Android | ContentProvider 筑基篇

作者: 彭旭锐 | 来源:发表于2021-02-01 02:09 被阅读0次

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前言

ContentProvider 是 Android 四大组件之一，属于内容共享型组件；
在这篇文章里，我将分析 ContentProvider 的基本使用方法，在下篇文章里我会介绍 ContentProvider 的原理 & 源码分析。如果能帮上忙，请务必点赞加关注，这真的对我非常重要。

前置知识

这篇文章的内容会涉及以下前置 / 相关知识，贴心的我都帮你准备好了，请享用~

Binder 机制： 【点赞催更】

1. 概述

1.1 作用

ContentProvider 是进程间内容共享的统一接口。注意：ContentProvider 的作用不是实现进程间通信，它只是为进程间通信提供了一套统一接口，真正实现进程间通信的是底层的 Binder 机制。

1.2 优点：透明地提供内容

使用 ContentProvider 允许应用透明地将数据开放给其它应用，无论底层数据采用何种实现方式（网络、内存、文件或数据库），外界对于数据的访问方式都是统一的 & 固定的。外界只关心采用 CURD 来访问 ContentProvider 的数据，至于其内部数据的实现是采用文件存储还是数据库存储，外界是不感知的。

1.3 ContentProvider 是单例吗？

通常来说，ContentProvider 是单例的，特殊情况可以设置android:multiprocess属性来决定是不是单例：当属性值为 true 时，每个调用者进程都会存在一个 ContentProvider 实例，官方的解释是可以避免进程间通讯的开销，但是这种方式在实际开发中很少运用。因此我们说一般情况下 ContentProvider 是单例的，只在服务提供进程创建实例。

2. 相关概念

2.1 统一资源标识符（URI）

统一资源标识符（Uniform Resource Indentifier）的作用是 唯一标识 ContentProvider 的数据。在通过 ContentResolver 解析数据时，URI 是必要的参数，其遵循的格式体现在ContentUris.java：

Content URIs have the syntax：content://authority/path/id

可以看到，URI 遵循固定的格式，一共分为四个部分： $schema://authority/path/id$

例如： $content://com.xurui/user/1$

元素	描述
schema（方案）	固定为 content://
authority（权威）	标识 ContentProvider 的唯一字符串，对应于注册时指定的 android:authority 属性
path（路径）	标识 authority 数据的某些子集
id（记录 id）	标识 path 子集中的某个记录（不指定是标识全部记录）

系统预置了一些 ContentProvider，例如通讯录、媒体资源等，这里举出一些常用的系统 ContentProvider 的 Authority，它们的接口约定定义在目录/android.provider：

Authority	描述
com.android.contacts	通讯录
media	媒体
com.android.calendar	日历
user_dictionary	用户词典

2.2 MIME 数据类型

MIME类型（Multipurpose Internal Mail Extensions，多用途互联网邮件扩展类型）是一种互联网标准，用于指定某种扩展名的文件与应用程序的对应关系。一个 MIME 类型分为「主类型」+「子类型」，例如 .html 文件对应的 MIME 类型为 text/html，其中 text 为主类型，html 为子类型。

在 ContentProvider 中，通过 getType(Uri) 方法来确定 URI 对应的 MIME 类型，返回值可以返回 标准 MIME 类型或者自定义 MIME 类型，这是一个抽象方法，需要由子类实现：

ContentProvider.java

public abstract String getType(Uri uri);

2.2.1 标准 MIME 类型

标准 MIME 类型中常见的主类型有：

声音：audio
视频：video
图像：image
文本：text

对应的 MIMIE 类型举例：

扩展名	MIME
.html	text/html
.txt	text/plain
.png	image/png
.jpeg	image/jpeg

2.2.2 自定义 MIME 类型

在 Android 中，自定义 MIME 类型的主类型只有两种：

vnd.android.cursor.item：单行记录
vnd.android.cursor.dir：多行记录（集合）

例如通讯录 ContentProvider 定义了两种 MIME 类型，分别表示多条记录和单条记录：

ContactsContract.java

/**
 * The MIME type of {@link #CONTENT_URI} providing a directory of contact directories.
 */
public static final String CONTENT_TYPE = "vnd.android.cursor.dir/contact_directories";

/**
 * The MIME type of a {@link #CONTENT_URI} item.
 */
public static final String CONTENT_ITEM_TYPE = "vnd.android.cursor.item/contact_directory";

3. 主要方法

ContentProvider 使用表格的形式管理数据，对外暴露四个操作方法，分别是：添加、删除、更新、查询（insert、delete、update、query）：

添加数据（Binder 线程）
public abstract Uri insert(Uri uri, ContentValues values);

删除数据（Binder 线程）
public abstract int delete(Uri uri, String selection, String[] selectionArgs);

更新数据（Binder 线程）
public abstract int update(Uri uri, ContentValues values, String selection, String[] selectionArgs);

查询数据（Binder 线程）
public abstract Cursor query(Uri uri, String[] projection, String selection, String[] selectionArgs, String sortOrder);

除了 4 个核心方法外，ContentProvider 还有其他比较重要的方法，例如：

启动回调（主线程）
public abstract boolean onCreate();

返回 Uri 对应的 MIME 类型（调用线程）
public abstract String getType(Uri uri);

需要注意：四个核心方法执行在 ContentProvider 注册进程，并在 Binder 线程池中执行，而不是主线程。考虑到存在多线程并发访问，为了保证数据安全在实现 ContentProvider 是还需要保证线程同步。而 onCreate() 方法执行在 ContentProvider 注册进程的主线程，因此不能执行耗时操作。关于 onCreate() 方法的调用我在 第 4 节 ContentProvider 的启动过程 中会详细介绍。

主要方法	执行线程
insert()	Binder 线程
delete()	Binder 线程
update()	Binder 线程
query()	Binder 线程
onCreate()	主线程

3.1 插入数据

要插入一行新数据，需要使用 ContentProvider#insert(...)。例如，下面程序将一条日程数据插入的系统日历中：

ContentValues eventValues = new ContentValues();
eventValues.put(CalendarContract.Events.CALENDAR_ID, catId); // 日历账号 ID
eventValues.put(CalendarContract.Events.EVENT_TIMEZONE, TimeZone.getDefault().getID()); // 时区
eventValues.put(CalendarContract.Events.DTSTART, beginTimeMillis); // 开始时间
eventValues.put(CalendarContract.Events.DTEND, endTimeMillis); // 结束时间
eventValues.put(CalendarContract.Events.TITLE, title); // 标题
eventValues.put(CalendarContract.Events.DESCRIPTION, description); // 描述
eventValues.put(CalendarContract.Events.EVENT_LOCATION, location); // 地点

Uri resultUri = context.getContentResolver().insert(CalendarContract.Events.CONTENT_URI, eventValues);
if(null == resultUri) {
    // 插入失败
    return;
}

插入成功后会返回该行的 Uri，格式如下：

content://com.android.calendar/events<id_value>

URI 中的 <id_value> 就是该行 _ID 列的值，而前缀 content://com.android.calendar/events 正好就是插入数据时使用的 URI。需要注意的是，你不需要指定数据的 _ID列，该列是表的主键，ContentProvider 会自动维护该列并分配一个唯一值。而要从 Uri 中提取 _ID 列的值，可以调用 ContentUris.parseId(...)：

ContentUris.java

public static long parseId(Uri contentUri) {
    String last = contentUri.getLastPathSegment();
    return last == null ? -1 : Long.parseLong(last);
}

提示： 客户端程序并非直接调用 ContentProvider#insert()，而是通过 ContentResolver#insert() 间接调用，下文会提到。

3.2 查询数据

从 ContentProvider 中查询数据的流程主要分为三个步骤：

3.2.1 请求访问权限

ContentProvider 程序可以指定其他应用程序必须具备的权限，例如读取用户词典需要android.permission.READ_USER_DICTIONARY，写入用户词典需要android.permission.WRITE_USER_DICTIONARY。

为了获取 ContentProvider 程序所需的权限，你的应用需要在 Manifest 文件中使用 <uses-permission> 来请求它们。当 Android Package Manager 安装 APK 时，会提示用户应用所需要的权限，用户继续安装相当于隐式授予权限。当然了，在 Android 6.0 以后部分权限还需要动态申请。

<uses-permission android：name = “ android.permission.READ_USER_DICTIONARY” >

3.2.2 构造查询条件

ContentProvider 查询和 SQL 查询是相似的，如下表对比：

ContentProvider 查询	SQL 查询	作用
Uri	FROM table_name	查询的数据集合
projection	col,col,col...	查询结果所需的列
selectionClause	WHERE col = value	选择条件
selectionArgs	（没有确切地等效项）	选择条件参数（如果 selection ）中使用了 ? 占位符
sortOrder	ORDER BY col,col,...	结果集 Cursor 的排序规则

cursor = context .getContentResolver().query(
    UserDictionary.Words.CONTENT_URI,
    projection,
    selectionClause,
    selectionArgs,
    sortOrder);

例如查询手机通讯录：

Uri uri = ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.CONTENT_URI;

String[] projection = {
    ContactsContract.Contacts._ID,
    ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.DISPLAY_NAME,
    ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.NUMBER
};

String selectionClause = ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.NUMBER + " = ?";

String[] selectionArgs = {"123456"};

Cursor cursor = getContentResolver().query(uri, projection, selectionClause, selectionArgs, "sort_key COLLATE LOCALIZED asc");

此查询类似于 SQL 查询：

SELECT _ID, displayName, data1 FROM content://com.android.contacts/data/phones WHERE data1 = "123456" ORDER BY sort_key COLLATE LOCALIZED asc

3.2.3 处理结果集

查询结果是一个 Cursor 对象，处理范例如下：

if (null == mCursor) {
    // 失败
} else if (mCursor.getCount() < 1) {
    // 查询结果为空
} else {
    // 查询结果非空
    while (cursor.moveToNext()) {
        // 联系人名称
        String contractName = cursor.getString(cursor.getColumnIndexOrThrow(ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.DISPLAY_NAME));
        // 联系人电话
        String phone = cursor.getString(cursor.getColumnIndex(ContactsContract.CommonDataKinds.Phone.NUMBER));
        ...
    }
    cursor.close(); // 记得关闭结果集
}

3.3 删除数据

删除数据与查询类似，需要构造查询条件，删除操作结束会返回成功删除的行数。

int rowsDeleted = context.getContentResolver().delete(...);

3.4 更新数据

更新操作类似于查询操作和插入操作的结合体，既需要构造 ContentValues 对象，也需要构造查询条件，删除操作结束后返回成功修改的行数。

int rowsUpdated = context.getContentResolver().update(
    UserDictionary.Words.CONTENT_URI, 
    updateValues,
    selectionClause,
    selectionArgs
);

4. ContentProvider 核心类

4.1 ContentResolver

外界（包括当前进程的其他组件）无法直接访问 ContentProvider 的，而是需要通过 ContentResolver 来间接访问。这种设计的优点是 统一管理应用依赖的 ContentProvider，而不需要关心真正操作的 ContentProvider 实现类。

ContentResolver 是一个抽象类，我们熟悉的 Context#getContentResolver() 获得的其实是它的子类 ApplicationContentResolver。

Context.java

public abstract ContentResolver getContentResolver();

ContextImpl.java

class ContextImpl extends Context {
    private final ApplicationContentResolver mContentResolver;

    @Override
    public ContentResolver getContentResolver() {
        return mContentResolver;
    }

    private static final class ApplicationContentResolver extends ContentResolver {
        private final ActivityThread mMainThread;
        
        @Override
        protected IContentProvider acquireProvider(Context context, String auth) {
            ...
        }

        @Override
        protected IContentProvider acquireExistingProvider(Context context, String auth) {
            ...
        }
      
        @Override
        public boolean releaseProvider(IContentProvider provider) {
            ...
        }
        ...
    }
}

在文章《Android | ContentProvider 精通篇》中，我会详细介绍 ContentResolver#query(...) 方法的执行过程，在那里我们再讨论 ApplicationContentResolver 方法体中的具体行为。

4.2 ContentUris

ContentUris 是 Uri 的工具类，在 ContentUris 的文档注释中主要描述了 ContentProvider URI 所遵循的格式，此外 ContentUris 还提供了三个工具方法：

1、从 Uri 中解析主键 id
public static long parseId(Uri contentUri) {
    String last = contentUri.getLastPathSegment();
    return last == null ? -1 : Long.parseLong(last);
}

2、向 Uri 追加一个 id
public static Uri.Builder appendId(Uri.Builder builder, long id) {
    return builder.appendEncodedPath(String.valueOf(id));
}

3、向 Uri 追加一个 id
public static Uri withAppendedId(Uri contentUri, long id) {
    return appendId(contentUri.buildUpon(), id).build();
}

4.3 UriMatcher

UriMatcher 是用于自定义 ContentProvider 的工具类，主要作用是根据 Uri 匹配对应的数据表。

public class ExampleProvider extends ContentProvider {

    1、初始化 UriMatcher 对象，NO_MATCH 表示不匹配任何 Uri
    private static final UriMatcher uriMatcher = new UriMatcher(UriMatcher.NO_MATCH);

    2、注册 Uri 已经对应的返回码
    static {
        uriMatcher.addURI("com.example.app.provider", "table3", 1);
        uriMatcher.addURI("com.example.app.provider", "table3/#", 2);
    }
...
    3、 查询
    public Cursor query(
        Uri uri,
        String[] projection,
        String selection,
        String[] selectionArgs,
        String sortOrder) {

        switch (uriMatcher.match(uri)) {
            case 1:
                3.1 匹配 table3
                if (TextUtils.isEmpty(sortOrder)) sortOrder = "_ID ASC";
                break;
            case 2:
                3.2 匹配 table3/#
                selection = selection + "_ID = " + uri.getLastPathSegment();
                break;
            default:
                3.3 默认
                ...
        }
        3.4 真正执行查询
    }
}

可以使用通配符：

*：匹配任意长度字符串
#：匹配任意长度的数字字符串

4.4 ContentObserver

ContentObserver .java

子类重写实现监听逻辑
public void onChange(boolean selfChange) {
    // Do nothing.  Subclass should override.
}

public void onChange(boolean selfChange, Uri uri) {
    onChange(selfChange);
}

ContentObserver 用于监听 ContentProvider 中指定 Uri 标识数据的变化（增 / 删 / 改），使用时需要用到 ContentResolver 的两个方法：

ContentResolver.java

注册监听
public final void registerContentObserver(Uri uri, boolean notifyForDescendants, ContentObserver observer) 

注销监听
public final void unregisterContentObserver(ContentObserver observer)

需要注意：ContentProvider 内部需要手动通知修改事件，才能有效回调给 ContentResolver，例如：

ContentProvider 实现类

public class UserContentProvider extends ContentProvider { 
    public Uri insert(Uri uri, ContentValues values) { 
        ...
        通知
        getContext().getContentResolver().notifyChange(uri, null); 
    } 
}

5. 总结

ContentProvider 是进程间内容共享的统一接口，底层实现进程间通信的是 Binder 机制，使用 ContentProvider 的优点是透明地提供内容，外界不用关心内容的层的数据实现方式。
Uri 的作用是唯一标识 ContentProvider 的数据，MIME 类型描述了扩展名与应用程度的对应关系，例如 .html 对应的 MIME 类型为 text/html；
ContentProvider 提供了 CURD 四个核心方法类访问数据，执行在服务提供进程的 Binder 线程池，而 onCreate() 方法执行在服务提供进程主线程

参考资料

《Android：关于 ContentProvider 的知识都在这里了！》 —— Carson_Ho（字节）著
《理解 ContentProvider 原理》 —— Gityuan（字节）著
《四大组件之 ContentProviderRecord》 —— Gityuan（字节）著
《ContentProvider 引用计数》 —— Gityuan（字节）著
《ContentProviders 系列文档》 —— Android Developers
《Android 开发艺术探索》—— 任玉刚著

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