参考： 2019校招Android面试题解1.0（上篇）《Android开发艺术探索》

一.Linux相关知识

1.进程隔离

为了保护操作系统中某些进程互不干扰，就设计了一个进程隔离的技术，避免进程A可以操作进程B的情况下所实现的；

2.虚拟地址空间
进程隔离技术使用到了虚拟地址空间，进程A的虚拟地址空间和进程B虚拟地址空间是不同的，这样就可以防止了进程A的数据写到进程B里面；
操作系统中不同的虚拟地址空间数据是不共享的，每一个进程独享的空间实际上是虚拟的空间；

3.系统调用
在Linux内核当中，有一个非常重要的概念就做系统调用，因为内核会有某些保护机制，告诉应用程序只可访问某些许可的资源，不许可的资源是不可以被访问的，这也是把Linux内核层和应用层抽象分离开。也就是内核层和用户空间，用户可以通过系统调用在用户空间访问内核的某些程序；

4.内核模块/驱动
通过系统调用，用户空间可以访问内核空间，那么如果一个用户空间想与另外一个用户空间进行通信怎么办呢？很自然想到的是让操作系统内核添加支持；
传统的Linux通信机制，比如Socket，管道等都是内核支持的；但是Binder并不是Linux内核的一部分，它是怎么做到访问内核空间的呢？

Linux的动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）机制解决了这个问题；模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行; 这样，Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程之间的通过这个模块作为桥梁，就可以完成通信了; 在Android系统中，这个运行在内核空间的，负责各个用户进程通过Binder通信的内核模块叫做Binder驱动;
驱动程序一般指的是设备驱动程序（Device Driver），是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作；
- 驱动就是操作硬件的接口，为了支持Binder通信过程，Binder使用了一种“硬件”，因此这个模块被称之为驱动。
  二.Serializable和Parcelable
Serializable接口
Parcelable接口
- Parcel：包装了可序列化的数据
- 序列化功能由writeToParcel完成，最终是通过Parcel的一系列write方法完成;
- 反序列化由Creator来完成，其内部标明了如何创建序列化对象和数组，并通过Parcel的一系列read方法来完成;
- 内容描述功能由describeContents来完成，几乎所有情况下在，这个方法都应该返回0，仅当当前对象中存在文件描述符时，此方法返回1; 后半句未理解，暂时记下;
- Intent，Bundle，Bitmap，List和Map也可以序列化，前提是它们中的每一个元素都是可序列化的;
Serializable与Parcelable对比
- Serializable：Java平台提供，使用简单，但开销大，序列化和反序列化都需要大量的IO操作。
- Parcelable：Android平台提供，使用起来较麻烦些，效率高，通常该方式作为首选，主要用于在内存序列化上;
- 通过Parcelable将对象序列化或反序列化后存储到设备中和通过网络传输也是可以，但过程会稍显复杂，建议这两种情况下使用Serializable实现;
Binder
- Binder的上层原理
- IPC角度：跨进程通信的方式，可以把Binder理解为一种虚拟设备，它的设备驱动是/dev/binder;
- 直观角度：是个实现了IBinder接口的类;
- FrameWork层角度：是ServiceManager连接各种Manager（ActivityManager、WindowManager等）和相应ManagerService的桥梁;
- 应用层角度：是客户端和服务端进行通信的媒介;
- Android开发中，binder主要用于Service中，包括AIDL和Messenger
- Binder的设计采用了面向对象的思想
  三.Aidl
  2.1.使用aidl原因
进程间的通信

2.2.Aidl的通信流程

a.服务端
1.创建一个service用来监听客户端的连接请求
2.创建Aidl文件，将暴露给客户端的接口在这个Aidl文件中声明
3.在服务中实现这个Aidl

b.客户端
1.绑定服务端的service
2.将服务端返回的binder对象转成Aidl接口所属的类型
3.调用Aidl的方法

c.Aidl接口的创建
todo 示例
todo AIDL默认支持一些数据类型，在使用这些数据类型的时候是不需要导包的
- AIDL文件中支持的数据类型
  - 基本数据类型
  - String和CharSequence
  - List
  - Map
  - Parcelable
  - AIDL
Aidl的创建
Aidl接口只支持方法，不支持静态常量
d.远程服务service的实现
三.从Aidl的角度去了解binder工作机制

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 */
package com.jack.aidlservicedemo;
//todo 1.所有可以在Binder中进行传输的接口都需要继承IInterface接口
//todo 2.通过分析该类来了解binder的工作机制
public interface IBookManager extends android.os.IInterface
{
  /** Default implementation for IBookManager. */
  public static class Default implements com.jack.aidlservicedemo.IBookManager
  {
    //所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
    //todo 3.1.声明方法-getBooks
    @Override public java.util.List<com.jack.aidlservicedemo.Book> getBooks() throws android.os.RemoteException
    {
      return null;
    }
    //传参时除了Java基本类型以及String，CharSequence之外的类型
    //都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定
    //todo 3.2.声明方法-addBook
    @Override public void addBook(com.jack.aidlservicedemo.Book book) throws android.os.RemoteException
    {
    }
    @Override
    public android.os.IBinder asBinder() {
      return null;
    }
  }
  /** Local-side IPC implementation stub class. */
  //todo 3.5.标明内部类 - Stub（这个类就是一个Binder类）
  /**
   * todo 当客户端和服务端都位于一个进程时，方法调用不会走跨进程的 transact 过程
   * 当两者位于不同进程时，方法调用需要走transact过程，这个过程由stub内部代理类
   */
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.jack.aidlservicedemo.IBookManager
  {
      // 3.6.binder的唯一标识，一般用binder的类名表示
    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.jack.aidlservicedemo.IBookManager";
    /** Construct the stub at attach it to the interface. */
    public Stub()
    {
      this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }
    /**
     * Cast an IBinder object into an com.jack.aidlservicedemo.IBookManager interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
      // 3.7.asInterface ： 用于将服务端的对象转换成客户端所需的AIDL接口类型的对象
      //这种转换是区分进程的
    public static com.jack.aidlservicedemo.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj)
    {
      if ((obj==null)) {
        return null;
      }
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.jack.aidlservicedemo.IBookManager))) {
          //3.7.1.如果客户端和服务端位于同一进程，那么此方法返回的就是Stub对象本身
        return ((com.jack.aidlservicedemo.IBookManager)iin);
      }
        //3.7.2.否则返回的是系统封装后的Stub.Proxy对象
      return new com.jack.aidlservicedemo.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
    }
      //3.8.asBinder：用于返回当前binder对象
    @Override public android.os.IBinder asBinder()
    {
      return this;
    }
      //3.9.4.onTransact：运行在服务端的Binder线程池
      //当客户端发起跨进程请求，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理
      //服务端可以通过code来确定客户端所请求的方法是什么，接着从data中取出目标方法所需要的参数（如果有参数）
      //然后执行目标方法
      //当目标方法执行完，就向reply中写入返回值
      //需要注意的是：如果onTransact返回false，那么客户端的请求就会失败。利用该特定可以做权限验证。
    @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
    {
      java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
      switch (code)
      {
        case INTERFACE_TRANSACTION:
        {
          reply.writeString(descriptor);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_getBooks:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          java.util.List<com.jack.aidlservicedemo.Book> _result = this.getBooks();
          reply.writeNoException();
          reply.writeTypedList(_result);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_addBook:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          com.jack.aidlservicedemo.Book _arg0;
          if ((0!=data.readInt())) {
            _arg0 = com.jack.aidlservicedemo.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
          }
          else {
            _arg0 = null;
          }
          this.addBook(_arg0);
          reply.writeNoException();
          return true;
        }
        default:
        {
          return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
      }
    }
    private static class Proxy implements com.jack.aidlservicedemo.IBookManager
    {
      private android.os.IBinder mRemote;
      Proxy(android.os.IBinder remote)
      {
        mRemote = remote;
      }
      @Override public android.os.IBinder asBinder()
      {
        return mRemote;
      }
      public java.lang.String getInterfaceDescriptor()
      {
        return DESCRIPTOR;
      }
      //所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
      //3.10.此方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法，其内部实现如下：
      @Override public java.util.List<com.jack.aidlservicedemo.Book> getBooks() throws android.os.RemoteException
      {
       //3.10.1首先，创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data，输出型Parcel对象_reply和返回值List对象_result;
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        java.util.List<com.jack.aidlservicedemo.Book> _result;
        try {
          //3.10.2.然后，把方法的参数写入到_data中（如果有参数的话），   
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          //3.10.3.接着调用transact方法发起RPC（远程过程调用）请求，同时，当前线程挂起    
          //3.10.4.然后服务端的onTransact方法会被调用，直到RPC过程返回后，当前线程继续执行
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBooks, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            return getDefaultImpl().getBooks();
          }
          _reply.readException();
          //3.10.4_.并从_reply中取出RPC过程的返回函数
          _result = _reply.createTypedArrayList(com.jack.aidlservicedemo.Book.CREATOR);
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
        //3.10.5.最后返回_reply中的数据
        return _result;
      }
      //传参时除了Java基本类型以及String，CharSequence之外的类型
      //都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定
      //4.这个方法运行在客户端中，执行过程和getBooks是一样的，addBook方法没有返回值，所以不需要从_reply中取出返回值
      @Override public void addBook(com.jack.aidlservicedemo.Book book) throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          if ((book!=null)) {
            _data.writeInt(1);
            book.writeToParcel(_data, 0);
          }
          else {
            _data.writeInt(0);
          }
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            getDefaultImpl().addBook(book);
            return;
          }
          _reply.readException();
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
      }
      public static com.jack.aidlservicedemo.IBookManager sDefaultImpl;
    }
    //todo 3.3.声明整型id 用于标识在 transact 过程中，客户端所请求的方法到底是哪一个
    static final int TRANSACTION_getBooks = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    //todo 3.4.声明整型id
    static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    public static boolean setDefaultImpl(com.jack.aidlservicedemo.IBookManager impl) {
      if (Stub.Proxy.sDefaultImpl == null && impl != null) {
        Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
        return true;
      }
      return false;
    }
    public static com.jack.aidlservicedemo.IBookManager getDefaultImpl() {
      return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
    }
  }
  //所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
  public java.util.List<com.jack.aidlservicedemo.Book> getBooks() throws android.os.RemoteException;
  //传参时除了Java基本类型以及String，CharSequence之外的类型
  //都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定
  public void addBook(com.jack.aidlservicedemo.Book book) throws android.os.RemoteException;
}
//注意
//当客户端发起请求时，由于当前线程会被挂起直至服务端进程返回数据，所以，如果一个远程方法是很耗时的，那么不能在UI线程中发起此远程请求;
//其次：由于binder方法运行在binder线程池中，所以，不管binder方法是否耗时，都应采用同步的方式去实现，因为它已经运行在一个线程中了。                这一点，未明白。。。

四.问题收集

1.Android中进程和线程的关系？

线程
- 是一种有限的系统资源，CPU调用的最小单元;
- 线程的创建和销毁都有一定的开销;
进程
- 指一个执行单元，在PC和移动设备上指一个程序或者一个应用;
- 一个APP一般对应一个进程，当然，可以在AndroidMenifest中给四大组件指定属性android:process开启多进程模式;
- 一个进程可以包含多个线程，因此，进程和线程是包含和被包含关系;
  2.为何需要进行IPC？多进程通信可能会出现什么问题？
技术点：多进程通信
场景：在多进程的情况下需要使用，比比如，使用混合开发会将WebView单独开启一个进程（好处多多，单独总结一篇混合开发的文章），这个时候就需要用到进程间通信;
一般来说，使用多进程会造成如下几方面的问题：
- （1）静态成员和单例模式完全失效。
- （2）线程同步机制完全失效。
- （3）SharedPreferences的可靠性下降。
- （4）Application会多次创建。
原因分析
- 问题1:Android为每一个应用，或者说为每一个进程分配了一个独立的虚拟机，不同的虚拟机内存分配上有不同的地址空间，这就导致在不同的虚拟机中访问同一个类的对象会产生多个副本。所有运行在不同进程的四大组件，只要它们之间需要通过内存来共享数据，都会共享失败;
- 问题2：本质通问题1类似，既然不在同一块内存了，那么不管是锁对象还是锁全局类都无法保证线程同步，因为不同进程的锁不是同一个对象;
- 问题3：SharedPreferences不支持两个线程同时去执行写操作，否则会导致一定几率的数据丢失，这是因为SharedPreferences底层是通过读写XML文件来实现的，并发写显然是可能出问题的;
- 问题4：系统在创建新的进程同时分配独立的虚拟机，运行在不同进程中的组件是属于两个不同的虚拟机和Application的;
  3.什么是序列化？Serializable接口和Parcelable接口的区别？为何推荐使用后者？
技术点：序列化
序列化表示将一个对象转换成可存储或可传输的状态。序列化后的对象可以在网络上进行传输，也可以存储到本地。
应用场景：需要通过Intent和Binder等传输类对象就必须完成对象的序列化过程。
两种方式：实现Serializable/Parcelable接口。不同点如图：

4.Android中为何新增Binder来作为主要的IPC方式？
技术点：Binder机制
Binder机制__优点
- 传输效率高、可操作性强：传输效率主要影响因素是内存拷贝的次数，拷贝次数越少，传输速率越高。从Android进程架构角度分析：对于消息队列、Socket和管道来说，数据先从发送方的缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，再从内核缓存区拷贝到接收方的缓存区，一共两次拷贝，如图：

而对于Binder来说，数据从发送方的缓存区拷贝到内核的缓存区，而接收方的缓存区与内核的缓存区是映射到同一块物理地址的，节省了一次数据拷贝的过程，如图：

由于共享内存操作复杂，综合来看，Binder的传输效率是最好的。

实现C/S架构方便：Linux的众IPC方式除了Socket以外都不是基于C/S架构，而Socket主要用于网络间的通信且传输效率较低。Binder基于C/S架构，Server端与Client端相对独立，稳定性较好。
安全性高：传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份；而Binder机制为每个进程分配了UID/PID且在Binder通信时会根据UID/PID进行有效性检测。
5.使用Binder进行数据传输的具体过程？

思路：通过AIDL实现方式解释Binder数据传输的具体过程
服务端中的Service给与其绑定的客户端提供Binder对象，客户端通过AIDL接口中的asInterface()将这个Binder对象转换为代理Proxy，并通过它发起RPC请求。客户端发起请求时会挂起当前线程，并将参数写入data然后调用transact()，RPC请求会通过系统底层封装后由服务端的onTransact()处理，并将结果写入reply，最后返回调用结果并唤醒客户端线程(感觉这个答案不是最佳的)。

6.Binder框架中ServiceManager的作用？

技术点：Binder机制(先记住标记为红色的部分，往后再补)
在Binder框架定义了四个角色：Server，Client，ServiceManager和Binder驱动。其中Server、Client、ServiceManager运行于用户空间，Binder驱动运行于内核空间。关系如图：

Server&Client：服务器&客户端。在Binder驱动和Service Manager提供的基础设施上，进行Client-Server之间的通信。

ServiceManager服务的管理者，将Binder名字转换为Client中对该Binder的引用，使得Client可以通过Binder名字获得Server中Binder实体的引用。流程如图：

          ![4.webp](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/webp/249982/1583998547752-9a34d0c6-121d-4b0f-a95b-5f3703e22fca.webp#align=left&display=inline&height=258&name=4.webp&originHeight=258&originWidth=556&size=7528&status=done&style=none&width=556)

Binder驱动：
- 与硬件设备没有关系，其工作方式与设备驱动程序是一样的，工作于内核态。
- 提供open()、mmap()、poll()、ioctl() 等标准文件操作。
- 以字符驱动设备中的misc设备注册在设备目录/dev下，用户通过/dev/binder访问该它。
- 负责进程之间binder通信的建立，传递，计数管理以及数据的传递交互等底层支持。
- 驱动和应用程序之间定义了一套接口协议，主要功能由ioctl() 接口实现，由于ioctl()灵活、方便且能够一次调用实现先写后读以满足同步交互，因此不必分别调用write()和read()接口。
- 其代码位于linux目录的drivers/misc/binder.c中。
  7.IPC方式对比（重新总结一下，参考艺术探索上的内容）
  
  8.是否了解AIDL？原理是什么？如何优化多模块都使用AIDL的情况？
AIDL(Android Interface Definition Language，Android接口定义语言)：如果在一个进程中要调用另一个进程中对象的方法，可使用AIDL生成可序列化的参数，AIDL会生成一个服务端对象的代理类，通过它客户端实现间接调用服务端对象的方法。
AIDL的本质是系统提供了一套可快速实现Binder的工具。关键类和方法：
- AIDL接口：继承IInterface。
- Stub类：Binder的实现类，服务端通过这个类来提供服务。
- Proxy类：服务器的本地代理，客户端通过这个类调用服务器的方法。
- asInterface()：客户端调用，将服务端的返回的Binder对象，转换成客户端所需要的AIDL接口类型对象。返回对象：
  - 若客户端和服务端位于同一进程，则直接返回Stub对象本身；
  - 否则，返回的是系统封装后的Stub.proxy对象。
- asBinder()：根据当前调用情况返回代理Proxy的Binder对象。
- onTransact()：运行服务端的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理。
- transact()：运行在客户端，当客户端发起远程请求的同时将当前线程挂起。之后调用服务端的onTransact()直到远程请求返回，当前线程才继续执行。
当有多个业务模块都需要AIDL来进行IPC，此时需要为每个模块创建特定的aidl文件，那么相应的Service就会很多。必然会出现系统资源耗费严重、应用过度重量级的问题。解决办法是建立Binder连接池，即将每个业务模块的Binder请求统一转发到一个远程Service中去执行，从而避免重复创建Service。
工作原理：每个业务模块创建自己的AIDL接口并实现此接口，然后向服务端提供自己的唯一标识和其对应的Binder对象。服务端只需要一个Service，服务器提供一个queryBinder接口，它会根据业务模块的特征来返回相应的Binder对像，不同的业务模块拿到所需的Binder对象后就可进行远程方法的调用了。（我需要一个实实实在在的例子哟）流程如图：

Android知识梳理

知识要点-IPC机制

一.Linux相关知识

1.进程隔离

2.虚拟地址空间

3.系统调用

4.内核模块/驱动

二.Serializable和Parcelable

三.Aidl

2.1.使用aidl原因

2.2.Aidl的通信流程

a.服务端

b.客户端

c.Aidl接口的创建

d.远程服务service的实现

三.从Aidl的角度去了解binder工作机制

四.问题收集

1.Android中进程和线程的关系？

2.为何需要进行IPC？多进程通信可能会出现什么问题？

3.什么是序列化？Serializable接口和Parcelable接口的区别？为何推荐使用后者？

4.Android中为何新增Binder来作为主要的IPC方式？

5.使用Binder进行数据传输的具体过程？

6.Binder框架中ServiceManager的作用？

7.IPC方式对比（重新总结一下，参考艺术探索上的内容）

8.是否了解AIDL？原理是什么？如何优化多模块都使用AIDL的情况？