Android系统中的广播（Broadcast）机制简要介绍和学习计划

         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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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。