Parcel 共享内存分析

作者: hewenyu | 来源:发表于2019-06-28 16:33 被阅读0次

序列化的使用场景

将对象数据保存到存储设备中；
将对象数据用于网络上传输；
将对象数据用于进程之间的传输；
序列化对象的时候只是针对成员变量进行序列化，对静态成员变量，方法无法进行序列化操作；

Serializable 和 Parcelable

Android 开发的时候有两种序列化对象的方式 Serializable 和 Parcelable ,开发的时候两者之间还是有差异的；

Serializable

Serializable 是 Java 提供的一个序列化的接口，为对象提供标准的序列化和反序列化操作；通常情况下我们只需要将我们的目标类实现 Serializable 接口即可，此外可以为当前需要序列化的类指定一个 serialVersionUID 用来辅助序列化和反序列化的过程：序列化的时候系统会把当前类的 serialVersionUID 写入序列化的文件中(或其它中介), 当反序列化的时候系统回去检测文件中的 serialVersionUID 是否与当前类的 serialVersionUID 一致，如果一致，则证明当前序列化类的版本和当前类的版本一致可以实现序列化，不一致则说明当前类和序列化的类相比发生了某些变化(例如：成员变量的数量/类型发生了变化)是无法正常发序列化的；
通常我们在没有指定 serialVersionUID 的情况下，每次序列化的时候系统会去自动计算当前类的 hash 值作为 serialVersionUID ，此时如果当前类的内容有所改动则 hash 就会改变，既无法正常的序列化；
我们可以手动的将当前类的 serialVersionUID 指定为 1L ,也可以用 IDE 帮我们生成对应的 hash 值作为 serialVersionUID 两者的效果是一致的；
另外，静态成员变量属于类不属于对象，所以不会参与序列化过程，其次如果使用 transient 关键字标记的成员变量不参与序列化的过程；

Parcelable

Parcelable 接口是 Android 特有的接口，使用起来比 Serializable 相对复杂一点：

实现 Parcelable 接口；
实现接口中的两个方法

// 只有在当前对象中存在文件描述符时返回 1 其它都返回 0 即可
public int describeContents(){}

// dest：该对象用来将序列化的对象写入到内存中
// flags 只有两种值: 0 / 1 ，标志为 1 时表示当前对象需要作为返回值返回，不能立即释放资源
// 基本上都是 0；
public void writeToParcel(Parcel dest, @WriteFlags int flags){}

实例化静态内部对象 CREATOR 实现接口 Parcelable.Creator，实例化 CREATOR 时要实现其中的两个方法，其中 createFromParcel 的功能就是从Parcel中读取我们存储的对象。

两者使用的区别

Serializable 和 Parcelable 都能实现序列化且都可以用于 Intent 间的数据传递，但是还是存在一定的区别:

Serializable 是 Java 中的序列化接口，使用起来开销量相对较大（I/O的方式），序列化和反序列化的过程需要大量的 I/O 操作。
Parcelable 是 Android 中的序列化方式，用起来相对比较麻烦，但是效率高（共享内存的方式），是 Android 推荐使用的序列化方式；
Parcelable 主要用在内存序列化上，如果要将一个对象序列化到存储设备中，使用 Serializable 会是更佳的选择；

Parcelable --> Parcel源码解析

上面讲到了 Parcelable 使用的效率会比 Serializable 更高，接下来我们就来分析下 Parcelable 的源码来验证这句话;
Parcelable 提供了 writeToParcel(Parcel dest, @WriteFlags int flags){} 方法并暴露了一个 Parcel 参数给开发者来操作需要缓存的数据，下面我们就来分析下 Parcel 是如何缓存数据的:

public final class Parcel {

    // mNativePtr 非常的关键，该值实际上是 Native 层的 Parcel 对象的指针地址
    // 后续的数据读取/写入都是通过该指针地址来操作的
    private long mNativePtr;
    
    // 获取 Parcel 对象
    public static Parcel obtain() {
        final Parcel[] pool = sOwnedPool;
        synchronized (pool) {
            Parcel p;
            for (int i=0; i<POOL_SIZE; i++) {
                p = pool[i];
                if (p != null) {
                    pool[i] = null;
                    if (DEBUG_RECYCLE) {
                        p.mStack = new RuntimeException();
                    }
                    return p;
                }
            }
        }
        // 缓存的数组中没有数据则新建一个 Parcel 对象，这里传入的参数是 0
        return new Parcel(0);
    }
    
    private Parcel(long nativePtr) {
        // 初始化Parcel
        init(nativePtr);
    }
    
    private void init(long nativePtr) {
        if (nativePtr != 0) {
            // 如果是缓存池中获取的 Parcel 对象
            mNativePtr = nativePtr;
            mOwnsNativeParcelObject = false;
        } else {
            // 传入的 nativePtr = 0
            // 调用 native 方法创建 native 层的 Native 对象，并返回其指针地址
            mNativePtr = nativeCreate();
            mOwnsNativeParcelObject = true;
        }
    }
    
    // native 方法，创建 native 层的 Parcel 对象并返回其指针地址
    private static native long nativeCreate();
    
    // 写入一个 int 类型的数据，其它 long ，String 类型的数据也是类似的调用对应的 native 方法
    public final void writeInt(int val) {
        // 调用 native 方法进行写入操作
        nativeWriteInt(mNativePtr, val);
    }
    
    // ------------------- 写入数据的 native 方法 -------------------
    
    private static native void nativeWriteInt(long nativePtr, int val);
    
    private static native void nativeWriteDouble(long nativePtr, double val);
    
    private static native void nativeWriteString(long nativePtr, String val);
    
    // ---------------------------------------------------------------
    
    // ------------------- 读取数据的 native 方法 -------------------
    
    private static native int nativeReadInt(long nativePtr);
    
    private static native double nativeReadDouble(long nativePtr);
    
    private static native String nativeReadString(long nativePtr);
    
    // --------------------------------------------------------------

}

上面的 Parcel 源码只显示了关键的部分，通过源码可以很清楚的看出 Parcel 对象的创建/读/写操作实际上都是通过调用 native 方法来实现的，看到这里好像源码已经跟不下去了，因为下面的代码就是 c/c++ 的实现了，Android Studio 中下载的 SDK 源码是不包含 native 层的代码的，因此我们需要自己去下载没有阉割版的 Android 源码；
Parcel 对象会持有一个 mNativePtr 对象，基本上所有的native 方法都会传入该对象，注释中已经写明 mNativePtr 对象存储的实际上是 native 层的 Parcel 对象的指针地址，接下来我们深入 native 层来验证我们的这个结论:
Parcel 对应的 JNI 代码位于：android-6.0.0_r1\frameworks\base\core\jni\android_os_Parcel.cpp：

// 这里会先对 native 方法的名称做一个映射，
static const JNINativeMethod gParcelMethods[] = {
    // java 中的方法名称                       jni 中的方法名称
    {"nativeCreate",              "()J", (void*)android_os_Parcel_create},
    
    {"nativeWriteInt",            "(JI)V", (void*)android_os_Parcel_writeInt},
    {"nativeWriteDouble",         "(JD)V", (void*)android_os_Parcel_writeDouble},
    {"nativeWriteString",         "(JLjava/lang/String;)V", (void*)android_os_Parcel_writeString},
    
    {"nativeReadInt",             "(J)I", (void*)android_os_Parcel_readInt},
    {"nativeReadDouble",          "(J)D", (void*)android_os_Parcel_readDouble},
    {"nativeReadString",          "(J)Ljava/lang/String;", (void*)android_os_Parcel_readString},
}

// 创建 native 的 Parcel 对象的方法，该方法在 Java 的 Parcel 对象创建 mNativePtr = 0 的时候调用
static jlong android_os_Parcel_create(JNIEnv* env, jclass clazz)
{
    // 创建 native 层的 Parcel 对象
    Parcel* parcel = new Parcel();
    // 获取 parcel 对象的指针地址返回给 Java 层
    // 后续数据的读/写都是通过该指针地址来操作的
    // 这里也就验证了上面说的 mNativePtr 的值是native层对象的内存地址
    return reinterpret_cast<jlong>(parcel);
}

// 写入一个 int 类型的数据
// env:           java跟c交互的桥梁
// clazz：       这里为 Java 层的 Parcel 的 Class 对象
// nativePtr:    native 层 Parcel 对象的指针（内存地址）
// val:           需要写入的值
static void android_os_Parcel_writeInt(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jint val) {
    // 将 nativePtr 强转成 parcel 指针(实际上为Parcel对象的内存首地址)
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
        // 调用native 的 parcel 对象的 writeInt32() 方法写入数据
        const status_t err = parcel->writeInt32(val);
        if (err != NO_ERROR) {
            signalExceptionForError(env, clazz, err);
        }
    }
}

// 写入一个 字符串值
static void android_os_Parcel_writeString(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jstring val)
{
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
        status_t err = NO_MEMORY;
        if (val) {
            // 获取需要写入的字符串
            const jchar* str = env->GetStringCritical(val, 0);
            if (str) {  // 判空
                // 调用native 的 parcel 对象的 writeString16() 方法写入数据
                // 这里需要注意，除了传入字符串还传入了字符串的长度，数组作为参数传递时无法获取长度
                err = parcel->writeString16(
                    reinterpret_cast<const char16_t*>(str),
                    env->GetStringLength(val));
                // 释放内存
                env->ReleaseStringCritical(val, str);
            }
        }
        ...
    }
}

// 读取一个 int 数据
static jint android_os_Parcel_readInt(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr)
{
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
        // 调用native 的 parcel 对象的 readInt32() 方法读取数据
        return parcel->readInt32();
    }
    return 0;
}

// 读取一个 string 数据
static jstring android_os_Parcel_readString(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr)
{
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
        size_t len;
        // 调用native 的 parcel 对象读取字符串
        const char16_t* str = parcel->readString16Inplace(&len);
        if (str) {
            return env->NewString(reinterpret_cast<const jchar*>(str), len);
        }
        return NULL;
    }
    return NULL;
}

android_os_Parcel.cpp 首先会创建一个 native 方法的映射，然后在 nativeCreate() 方法中创建一个 C++ 的 Parcel 对象然后将该对象的指针地址转成 jlong 类型的数据返回给 java 层；而数据的读取则是通过 nativeCreate() 方法中创建的 Parcel 对象来操作的，这里的 Parcel 为 C++ 对象，对应的文件位置为: android-6.0.0_r1\frameworks\native\libs\binder\Parcel.cpp:


// ----------------------------------- 写入数据 -----------------------------------

// 写入一个 int 数据，parcel->writeInt32(val)
status_t Parcel::writeInt32(int32_t val)
{
    return writeAligned(val);
}

template<class T>
status_t Parcel::writeAligned(T val) {
    COMPILE_TIME_ASSERT_FUNCTION_SCOPE(PAD_SIZE_UNSAFE(sizeof(T)) == sizeof(T));
    // 判断剩余的内存是否满足存储该数据
    if ((mDataPos+sizeof(val)) <= mDataCapacity) {
restart_write:
        // 将指针移动到偏移的位置，然后将 val（int数据）写入到内存
        // mData： 为内存的首地址
        // mDataPos： 为指针的偏移量，例如写入了一个 int（四个字节） 数据，mDataPos 的值就会增加 四个字节，
        // 下次写入数据的时候，指针的位置就会移动到上次写入的 int 数据的内存地址后面
        *reinterpret_cast<T*>(mData+mDataPos) = val;
        // 更新内存的偏移量，这里是 int 类型的数据，因此 mDataPos 会增加 四个字节
        return finishWrite(sizeof(val));
    }

    status_t err = growData(sizeof(val));
    if (err == NO_ERROR) goto restart_write;
    return err;
}

// 写入一个字符串， parcel->writeString16(*str, len);
status_t Parcel::writeString16(const char16_t* str, size_t len)
{
    // 字符串判空
    if (str == NULL) return writeInt32(-1);
    // 字符串的长度是不定的，因此每次写入字符串数据的时候，需要将字符串的长度写入到内存中，然后再写入字符串的数据
    // 读取字符串的时候，会先读取字符串的长度，然后读取对应长度的内存数据即为缓存的字符串值
    // 写入字符串值
    status_t err = writeInt32(len);
    if (err == NO_ERROR) {
        // 计算字符串所需的内存
        len *= sizeof(char16_t);
        // 开辟缓存字符串的内存，更新内存地址的偏移量
        uint8_t* data = (uint8_t*)writeInplace(len+sizeof(char16_t));
        if (data) {
            // 将字符串复制到内存中缓存
            memcpy(data, str, len);
            *reinterpret_cast<char16_t*>(data+len) = 0;
            return NO_ERROR;
        }
        err = mError;
    }
    return err;
}

// ----------------------------------- 读取数据 -----------------------------------

// 读取一个 int 数据： parcel->readInt32()
int32_t Parcel::readInt32() const
{
    return readAligned<int32_t>();
}

template<class T>
status_t Parcel::readAligned(T *pArg) const {
    COMPILE_TIME_ASSERT_FUNCTION_SCOPE(PAD_SIZE_UNSAFE(sizeof(T)) == sizeof(T));
    // 判断读取的数据内存是否超出范围
    if ((mDataPos+sizeof(T)) <= mDataSize) {
        // void* 表示任意类型的数据的指针，这里会先偏移指针
        const void* data = mData+mDataPos;
        // 指针的偏移量更新，增加读取数据的大小
        mDataPos += sizeof(T);
        // 返回数据
        *pArg =  *reinterpret_cast<const T*>(data);
        return NO_ERROR;
    } else {
        return NOT_ENOUGH_DATA;
    }
}


// 读取一个字符串: parcel->readString16()
String16 Parcel::readString16() const
{
    size_t len;
    // 读取字符串
    const char16_t* str = readString16Inplace(&len);
    if (str) return String16(str, len);
    return String16();
}

const char16_t* Parcel::readString16Inplace(size_t* outLen) const
{
    // 根据上面写入字符串的规则，这里需要先读取一个 int 类型的字符串长度(mDataPos会偏移一个int的长度)
    int32_t size = readInt32();
    if (size >= 0 && size < INT32_MAX) {
        *outLen = size;
        // 读取字符串
        const char16_t* str = (const char16_t*)readInplace((size+1)*sizeof(char16_t));
        if (str != NULL) {
            return str;
        }
    }
    *outLen = 0;
    return NULL;
}

上面就是一个完整的Parcel 序列化数据的过程，接下来我们用文字来归纳一下：

Java 创建一个对象实现 Parcelable 接口，重写 writeToParcel() 方法，写入调用对应的方法写入需要缓存的数据；
Java 层创建 Parcel.class 对象（没有传入mNativePtr ）的时候会调用 nativeCreate() 方法创建一个 native 层的Parcel.cpp 对象并返回指针地址；
Parcel.cpp 会开辟一块连续的内存来缓存数据，内存的首地址是mData ,内存的偏移量是 mDataPos ；
写入一个数据的时候，首先会将指针移动到对应的位置 mData + mDataPos，再将数据写入到内存中，然后重新计算 mDataPos 的偏移量，mDataPos += sizeof()，下次再写入数据的时候就会跟再上次写入数据的后面；

Parcel创建并写入数据

如果写入的数据是字符串，由于字符串的长度是不定的，需要开辟的内存大小也是未知的，因此需要先写入字符串的长度，然后根据字符串的长度计算需要开辟的内存大小，缓存字符串，因此字符串所需的最终内存大小应该是: sizeof(int) + len * sizeof(char);

Parcel写入字符串

Parcel.cpp 开辟的是一块连续的内存，根据上面的读写规则，可以得出读取数据的顺序需要和写入数据的顺序一致；
Parcel 序列化数据操作的是内存，而 Serializable 序列化数据操作的是 I/O ，因此，Parcel 的性能会更优；

Parcel 共享内存分析

序列化的使用场景

Serializable 和 Parcelable

Serializable

Parcelable

两者使用的区别

Parcelable --> Parcel源码解析

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