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春風十里不如你、與IPC的邂逅

阿新 • • 發佈：2019-01-28

今天要梳理的知識是Android中的IPC機制，由於這一點難度太高又相對重要，所以筆者也是主要參考了一些書才完成了這篇文章。

  • IPC是Inter-Process Communication的縮寫，含義是程序間通訊或者是程序間通訊，是指兩個程序之間進行資料交換的過程。

先說一下程序與執行緒的定義吧
程序（Process）是計算機中的程式關於某資料集合上的一次執行活動，是系統進行資源分配和排程的基本單位，是作業系統結構的基礎。執行緒，有時被稱為輕量級程序(Lightweight Process，LWP），是程式執行流的最小單元。
所以多程序有什麼意義呢？

好處：

  • 分擔主程序的記憶體壓力。
    當應用越做越大，記憶體越來越多，將一些獨立的元件放到不同的程序，它就不佔用主程序的記憶體空間了。當然還有其他好處，有心人會發現
  • 使應用常駐後臺，防止主程序被殺守護程序，守護程序和主程序之間相互監視，有一方被殺就重新啟動它。
    Android後臺程序裡有很多應用是多個程序的，因為它們要常駐後臺，特別是即時通訊或者社交應用，不過現在多程序已經被用爛了。
    典型用法是在啟動一個不可見的輕量級私有程序，在後臺收發訊息，或者做一些耗時的事情，或者開機啟動這個程序，然後做監聽等。

壞處：

  • 消耗使用者的電量。
  • 多佔用了系統的空間，若所有應用都這樣佔用，系統記憶體很容易佔滿而導致卡頓。
  • 應用程式架構會變得複雜，因為要處理多程序之間的通訊。這裡又是另外一個問題了。

其它缺陷：

  • Application的多次重建。
  • 靜態成員和單例模式的完全失效。
  • 執行緒同步機制失效。
  • SharedPreference可靠性下降。

既然它有很多缺點，所以我們就放棄吧

（怎麼可能？你在逗我？當然要學習啊！）

下面通過一些小程式碼來看一下吧
在Android中使用多程序只有一種方法：
就是給四大元件（Activity、Service、Receiver、ContentProvider）在AndroidManifest中指定android:process屬性。

<activity  
    android:name=".MainActivity"  
    android:configChanges
 
="orientation|screenSize"  
    android:label="@string/app_name"  
    android:launchMode="standard" >  
    <intent-filter>  
        <action android:name="android.intent.action.MAIN" />  
    </intent-filter>  
</activity>  
<activity  
    android:name=".SecondActivity"  
    android:configChanges="screenLayout"  
    android:label="@string/app_name"  
    android:process=":remote" />  
<activity  
    android:name=".ThirdActivity"  
    android:configChanges="screenLayout"  
    android:label="@string/app_name"  
    android:process="com.ryg.chapter_2.remote" />

上面的程式碼中，
（1）MainActivity沒有指定process屬性，所以它執行在預設的程序中，預設程序的程序名是包名。
（2）SecondActivity會執行在一個單獨的程序中，程序名為“com.ryg.chapter_2:remote”，其中com.ryg.chapter_2是包名。在程式中的冒號“：”的含義是指要在當前的程序名前面附加上當前的包名，是一種簡寫的方法。而且以“：”開頭的程序屬於當前應用的私有程序，其他應用的元件不可以和它跑在同一個程序中。
（3）ThirdActivity會執行在另一個單獨的程序中，程序名為“com.ryg.chapter_2.remote”。這是一種完整的命名方式。屬於全域性程序，其他應用通過ShareUID方式可以和它跑在同一個程序中。
程序也建立好了，下面就是通訊的內容了
在Android中最有特色的程序間通訊方式就是Binder了，通過Binder可以輕鬆地實現程序間通訊。
當我們需要通過Intent和Binder傳輸資料時就需要使用Parcelable或者Serializeble。Serializable和Parcelable介面可以完成物件的序列化過程。還有時候我們需要把物件持久化到儲存 裝置上或者通過網路傳輸給其他客戶端，這個時候也需要Serializable來完成物件的持久化。
http://blog.csdn.net/callmesp/article/details/54632139 在我的這篇部落格裡面有使用過Serializable，我們就不再講解了。我們就說一下Parcelable吧。

  • Parcelable也是一個介面，只要實現這個介面，一個類的物件就可以實現序列化並可以通過Intent和Binder傳遞。

看一個小demo

public class User implements Parcelable {  

    public int userId;  
    public String userName;  
    public boolean isMale;  

    public Book book;  

    public User(int userId, String userName, boolean isMale) {  
        this.userId = userId;  
        this.userName = userName;  
        this.isMale = isMale;  
    }  

    /* 
     * 內容描述功能幾乎都是直接返回0的。 
     * */  
    public int describeContents() {  
        return 0;  
    }  

    /* 
     * 序列化由writeToParcel方法來完成，最終是通過Parcel中一系列write方法來完成的。 
     * 其中flags標識有兩種值：0和1（PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE）。 
     * 為1時標識當前物件需要作為返回值返回，不能立即釋放資源， 
     * 幾乎所有情況都為0。 
     * */  
    public void writeToParcel(Parcel out, int flags) {  
        out.writeInt(userId);  
        out.writeString(userName);  
        out.writeInt(isMale? 1:0);  
        out.writeParcelable(book, 0);  
    }  

    /* 
     * 反序列化功能是由CREATOR來完成，其內部標明瞭如何建立序列化物件和陣列， 
     * 並通過Parcel的一些了read方法來完成反序列化過程。 
     * */  
    public static final Parcelable.Creator<User> CREATOR = new Parcelable.Creator<User>() {  
        // 從序列化後的物件中建立原始物件。  
        public User createFromParcel(Parcel in) {  
            return new User(in);  
        }  

        // 建立指定長度的原始物件陣列  
        public User[] newArray(int size) {  
            return new User[size];  
        }  
    };  

    /* 
     * Parcel內部包裝了可序列化的資料，可以在Binder中自由傳輸。 
     * 從序列化後的物件中建立原始物件。 
     * */  
    private User(Parcel in) {  
        userId = in.readInt();  
        userName = in.readString();  
        isMale = in.readInt() == 1;  
        /* 
         * 由於book是另一個可序列化物件，所以它的反序列化過程需要傳遞當前執行緒的上下文類載入器， 
         * 否則會報無法找到類的錯誤。 
         * */  
        book = in.readParcelable(Thread.currentThread().getContextClassLoader());  
    }  
}

既然Parcelable和Serializable都能實現系列化並且都可用於Intent間的資料傳遞，該如何選取呢？

  • Serializable用起來簡單，但開銷很大，序列化和反序列化過程都需要大量的I/O操作。
  • Parcelable是Android中的序列化方式，更適合在Android平臺上使用，用起來比較麻煩，效率很高，首選。主要用在記憶體序列化上。

接下來就到了我們的重頭戲Binder：

  • Binder實現了IBinder介面

  • 從IPC角度來說，Binder是Android中的一種跨程序通訊方式。Binder還可以理解為一種虛擬的物理裝置，它的裝置驅動是/dev/binder，這種通訊方式在Linux中沒有。

  • 從Android
    Framework角度來說，Binder是ServiceManager連線各種Manager（ActivityManager、WindowManager，等等）和相應ManagerService的橋樑。

  • 從Android應用層來說，Binder是客戶端和服務端進行通訊的媒介，當bindService的時候，服務端會返回一個包含了服務端業務呼叫的Binder物件，通過這個物件，客戶端就可以獲取服務端提供的服務或者資料，這裡的服務包括普通服務和基於AIDL的服務。

  • AIDL即Android interface definition Language，即Android介面定義語言。
    在分析Binder的工作原理之前，我們先補充一下Android設計模式之Proxy模式

Proxy代理模式簡介

  • 代理模式是物件的結構模式。代理模式給某一個物件提供一個代理物件，並由代理物件控制對原物件的引用。
  • 模式的使用場景：就是一個人或者機構代表另一個人或者機構採取行動。在一些情況下，一個客戶不想或者不能夠直接引用一個物件，而代理物件可以在客戶端和目標物件之間起到中介的作用。

  • 抽象物件角色AbstarctObject：聲明瞭目標物件和代理物件的共同介面，這樣一來在任何可以使用目標物件的地方都可以使用代理物件。

    目標物件角色RealObject：定義了代理物件所代表的目標物件。

    代理物件角色ProxyObject：代理物件內部含有目標物件的引用，從而可以在任何時候操作目標物件；代理物件提供一個與目標物件相同的介面，以便可以在任何時候替代目標物件。代理物件通常在客戶端呼叫傳遞給目標物件之前或之後，執行某個操作，而不是單純地將呼叫傳遞給目標物件。
    Proxy代理模式的簡單實現
    抽象物件角色：

public abstract class AbstractObject {  
    //操作  
    public abstract void operation();  
}

目標物件角色：

public class RealObject extends AbstractObject {  
    @Override  
    public void operation() {  
        //一些操作  
        System.out.println("一些操作");  
    }  
}

代理物件角色：

public class ProxyObject extends AbstractObject{  
    RealObject realObject = new RealObject();//目標物件角色  
    @Override  
    public void operation() {  
        //呼叫目標物件之前可以做相關操作  
        System.out.println("before");          
        realObject.operation();        //目標物件角色的操作函式  
        //呼叫目標物件之後可以做相關操作  
        System.out.println("after");  
    }  
}

客戶端：

public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        AbstractObject obj = new ProxyObject();  
        obj.operation();  
    }  
}

我們通過一個案例來分析Binder工作原理

我們需要新建一個AIDL示例，SDK會自動為我們生產AIDL所對應的Binder類。
（1）Book.java：這裡面沒有什麼特殊之處，為了實現Parcelable，添加了幾個方法，上面在Parcelable部分已經介紹過了。

package com.ryg.chapter_2.aidl;  


import android.os.Parcel;  
import android.os.Parcelable;  


/* 
 * （1）它是一個表示圖示資訊的類， 
 * 它實現了Parcelable介面，因為實現了Parcelable介面便可以進行序列化 
 * （2）Book.aidl是Book類在ADIL中的宣告。 
 * （3）IBookManager.aidl是我們定義的一個介面，裡面有兩個方法：getBookList和addBook， 
 * 其中getBookList用於從遠端服務端獲取圖書列表，而addBook用於往圖書列表中新增一本書， 
 * 當然這兩個方法主要是示例用，不一定要有實際意義。 
 * （4）儘管Book類和IBookManager位於相同的包中，但是在IBookManager中仍然要匯入Book類， 
 * 這就是AIDL的特殊之處。 
 * */  
public class Book implements Parcelable {      
    public int bookId;  
    public String bookName;      

    /* 
     * 普通建構函式： 
     * */  
    public Book() {      
    }       
    /* 
     * 普通建構函式： 
     * */  
    public Book(int bookId, String bookName) {  
        this.bookId = bookId;  
        this.bookName = bookName;  
    }  

    public int describeContents() {  
        return 0;  
    }  


    /* 
     * 序列化： 
     * */  
    public void writeToParcel(Parcel out, int flags) {  
        out.writeInt(bookId);  
        out.writeString(bookName);  
    }      

    /* 
     * 反序列化， 
     * 這個creator就是通過一個Parcle來建立一個book物件或者陣列。 
     * */  
    public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>() {  
        public Book createFromParcel(Parcel in) {  
            return new Book(in);  
        }          
        public Book[] newArray(int size) {  
            return new Book[size];  
        }  
    };      

    /* 
     * 用於反序列化的建構函式： 
     * */  
    private Book(Parcel in) {  
        bookId = in.readInt();  
        bookName = in.readString();  
    }  
    @Override  
    public String toString() {  
        return String.format("[bookId:%s, bookName:%s]", bookId, bookName);  
    }  
}

（2）Book.aidl：它是Book在AIDL中的宣告。

package com.ryg.chapter_2.aidl;  

parcelable Book;

（3）IBookManager.aidl：雖然Book類已經和IBookManager位於相同的包中，但是這裡依然需要匯入Book類。這是AIDL的特殊之處。
它是一個介面，裡面有四個方法。

package com.ryg.chapter_2.aidl;  

import com.ryg.chapter_2.aidl.Book;  
import com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener;  

interface IBookManager {  
     List<Book> getBookList();  
     void addBook(in Book book);  
     void registerListener(IOnNewBookArrivedListener listener);  
     void unregisterListener(IOnNewBookArrivedListener listener);  
}

（4）下面我們要看一下系統為IBookManager.aidl生產的Binder類，在gen目錄下有一個IBookManager.java的類，這就是我們要找的類。

/* 
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY. 
 */  
package com.ryg.chapter_2.aidl;  
/* 
 * IBookManager它繼承了IInterface這個介面，同時它自己也還是個介面， 
 * 所有可以在Binder中傳輸的介面都要繼承IInterface介面。 
 * 首先，它聲明瞭兩個方法getBookList和addBook，顯然這就是我們在IBookManager.aidl中所宣告的方法， 
 * 同時它還聲明瞭兩個整型的id分別用於標識這兩個方法。 
 * 接著，它聲明瞭一個內部類Stub，這個Stub就是一個Binder類， 
 * 當客戶端和服務端都位於同一個程序時，方法呼叫不會走跨程序的transact過程， 
 * 而當兩者位於不同程序時，方法呼叫需要走transact過程， 
 * 這個邏輯由Stub的內部代理類Proxy來完成。 
 * */  
public interface IBookManager extends android.os.IInterface  
{  
 /** Local-side IPC implementation stub class. */  
 /* 
  * 首先這個Stub，它是一個內部類，它繼承了Binder，所以它是一個Binder， 
  * 同時Stub還實現了IBookManager中的方法。 
  * */  
 public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager  
 {  
  /* 
   * Binder的唯一識別符號。 
   * */  
  private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager";  

  /** Construct the stub at attach it to the interface. */  
  public Stub()  
  {  
   this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);  
  }  

  /** 
   * Cast an IBinder object into an com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager interface, 
   * generating a proxy if needed. 
   */  
  /* 
   * 用於將服務端的Binder物件轉換成客戶端所需的AIDL介面型別的物件， 
   * 這種轉換過程是區分程序的， 
   * 如果客戶端和服務端位於同一程序，那麼此方法返回的就是服務端的Stub物件本身， 
   * 否則返回的是系統封裝後的Stub.proxy代理物件。 
   * */  
  public static com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj)  
  {  
   if ((obj==null)) {  
    return null;  
   }  
   android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);  
   // 同一程序  
   if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager))) {  
    return ((com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager)iin);  
   }  
   // 不同程序  
   return new com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj);  
  }  

  /* 
   * 此方法用於返回當前Binder物件，也就是內部類Stub。 
   * */  
  @Override public android.os.IBinder asBinder()  
  {  
   return this;  
  }  

  /* 
   * 這個方法執行在服務端中的Binder執行緒池中， 
   * 當客戶端發起跨程序請求時，遠端請求會通過系統底層封裝後交由此方法來處理。 
   * 服務端通過code可以確定客戶端所請求的目標方法是什麼， 
   * 接著從data中取出目標方法所需的引數， 
   * 然後執行目標方法。 
   * 當目標方法執行完畢後，就向reply中寫入返回值。 
   * 如果此方法返回false，那麼客戶端的請求會失敗，因此我們可以利用這個特性來做許可權驗證。 
   * */  
  @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException  
  {  
   switch (code)  
   {  
    case INTERFACE_TRANSACTION:  
    {  
     reply.writeString(DESCRIPTOR);  
     return true;  
    }  
    case TRANSACTION_getBookList:  
    {  
     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
     /* 
      * 這句才是呼叫了真正的執行過程呢 
      * */  
     java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> _result = this.getBookList();  
     reply.writeNoException();  
     reply.writeTypedList(_result);  
     return true;  
    }  
    case TRANSACTION_addBook:  
    {  
     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
     com.ryg.chapter_2.aidl.Book _arg0;  
     if ((0!=data.readInt())) {  
      _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);  
     }  
     else {  
      _arg0 = null;  
     }  
     /* 
      * 這句才是呼叫了真正的執行過程呢 
      * */  
     this.addBook(_arg0);  
     reply.writeNoException();  
     return true;  
    }  
    case TRANSACTION_registerListener:  
    {  
     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
     com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener _arg0;  
     _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener.Stub.asInterface(data.readStrongBinder());  
     this.registerListener(_arg0);  
     reply.writeNoException();  
     return true;  
    }  
    case TRANSACTION_unregisterListener:  
    {  
     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
     com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener _arg0;  
     _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener.Stub.asInterface(data.readStrongBinder());  
     this.unregisterListener(_arg0);  
     reply.writeNoException();  
     return true;  
    }  
   }  
   return super.onTransact(code, data, reply, flags);  
  }  

  /* 
   * 代理類Proxy。 
   * */  
  private static class Proxy implements com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager  
  {  
   /* 
    * 這個mRemote代表的就是目標物件角色， 
    * */  
   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;  
   }  

   /* 
    * 這個方法執行在客戶端， 
    * 因為當客戶端和服務端不在同一程序時，服務端返回代理類Proxy，所以客戶端會通過Proxy呼叫到代理類的getBookList方法， 
    * 當客戶端遠端呼叫此方法時，它的內部實現是這樣的： 
    * 首先建立該方法所需要的輸入型Parcel物件_data、輸出型Parcel物件_reply和返回值物件List， 
    * 然後把該方法的引數資訊寫入_data中， 
    * 接著呼叫transact方法來發起RPC（遠端過程呼叫）請求，同時當前執行緒掛起， 
    * 然後服務端的onTransact方法會被呼叫，直到RPC過程返回後，當前執行緒繼續執行， 
    * 並從_reply中取出RPC過程的返回結果。 
    * 最後返回_reply中的資料。 
    * */  
   @Override public java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException  
   {  
    android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();  
    android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();  
    java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> _result;  
    try {  
    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  
    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);  
    _reply.readException();  
    _result = _reply.createTypedArrayList(com.ryg.chapter_2.aidl.Book.CREATOR);  
    }  
    finally {  
    _reply.recycle();  
    _data.recycle();  
    }  
    return _result;  
   }  

   @Override public void addBook(com.ryg.chapter_2.aidl.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);  
     }  
     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);  
     _reply.readException();  
    }  
    finally {  
     _reply.recycle();  
     _data.recycle();  
    }  
   }  

   @Override public void registerListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException  
   {  
    android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();  
    android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();  
    try {  
     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  
     _data.writeStrongBinder((((listener!=null))?(listener.asBinder()):(null)));  
     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_registerListener, _data, _reply, 0);  
     _reply.readException();  
    }  
    finally {  
     _reply.recycle();  
     _data.recycle();  
    }  
   }  

   @Override public void unregisterListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException  
   {  
    android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();  
    android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();  
    try {  
     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  
     _data.writeStrongBinder((((listener!=null))?(listener.asBinder()):(null)));  
     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_unregisterListener, _data, _reply, 0);  
     _reply.readException();  
    }  
    finally {  
     _reply.recycle();  
     _data.recycle();  
    }  
   }  
  }  

  /* 
   * 用於標識方法的整型id。 
   * 它們用於在transact過程總客戶端所請求的到底是哪個方法。 
   * */  
  static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);  
  static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);  
  static final int TRANSACTION_registerListener = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 2);  
  static final int TRANSACTION_unregisterListener = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 3);  

 }  

 /* 
  * 聲明瞭在IBookManager.aidl中所宣告的方法。 
  * 這裡才是真正的方法宣告。具體實現我們仍然沒有看到呢。 
  * */  
 public java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;  
 public void addBook(com.ryg.chapter_2.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;  
 public void registerListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException;  
 public void unregisterListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException;  
}

**注意點一：上面的Book類，就是一個可以Parcelable序列化的簡單的Book類，它裡面沒有任何的方法，就是定義了一個簡單的Book類結構。
注意點二：Book.aidl的存在是因為在IBookManager.aidl中出現的物件也必須有aidl宣告。
注意點三：在IBookManager.aidl中，對於自動生成的IBookManager.java檔案，它是伺服器端的程式碼。當客戶端向服務端傳送連線請求時，如果客戶端和服務端在同一程序中，那麼服務端就向客戶端返回Stub這個Binder物件，如果客戶端和服務端在不同程序中，那麼服務端就向客戶端返回內部類Stub的內部代理類Proxy，然後客戶端根據這個Proxy來呼叫Proxy內部的方法，這個Proxy內部含有服務端真正的Binder物件也就是那個內部類Stub，在客戶端呼叫Proxy內部的方法也就會導致呼叫Stub的transact方法，而Stub的transact方法又會回撥它自己的onTransact方法，onTransact方法是在服務端執行的，而transact方法是在客戶端呼叫的，這樣就實現了客戶端呼叫服務端的方法了。當然這所有的傳遞過程也少不了Parcel這個資料包的協助。**

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