ContentProvider 與資料共享機制

intro

在 Android 系統中，應用程式之間通常彼此隔離，預設情況下無法直接存取對方的資料。
但有時候，應用之間需要安全且有規範地共享資料，例如：

• 通訊錄 App 要讓其他 App 查詢聯絡人資料
• 相簿 App 要讓社群 App 取得圖片
• 系統設定 App 要讓第三方修改部分參數

為了解決這個跨應用資料存取的需求，Android 提供了 ContentProvider 機制。

ContentProvider 是 Android 四大元件之一，負責「封裝資料並提供統一介面進行 CRUD 操作（Create、Read、Update、Delete）」。
它讓不同應用之間能透過 URI（Uniform Resource Identifier） 安全地交換資料。

ContentProvider 在 Android 架構中的位置

ContentProvider 位於 Android Framework 的 Application 層與 Binder IPC 橋接層之間，屬於 應用層資料共享框架。

+-----------------------------------------------------+
|                   Application 層                    |
|  (App A)                (App B)                     |
|  ┌─────────────────┐   ┌─────────────────────┐      |
|  |  ContentProvider│   |  ContentResolver    │      |
|  └────────┬────────┘   └────────┬────────────┘      |
|           │                     │                   |
|           ▼                     ▼                   |
|           <------ Binder IPC 通信層 ------>          |
|                     (ActivityManagerService 等)     |
+-----------------------------------------------------+
|                   Native 層 & Kernel                |
+-----------------------------------------------------+

• App A（資料提供者）透過 ContentProvider 對外暴露資料存取介面，
• App B（資料使用者）透過 ContentResolver 以 URI 方式請求資料，
• 中間的 IPC 橋接由 Binder 機制 與 ActivityManagerService 協調完成。

ContentProvider 的主要組成與職責

###URI 與資料定位
ContentProvider 使用 URI 來標識資料來源。
URI 格式如下：
content://<authority>/<path>/<id>
例如：
content://com.android.contacts/contacts/5
代表：

• authority：提供者的名稱（如 com.android.contacts）
• path：資料路徑（如 contacts）
• id：具體的資料項目（如 ID=5）
  每一個 URI 都對應到 ContentProvider 中的特定資料表或資料項。

ContentProvider 的生命週期與啟動流程

(1) 啟動流程概觀

1. App B 透過 ContentResolver 呼叫 query()。
2. 系統檢查目標 URI 所屬的 authority。
3. AMS（ActivityManagerService）確認對應的 ContentProvider 是否已啟動：

• 若尚未啟動，則透過 Zygote fork 啟動 App A（資料提供者）。

4. AMS 通知 App A 的 ActivityThread 建立對應的 ContentProvider 實例。
5. App B 取得該 ContentProvider 的 Binder 代理，完成 IPC 溝通。

App B                         AMS                       App A
 │  query()                    │                         │
 │ ───────────────────────────▶│                         │
 │                             │──檢查Provider是否已啟動──▶
 │                             │                         │──建立Provider實例──▶
 │                             │◀────註冊Provider Binder──│
 │◀────────返回Proxy────────────│                         │
 │──透過Binder呼叫query()──────▶│                         │
 │◀────────回傳Cursor───────────│                         │

CRUD 操作流程

ContentProvider 定義五個核心介面方法：

Ex. 查詢聯絡人

val uri = Uri.parse("content://com.android.contacts/contacts")
val cursor = contentResolver.query(uri, null, null, null, null)

while (cursor?.moveToNext() == true) {
    val name = cursor.getString(cursor.getColumnIndex("display_name"))
    Log.d("Contact", name)
}
cursor?.close()

安全性與權限機制

為了防止惡意 App 存取敏感資料，ContentProvider 提供多層安全防護：

1. 宣告權限
   在 AndroidManifest.xml 中設定：

<provider
    android:name=".ContactsProvider"
    android:authorities="com.example.contacts"
    android:readPermission="com.example.permission.READ_CONTACTS"
    android:writePermission="com.example.permission.WRITE_CONTACTS" />

2. URI 限制

• 僅對特定 URI 路徑授權（可結合 UriPermission）。

3. 臨時權限授與

• 透過 Intent 的 FLAG_GRANT_READ_URI_PERMISSION 允許短期資料分享，例如拍照後傳遞圖片 URI。

4. 跨用戶存取控制（多使用者環境）

• AMS 會驗證呼叫者 UID，確保同一裝置的不同使用者空間隔離。

ContentObserver：資料變化監聽

當資料透過 ContentProvider 更新時，可通知相關 UI 或服務更新畫面。

contentResolver.registerContentObserver(
    Uri.parse("content://com.example.provider/items"),
    true,
    object : ContentObserver(Handler(Looper.getMainLooper())) {
        override fun onChange(selfChange: Boolean) {
            Log.d("Observer", "資料已更新！")
        }
    }
)

當 insert()、update()、或 delete() 被呼叫後，可觸發：
context.contentResolver.notifyChange(uri, null)

與 SQLite 的關係

雖然 ContentProvider 常以 SQLite 資料庫為底層存儲介質，但它並不限定必須使用 SQLite。
底層可對應：

• SQLite 資料庫（最常見）
• File System
• Network API
• SharedPreferences
  透過 ContentProvider，這些資料來源都能以統一的 URI 介面對外提供服務。

實際應用案例

1. 系統內建 Provider

2. 自訂 Provider 範例
   開發者可建立自訂 Provider，例如：

class NoteProvider : ContentProvider() {
    override fun onCreate(): Boolean {
        dbHelper = NotesDbHelper(context)
        return true
    }
    override fun query(...) = db.query("notes", ...)
    override fun insert(...) = db.insert("notes", null, values)
    override fun update(...) = db.update("notes", values, where, args)
    override fun delete(...) = db.delete("notes", where, args)
}

效能與最佳化

• 避免頻繁 Query
  • 使用批次查詢或 Cache。
• 使用 CursorLoader 或 LiveData
  • 搭配 Lifecycle 感知元件。
• URI 精細化設計
  • 將多表資料以 path 區分，減少不必要的 join。
• 僅在必要時暴露 Provider
  • 若僅供內部使用，設定 android:exported="false"。

架構整合：ContentProvider 在系統中的角色

ContentProvider 不僅是 App 之間共享資料的介面，也被 Android Framework 廣泛使用：

• SettingsProvider → 系統設定存取
• DownloadsProvider → 檔案管理與 DownloadManager
• MediaStoreProvider → 圖片、音樂、影片管理
• TelephonyProvider → 簡訊與通話紀錄管理
  這些 Provider 都透過 Binder 與 AMS 協作，形成 Android 資料交換的基石。

Summary

   +-----------------+             +----------------------+
   |   App A (Provider) |          |   App B (Client)    |
   |  ┌───────────────┐ |          |  ┌───────────────┐ |
   |  | ContentProvider│◄──────────┤  | ContentResolver│ |
   |  └──────┬────────┘ |          |  └───────────────┘ |
   |         │           |          |                    |
   |   SQLite/Files/API  |          |                    |
   +---------------------+          +----------------------+
                ▲
                │
       notifyChange() → ContentObserver

ContentProvider 是跨應用資料共享的核心機制

• 使用 URI 標識資料來源
• 通過 Binder 進行 IPC 通信
• 具備完整的權限與通知機制
• 為系統多項服務（如 Contacts、MediaStore）提供底層支持