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  • Android系统中的广播（Broadcast）机制简要介绍和学习计划

    出自：http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6730748

      在Android系统中，广播（Broadcast）是在组件之间传播数据（Intent）的一种机制；这些组件甚至是可以位于不同的进程中，这样它就像Binder机制一样，起到进程间通信的作用；本文通过一个简单的例子来学习Android系统的广播机制，为后续分析广播机制的源代码作准备。

            在Android系统中，为什么需要广播机制呢？广播机制，本质上它就是一种组件间的通信方式，如果是两个组件位于不同的进程当中，那么可以用Binder机制来实现，如果两个组件是在同一个进程中，那么它们之间可以用来通信的方式就更多了，这样看来，广播机制似乎是多余的。然而，广播机制却是不可替代的，它和Binder机制不一样的地方在于，广播的发送者和接收者事先是不需要知道对方的存在的，这样带来的好处便是，系统的各个组件可以松耦合地组织在一起，这样系统就具有高度的可扩展性，容易与其它系统进行集成。

            在软件工程中，是非常强调模块之间的高内聚低耦合性的，不然的话，随着系统越来越庞大，就会面临着越来越难维护的风险，最后导致整个项目的失败。Android应用程序的组织方式，可以说是把这种高内聚低耦合性的思想贯彻得非常透彻，在任何一个Activity中，都可以使用一个简单的Intent，通过startActivity或者startService，就可以把另外一个Activity或者Service启动起来为它服务，而且它根本上不依赖这个Activity或者Service的实现，只需要知道它的字符串形式的名字即可，而广播机制更绝，它连接收者的名字都不需要知道。

            不过话又说回来，广播机制在Android系统中，也不算是什么创新的东西。如果读者了解J2EE或者COM，就会知道，在J2EE中，提供了消息驱动Bean（Message-Driven Bean），用来实现应用程序各个组件之间的消息传递；而在COM中，提供了连接点（Connection Point）的概念，也是用来在应用程序各个组间间进行消息传递。无论是J2EE中的消息驱动Bean，还是COM中的连接点，或者Android系统的广播机制，它们的实现机理都是消息发布/订阅模式的事件驱动模型，消息的生产者发布事件，而使用者订阅感兴趣的事件。

            废话说了一大堆，现在开始进入主题了，和前面的文章一样，我们通过具体的例子来介绍Android系统的广播机制。在这个例子中，有一个Service，它在另外一个线程中实现了一个计数器服务，每隔一秒钟就自动加1，然后将结果不断地反馈给应用程序中的界面线程，而界面线程中的Activity在得到这个反馈后，就会把结果显示在界面上。为什么要把计数器服务放在另外一个线程中进行呢？我们可以把这个计数器服务想象成是一个耗时的计算型逻辑，如果放在界面线程中去实现，那么势必就会导致应用程序不能响应界面事件，最后导致应用程序产生ANR（Application Not Responding）问题。计数器线程为了把加1后的数字源源不断地反馈给界面线程，这时候就可以考虑使用广播机制了。

            首先在Android源代码工程中创建一个Android应用程序工程，名字就称为Broadcast吧。关于如何获得Android源代码工程，请参考在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码一文；关于如何在Android源代码工程中创建应用程序工程，请参考在Ubuntu上为Android系统内置Java应用程序测试Application Frameworks层的硬件服务一文。这个应用程序工程定义了一个名为shy.luo.broadcast的package，这个例子的源代码主要就是实现在这里了。下面，将会逐一介绍这个package里面的文件。 

            首先，我们在src/shy/luo/broadcast/ICounterService.java文件中定义计数器的服务接口：

     

    [java] view plaincopy
     
    1. package shy.luo.broadcast;  
    2.   
    3. public interface ICounterService {  
    4.         public void startCounter(int initVal);  
    5.         public void stopCounter();  
    6. }  

           这个接口很简单，它只有两个成员函数，分别用来启动和停止计数器；启动计数时，还可以指定计数器的初始值。

           接着，我们来看一个应用程序的默认Activity的实现，在src/shy/luo/broadcast/MainActivity.java文件中：

     

    [java] view plaincopy
     
    1. package shy.luo.broadcast;  
    2.   
    3. import android.app.Activity;  
    4. import android.content.BroadcastReceiver;  
    5. import android.content.ComponentName;  
    6. import android.content.Context;  
    7. import android.content.Intent;  
    8. import android.content.IntentFilter;  
    9. import android.content.ServiceConnection;  
    10. import android.os.Bundle;  
    11. import android.os.IBinder;  
    12. import android.util.Log;  
    13. import android.view.View;  
    14. import android.view.View.OnClickListener;  
    15. import android.widget.Button;  
    16. import android.widget.TextView;  
    17.   
    18. public class MainActivity extends Activity implements OnClickListener {  
    19.     private final static String LOG_TAG = "shy.luo.broadcast.MainActivity";  
    20.          
    21.     private Button startButton = null;  
    22.     private Button stopButton = null;  
    23.     private TextView counterText = null;  
    24.       
    25.     private ICounterService counterService = null;  
    26.       
    27.         @Override  
    28.         public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
    29.             super.onCreate(savedInstanceState);  
    30.             setContentView(R.layout.main);  
    31.           
    32.             startButton = (Button)findViewById(R.id.button_start);  
    33.             stopButton = (Button)findViewById(R.id.button_stop);  
    34.             counterText = (TextView)findViewById(R.id.textview_counter);  
    35.           
    36.             startButton.setOnClickListener(this);  
    37.             stopButton.setOnClickListener(this);  
    38.           
    39.             startButton.setEnabled(true);  
    40.             stopButton.setEnabled(false);  
    41.           
    42.             Intent bindIntent = new Intent(MainActivity.this, CounterService.class);  
    43.             bindService(bindIntent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);  
    44.           
    45.             Log.i(LOG_TAG, "Main Activity Created.");  
    46.         }  
    47.       
    48.         @Override   
    49.         public void onResume() {  
    50.             super.onResume();  
    51.           
    52.             IntentFilter counterActionFilter = new IntentFilter(CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION);  
    53.         registerReceiver(counterActionReceiver, counterActionFilter);  
    54.         }  
    55.       
    56.         @Override  
    57.         public void onPause() {  
    58.             super.onPause();  
    59.             unregisterReceiver(counterActionReceiver);  
    60.         }  
    61.       
    62.         @Override  
    63.         public void onDestroy() {  
    64.             super.onDestroy();  
    65.             unbindService(serviceConnection);  
    66.         }  
    67.       
    68.         @Override  
    69.         public void onClick(View v) {  
    70.             if(v.equals(startButton)) {  
    71.             if(counterService != null) {  
    72.                 counterService.startCounter(0);  
    73.                   
    74.                 startButton.setEnabled(false);  
    75.                     stopButton.setEnabled(true);  
    76.             }  
    77.             } else if(v.equals(stopButton)) {  
    78.             if(counterService != null) {  
    79.                 counterService.stopCounter();  
    80.                   
    81.                 startButton.setEnabled(true);  
    82.                 stopButton.setEnabled(false);  
    83.             }  
    84.             }  
    85.         }  
    86.       
    87.         private BroadcastReceiver counterActionReceiver = new BroadcastReceiver(){  
    88.         public void onReceive(Context context, Intent intent) {  
    89.             int counter = intent.getIntExtra(CounterService.COUNTER_VALUE, 0);  
    90.             String text = String.valueOf(counter);  
    91.             counterText.setText(text);  
    92.               
    93.             Log.i(LOG_TAG, "Receive counter event");  
    94.         }  
    95.     };  
    96.       
    97.     private ServiceConnection serviceConnection = new ServiceConnection() {  
    98.             public void onServiceConnected(ComponentName className, IBinder service) {  
    99.             counterService = ((CounterService.CounterBinder)service).getService();  
    100.               
    101.             Log.i(LOG_TAG, "Counter Service Connected");  
    102.             }  
    103.             public void onServiceDisconnected(ComponentName className) {  
    104.             counterService = null;  
    105.             Log.i(LOG_TAG, "Counter Service Disconnected");  
    106.             }  
    107.         };  
    108. }  

            MainActivity的实现也很简单，它在创建（onCreate）的时候，会调用bindService函数来把计数器服务（CounterService）启动起来，它的第二个参数serviceConnection是一个ServiceConnection实例。计数器服务启动起来后，系统会调用这个实例的onServiceConnected函数将一个Binder对象传回来，通过调用这个Binder对象的getService函数，就可以获得计数器服务接口。这里，把这个计数器服务接口保存在MainActivity的counterService成员变量中。同样，当我们调用unbindService停止计数器服务时，系统会调用这个实例的onServiceDisconnected函数告诉MainActivity，它与计数器服务的连接断开了。

            注意，这里通过调用bindService函数来启动Service时，这个Service与启动它的Activity是位于同一个进程中，它不像我们在前面一篇文章Android系统在新进程中启动自定义服务过程（startService）的原理分析中所描述那样在新的进程中启动服务，后面我们再写一篇文章来分析bindService启动服务的过程。

            在MainActivity的onResume函数中，通过调用registerReceiver函数注册了一个广播接收器counterActionReceiver，它是一个BroadcastReceiver实例，并且指定了这个广播接收器只对CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION类型的广播感兴趣。当CounterService发出一个CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION类型的广播时，系统就会把这个广播发送到counterActionReceiver实例的onReceiver函数中去。在onReceive函数中，从参数intent中取出计数器当前的值，显示在界面上。

           MainActivity界面上有两个按钮，分别是Start Counter和Stop Counter按钮，点击前者开始计数，而点击后者则停止计数。

           计数器服务CounterService实现在src/shy/luo/broadcast/CounterService.java文件中：

     

    [java] view plaincopy
     
    1. package shy.luo.broadcast;  
    2.   
    3. import android.app.Service;  
    4. import android.content.Intent;  
    5. import android.os.AsyncTask;  
    6. import android.os.Binder;  
    7. import android.os.IBinder;  
    8. import android.util.Log;  
    9.   
    10. public class CounterService extends Service implements ICounterService {  
    11.     private final static String LOG_TAG = "shy.luo.broadcast.CounterService";  
    12.       
    13.     public final static String BROADCAST_COUNTER_ACTION = "shy.luo.broadcast.COUNTER_ACTION";  
    14.     public final static String COUNTER_VALUE = "shy.luo.broadcast.counter.value";  
    15.       
    16.     private boolean stop = false;  
    17.       
    18.     private final IBinder binder = new CounterBinder();  
    19.       
    20.     public class CounterBinder extends Binder {  
    21.         public CounterService getService() {  
    22.             return CounterService.this;  
    23.         }  
    24.     }  
    25.       
    26.     @Override  
    27.         public IBinder onBind(Intent intent) {  
    28.                 return binder;  
    29.         }  
    30.       
    31.     @Override  
    32.     public void onCreate() {  
    33.         super.onCreate();  
    34.           
    35.         Log.i(LOG_TAG, "Counter Service Created.");  
    36.     }  
    37.       
    38.     @Override  
    39.         public void onDestroy() {  
    40.                 Log.i(LOG_TAG, "Counter Service Destroyed.");  
    41.         }  
    42.       
    43.     public void startCounter(int initVal) {  
    44.                 AsyncTask<Integer, Integer, Integer> task = new AsyncTask<Integer, Integer, Integer>() {      
    45.             @Override  
    46.             protected Integer doInBackground(Integer... vals) {  
    47.                 Integer initCounter = vals[0];  
    48.                   
    49.                 stop = false;  
    50.                 while(!stop) {  
    51.                     publishProgress(initCounter);  
    52.                       
    53.                     try {  
    54.                         Thread.sleep(1000);  
    55.                     } catch (InterruptedException e) {  
    56.                         e.printStackTrace();  
    57.                     }  
    58.                       
    59.                     initCounter++;  
    60.                 }  
    61.                   
    62.                 return initCounter;  
    63.             }  
    64.               
    65.             @Override   
    66.             protected void onProgressUpdate(Integer... values) {  
    67.                 super.onProgressUpdate(values);  
    68.                   
    69.                 int counter = values[0];  
    70.                   
    71.                 Intent intent = new Intent(BROADCAST_COUNTER_ACTION);  
    72.                 intent.putExtra(COUNTER_VALUE, counter);  
    73.                   
    74.                 sendBroadcast(intent);  
    75.             }  
    76.               
    77.             @Override  
    78.             protected void onPostExecute(Integer val) {  
    79.                 int counter = val;  
    80.                   
    81.                 Intent intent = new Intent(BROADCAST_COUNTER_ACTION);  
    82.                 intent.putExtra(COUNTER_VALUE, counter);  
    83.                   
    84.                 sendBroadcast(intent);  
    85.             }  
    86.           
    87.                 };  
    88.               
    89.                 task.execute(0);      
    90.         }  
    91.   
    92.     public void stopCounter() {  
    93.         stop = true;  
    94.     }  
    95. }  

            这个计数器服务实现了ICounterService接口。当这个服务被binderService函数启动时，系统会调用它的onBind函数，这个函数返回一个Binder对象给系统。上面我们说到，当MainActivity调用bindService函数来启动计数器服务器时，系统会调用MainActivity的ServiceConnection实例serviceConnection的onServiceConnected函数通知MainActivity，这个服务已经连接上了，并且会通过这个函数传进来一个Binder远程对象，这个Binder远程对象就是来源于这里的onBind的返回值了。

            函数onBind返回的Binder对象是一个自定义的CounterBinder实例，它实现了一个getService成员函数。当系统通知MainActivity，计数器服务已经启动起来并且连接成功后，并且将这个Binder对象传给MainActivity时，MainActivity就会把这个Binder对象强制转换为CounterBinder实例，然后调用它的getService函数获得服务接口。这样，MainActivity就通过这个Binder对象和CounterService关联起来了。

            当MainActivity调用计数器服务接口的startCounter函数时，计数器服务并不是直接进入计数状态，而是通过使用异步任务（AsyncTask）在后台线程中进行计数。这里为什么要使用异步任务来在后台线程中进行计数呢？前面我们说过，这个计数过程是一个耗时的计算型逻辑，不能把它放在界面线程中进行，因为这里的CounterService启动时，并没有在新的进程中启动，它与MainActivity一样，运行在应用程序的界面线程中，因此，这里需要使用异步任务在在后台线程中进行计数。

            异步任务AsyncTask的具体用法可以参考官方文档http://developer.android.com/reference/android/os/AsyncTask.html。它的大概用法是，当我们调用异步任务实例的execute（task.execute）方法时，当前调用线程就返回了，系统启动一个后台线程来执行这个异步任务实例的doInBackground函数，这个函数就是我们用来执行耗时计算的地方了，它会进入到一个循环中，每隔1秒钟就把计数器加1，然后进入休眠（Thread.sleep），醒过来，再重新这个计算过程。在计算的过程中，可以通过调用publishProgress函数来通知调用者当前计算的进度，好让调用者来更新界面，调用publishProgress函数的效果最终就是直入到这个异步任务实例的onProgressUpdate函数中，这里就可以把这个进度值以广播的形式（sendBroadcast）发送出去了，这里的进度值就定义为当前计数服务的计数值。

            当MainActivity调用计数器服务接口的stopCounter函数时，会告诉函数doInBackground停止执行计数（stop = true），于是，函数doInBackground就退出计数循环，然后将最终计数结果返回了，返回的结果最后进入到onPostExecute函数中，这个函数同样通过广播的形式（sendBroadcast）把这个计数结果广播出去。

            计算器服务就介绍到这里了，下面我们看看应用程序的配置文件AndroidManifest.xml：

     

    [html] view plaincopy
     
    1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>  
    2. <manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"  
    3.       package="shy.luo.broadcast"  
    4.       android:versionCode="1"  
    5.       android:versionName="1.0">  
    6.     <application android:icon="@drawable/icon" android:label="@string/app_name">  
    7.         <activity android:name=".MainActivity"  
    8.                   android:label="@string/app_name">  
    9.             <intent-filter>  
    10.                 <action android:name="android.intent.action.MAIN" />  
    11.                 <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />  
    12.             </intent-filter>  
    13.         </activity>  
    14.     <service android:name=".CounterService"  
    15.          android:enabled="true">  
    16.     </service>  
    17.     </application>  
    18. </manifest>   

            这个配置文件很简单，只是告诉系统，它有一个Activity和一个Service。

            再来看MainActivity的界面文件，它定义在res/layout/main.xml文件中：

     

    [html] view plaincopy
     
    1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>  
    2. <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"  
    3.     android:orientation="vertical"  
    4.     android:layout_width="fill_parent"  
    5.     android:layout_height="fill_parent"   
    6.     android:gravity="center">  
    7.     <LinearLayout  
    8.         android:layout_width="fill_parent"  
    9.         android:layout_height="wrap_content"  
    10.         android:layout_marginBottom="10px"  
    11.         android:orientation="horizontal"   
    12.         android:gravity="center">  
    13.         <TextView    
    14.         android:layout_width="wrap_content"   
    15.             android:layout_height="wrap_content"   
    16.             android:layout_marginRight="4px"  
    17.             android:gravity="center"  
    18.             android:text="@string/counter">  
    19.         </TextView>  
    20.         <TextView    
    21.             android:id="@+id/textview_counter"  
    22.         android:layout_width="wrap_content"   
    23.             android:layout_height="wrap_content"   
    24.             android:gravity="center"  
    25.             android:text="0">  
    26.         </TextView>  
    27.     </LinearLayout>  
    28.     <LinearLayout  
    29.         android:layout_width="fill_parent"  
    30.         android:layout_height="wrap_content"  
    31.         android:orientation="horizontal"   
    32.         android:gravity="center">  
    33.         <Button   
    34.             android:id="@+id/button_start"  
    35.             android:layout_width="wrap_content"  
    36.             android:layout_height="wrap_content"  
    37.             android:gravity="center"  
    38.             android:text="@string/start">  
    39.         </Button>  
    40.         <Button   
    41.             android:id="@+id/button_stop"  
    42.             android:layout_width="wrap_content"  
    43.             android:layout_height="wrap_content"  
    44.             android:gravity="center"  
    45.             android:text="@string/stop" >  
    46.         </Button>  
    47.      </LinearLayout>    
    48. </LinearLayout>  

            这个界面配置文件也很简单，等一下我们在模拟器把这个应用程序启动起来后，就可以看到它的截图了。

            应用程序用到的字符串资源文件位于res/values/strings.xml文件中：

    [html] view plaincopy
     
    1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>  
    2. <resources>  
    3.     <string name="app_name">Broadcast</string>  
    4.     <string name="counter">Counter: </string>  
    5.     <string name="start">Start Counter</string>  
    6.     <string name="stop">Stop Counter</string>  
    7. </resources>  

             最后，我们还要在工程目录下放置一个编译脚本文件Android.mk：

     

    [html] view plaincopy
     
    1. LOCAL_PATH:= $(call my-dir)        
    2. include $(CLEAR_VARS)        
    3.         
    4. LOCAL_MODULE_TAGS := optional        
    5.         
    6. LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-java-files)        
    7.         
    8. LOCAL_PACKAGE_NAME := Broadcast        
    9.         
    10. include $(BUILD_PACKAGE)    

              接下来就要编译了。有关如何单独编译Android源代码工程的模块，以及如何打包system.img，请参考如何单独编译Android源代码中的模块一文。
              执行以下命令进行编译和打包：

    [html] view plaincopy
     
    1. USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ mmm packages/experimental/Broadcast          
    2. USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ make snod     

             这样，打包好的Android系统镜像文件system.img就包含我们前面创建的Broadcast应用程序了。
             再接下来，就是运行模拟器来运行我们的例子了。关于如何在Android源代码工程中运行模拟器，请参考在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码一文。
             执行以下命令启动模拟器：

    [html] view plaincopy
     
    1. USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ emulator  

            模拟器启动起，就可以App Launcher中找到Broadcast应用程序图标，接着把它启动起来，然后点击界面上的Start Counter按钮，就可以把计数器服务启动起来了，计数器服务又通过广播把计数值反馈给MainActivity，于是，我们就会在MainActivity界面看到计数器的值不断地增加了：

            这样，使用广播的例子就介绍完了。回顾一下，使用广播的两个步骤：

            1. 广播的接收者需要通过调用registerReceiver函数告诉系统，它对什么样的广播有兴趣，即指定IntentFilter，并且向系统注册广播接收器，即指定BroadcastReceiver：

     

    [java] view plaincopy
     
    1. IntentFilter counterActionFilter = new IntentFilter(CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION);  
    2. registerReceiver(counterActionReceiver, counterActionFilter);  

            这里，指定感兴趣的广播就是CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION了，而指定的广播接收器就是counterActonReceiver，它是一个BroadcastReceiver类型的实例。

            2. 广播的发送者通过调用sendBroadcast函数来发送一个指定的广播，并且可以指定广播的相关参数：

     

    [java] view plaincopy
     
    1. Intent intent = new Intent(BROADCAST_COUNTER_ACTION);  
    2. intent.putExtra(COUNTER_VALUE, counter);  
    3. sendBroadcast(intent)  

            这里，指定的广播为CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION，并且附带的带参数当前的计数器值counter。调用了sendBroadcast函数之后，所有注册了CounterService.BROADCAST_COUNTER_ACTION广播的接收者便可以收到这个广播了。

            在第1步中，广播的接收者把广播接收器注册到ActivityManagerService中；在第2步中，广播的发送者同样是把广播发送到ActivityManagerService中，由ActivityManagerService去查找注册了这个广播的接收者，然后把广播分发给它们。

            在第2步的分发的过程，其实就是把这个广播转换成一个消息，然后放入到接收器所在的线程消息队列中去，最后就可以在消息循环中调用接收器的onReceive函数了。这里有一个要非常注意的地方是，由于ActivityManagerService把这个广播放进接收器所在的线程消息队列后，就返回了，它不关心这个消息什么时候会被处理，因此，对广播的处理是异步的，即调用sendBroadcast时，这个函数不会等待这个广播被处理完后才返回。

            下面，我们以一个序列图来总结一下，广播的注册和发送的过程：

            虚线上面Step 1到Step 4步是注册广播接收器的过程，其中Step 2通过LoadedApk.getReceiverDispatcher在LoadedApk内部创建了一个IIntentReceiver接口，并且传递给ActivityManagerService；虚线下面的Step 5到Step 11是发送广播的过程，在Step 8中，ActivityManagerService利用上面得到的IIntentReceiver远程接口，调用LoadedApk.performReceiver接口，LoadedApk.performReceiver接口通过ActivityThread.H接口的post函数将这个广播消息放入到ActivityThread的消息队列中去，最后这个消息在LoadedApk的Args.run函数中处理，LoadedApk.Args.run函数接着调用MainActivity.BroadcastReceiver的onReceive函数来最终处理这个广播。

            文章开始的时候，我们提到，举这个例子的最终目的，是为了进一步学习Android系统的广播机制，因此，在接下来的两篇文章中，我们将详细描述上述注册广播接收器和发送广播的过程：

            1. Android应用程序注册广播接收器（registerReceiver）的过程分析；

            2. Android应用程序发送广播（sendBroadcast）的过程分析。

            相信学习完这两篇文章后，能够加深对Android系统广播机制的了解，敬请关注。

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