IPC Kit基礎入門：理解HarmonyOS的程序間通訊架構

SameX發表於2024-11-01
架構

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）的技術細節，基於實際開發實踐進行總結。主要作為技術分享與交流載體，難免錯漏，歡迎各位同仁提出寶貴意見和問題，以便共同進步。本文為原創內容，任何形式的轉載必須註明出處及原作者。

在HarmonyOS應用開發中，程序間通訊（IPC）是構建複雜應用架構的關鍵要素。IPC Kit為開發者提供了強大的程序間通訊能力，使不同程序之間能夠高效協作，實現豐富多樣的功能。

程序間通訊的基本概念

IPC和RPC的定義與區別

IPC（Inter - Process Communication），即裝置內的程序間通訊。它主要用於同一裝置上不同程序之間的資料互動與方法呼叫。比如說，一個應用中的多個服務程序可能需要相互協作，此時IPC就發揮了重要作用。IPC使用Binder驅動來實現程序間的通訊，就像是在同一個工廠（裝置）內不同車間（程序）之間建立了高效的物流通道（Binder驅動），方便它們傳遞資訊和協作生產。

RPC（Remote Procedure Call），也就是裝置間的程序間通訊。當涉及到跨裝置的功能協同，比如多裝置聯動場景下，RPC就派上用場了。它允許一個裝置上的程序呼叫另一個裝置上程序的方法，彷彿是不同工廠（裝置）之間可以遠端請求協作生產一樣。RPC依賴軟匯流排驅動來達成跨裝置的通訊。

為什麼需要IPC和RPC

每個程序在作業系統中都有獨立的資源和記憶體空間，這就好比每個家庭都有自己的獨立空間和財產，不能隨意被他人訪問。如果沒有IPC和RPC，程序之間就無法進行有效的資訊共享和協作，應用的功能將會受到極大限制。例如，一個音樂播放應用，播放服務程序需要與使用者介面程序通訊，以更新播放狀態、顯示歌詞等，這就需要IPC來實現。而在智慧家居場景中，手機控制智慧音響播放音樂，就需要RPC來實現跨裝置的通訊。

IPC Kit的核心架構與工作原理

Client - Server模型的使用場景與系統能力（System Ability）註冊

IPC Kit通常採用Client - Server模型進行程序間通訊。在這個模型中，有明確的角色劃分。

Server端，也就是服務提供方，就像一個餐廳的廚房，負責提供各種美食（服務）。在IPC Kit中，Server端需要先將自己的服務註冊到系統能力管理者（System Ability Manager，縮寫SAMgr）中，這就好比餐廳把自己的選單（服務能力）註冊到一個美食平臺（SAMgr）上，讓顧客（Client端）能夠知道它能提供哪些美食（服務）。

Client端，即請求服務的一方，類似於顧客。當Client端需要使用Server端的服務時，必須先從SAMgr中獲取該Server端的代理Proxy物件，然後透過這個代理物件與Server端進行通訊。這就如同顧客在美食平臺上找到餐廳的選單（Proxy），然後根據選單點菜（發起請求），廚房（Server）根據訂單準備食物（處理請求），最後透過服務員（驅動）將食物送到顧客桌上（返回處理結果）。

使用Binder和軟匯流排（Soft Bus）驅動的不同通訊機制

在IPC通訊中，當使用Binder驅動時，它在裝置內部建立了一條高效的通訊鏈路。Binder驅動就像是一條內部專用高速公路，程序之間的資料可以快速、穩定地傳輸。例如，在一個大型企業內部（裝置），不同部門（程序）之間透過內部高速網路（Binder驅動）進行頻繁的資料交換，確保業務的高效運轉。

而RPC通訊依賴軟匯流排驅動，軟匯流排驅動則像是連線不同城市（裝置）之間的交通網路。它使得不同裝置上的程序能夠跨越裝置邊界進行通訊。例如，在一個跨城市的連鎖企業中，不同城市的分店（裝置）之間可以透過公共交通網路（軟匯流排驅動）進行資訊共享和業務協同，比如總部（一個裝置上的程序）可以遠端控制分店（另一個裝置上的程序）的促銷活動（呼叫方法）。

IPC Kit的應用場景

IPC的後臺服務呼叫

在HarmonyOS應用中，IPC的典型應用場景之一是後臺服務呼叫。比如，一個下載應用，它的後臺下載服務程序負責下載檔案，而使用者介面程序需要獲取下載進度、暫停或繼續下載等操作。透過IPC機制，使用者介面程序可以與後臺下載服務程序進行通訊，實現這些功能。這就好比你在手機上下載一部電影，下載介面（使用者介面程序）可以實時顯示下載進度（從後臺服務程序獲取資訊），你還可以暫停或繼續下載（向後臺服務程序傳送請求）。

RPC的多端協同應用

RPC在多端協同場景中發揮著重要作用。以智慧家居為例，你的手機（一個裝置）可以透過RPC呼叫智慧音響（另一個裝置）的播放音樂方法，實現遠端控制音樂播放。或者在分散式辦公場景中，你可以從電腦（一個裝置）上遠端訪問公司伺服器（另一個裝置）上的檔案資源，進行編輯和儲存，這都是RPC實現跨裝置程序間通訊的實際應用。

示例程式碼與圖示

以下是一個簡單的系統能力註冊示例程式碼：

// 假設這是一個自定義的服務類，繼承自某個系統服務基類
public class MyService extends SystemAbility {
    private static final int MY_SERVICE_ID = 12345;

    public MyService() {
        super(MY_SERVICE_ID);
    }

    @Override
    public void onStart() {
        // 在這裡進行服務的初始化工作
        super.onStart();
    }

    @Override
    public void onStop() {
        // 在這裡進行服務的停止清理工作
        super.onStop();
    }

    // 定義服務提供的方法
    public void doSomething() {
        // 具體的服務邏輯
    }
}

// 在應用啟動時註冊服務
public class MyApplication extends Application {
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        MyService myService = new MyService();
        try {
            // 向系統能力管理者註冊服務
            SystemAbilityManager.addSystemAbility(myService);
        } catch (SystemAbilityManager.SystemAbilityError error) {
            // 處理註冊失敗的情況
            error.printStackTrace();
        }
    }
}

下面是Client - Server架構圖的簡單示意（此處為文字描述，實際可以繪製專業的架構圖）：

元件 描述
Client端 向Server端發起請求的程序，透過獲取Server端的代理Proxy物件來呼叫Server端的方法。
Proxy 位於Client端程序，它具有和Server端相同的介面定義，負責將Client端的請求轉發給Server端，並將Server端的返回結果傳遞給Client端。
Server端 提供服務的程序，包含具體的業務邏輯實現。
Stub 位於Server端程序，它接收Proxy轉發的請求，呼叫Server端的實際業務方法，並將結果返回給Proxy。
System Ability Manager (SAMgr) 負責管理系統能力（服務），為Client端提供獲取Server端代理物件的介面，同時協調服務的註冊、查詢和啟動等操作。
Binder驅動（IPC）或軟匯流排驅動（RPC） 負責在程序之間傳遞資料和訊息，實現程序間的通訊。

透過以上對IPC Kit的介紹，希望大家能夠更好地理解HarmonyOS中的程序間通訊機制，從而在應用開發中更加靈活地運用IPC和RPC，構建出功能強大、高效協作的應用程式。下次我們將深入探討IPC Kit的開發實踐，包括如何編寫高效的IPC通訊程式碼等內容，敬請期待！哈哈，今天的講解就到這裡啦，希望沒有把大家繞暈，如果有什麼問題，隨時來找我這個“技術老司機”哦！

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