m执行的返回值
*/
public static Object invokeMethod(Object instance,Method m,Object ... params){
if(m == null){
throw new IllegalArgumentException("method 不能为空");
}
m.setAccessible(true);
try {
return m.invoke(instance,params);
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 取得属性值
* @param className 类的全名
* @param fieldName 属性名
* @param instance 对应的对象，为null时取静态变量
* @return 属性对应的值
*/
public static Object getField(String className,Object instance,String fieldName){
if(className == null || className.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("className 不能为空");
}
if(fieldName == null || fieldName.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("fieldName 不能为空");
}
try {
Class c = Class.forName(className);
Field field = c.getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
return field.get(instance);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 设置属性
* @param className 类的全名
* @param fieldName 属性名
* @param instance 对应的对象，为null时改变的是静态变量
* @param value 值
*/
public static void setField(String className,Object instance,String fieldName,Object value){
if(className == null || className.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("className 不能为空");
}
if(fieldName == null || fieldName.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("fieldName 不能为空");
}
try {
Class<?> c = Class.forName(className);
Field field = c.getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
field.set(instance, value);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

/**
* 根据方法名，类名，参数获取方法
* @param className 类名，全名称
* @param methodName 方法名
* @param paramsType 参数类型列表
* @return 方法对象
*/
public static Method getMethod(String className,String methodName,Class ... paramsType){
if(className == null || className.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("className 不能为空");
}
if(methodName == null || methodName.equals("")){
throw new IllegalArgumentException("methodName不能为空");
}
try {
Class<?> c = Class.forName(className);
return c.getDeclaredMethod(methodName,paramsType);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}