IPC机制之Binder机制

AndroidHint
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前言

Binder是Android的一个类，它实现了IBinder接口。从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信方式；从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService的时候，服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

在Android开发中，Binder主要用在Service中，包括AIDL(Android Interface Defination Language)和Messenger，其中普通Service中的Binder不涉及进程间通信，所以较为简单，无法触及Binder的核心，而Messenger的底层其实是AIDL，所以这里选择AIDL来分析Binder的工作机制。

使用示例

新建三个文件，Book.java、Book.aidl和IBookManager.aidl，代码如下： Book.java

package com.example.runningh.myapplication.aidl;

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

public class Book implements Parcelable {
    public int bookId;
    public String bookName;

    public Book(int bookId, String bookName) {
        this.bookId = bookId;
        this.bookName = bookName;
    }

    @Override
    public int describeContents() {
        return 0;
    }

    @Override
    public void writeToParcel(Parcel dest, int flags) {
        dest.writeInt(bookId);
        dest.writeString(bookName);
    }

    public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>() {

        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel source) {
            return new Book(source);
        }

        @Override
        public Book[] newArray(int size) {
            return new Book[size];
        }
    };

    private Book(Parcel in) {
        bookId = in.readInt();
        bookName = in.readString();
    }
}

Book .java是一个表示图书信息的类，实现了Parcelable接口。

Book.aidl：

package com.example.runningh.myapplication.aidl;

parcelable Book;

Book.aidl是Book类在AIDL中的声明。

IBookManager.aidl：

package com.example.runningh.myapplication.aidl;

import com.example.runningh.myapplication.aidl.Book;
import com.example.runningh.myapplication.aidl.IOnNewBookArrivedListener;

interface IBookManager {

    List<Book> getBookList();

    void addBook(in Book book);
}

IBookManager.adil是我们定义的一个接口，里面有两个方法：getBookList和addBook，其中getBookList用于从远程服务端获取图书列表，而addBook用于往图书列表中添加一本书。

注意：在IBookManager.aidl中要手动导入Book类，不支持自动导入，这是AIDL的特殊之处。

通过执行build操作后，系统为IBookManager.aidl生成的Binder类，在gen目录下的source文件夹下可找到IBookManager.java类。

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 * Original file: /Users/RunningH/Documents/TencentGame/ThirdParty/ThemeSkinning/MyApplication2/app/src/main/aidl/com/example/runningh/myapplication/aidl/IBookManager.aidl
 */
package com.example.runningh.myapplication.aidl;
public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
    /** Local-side IPC implementation stub class. */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager";
        
        /** Construct the stub at attach it to the interface. */
        public Stub() {
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }
        
        /**
         * Cast an IBinder object into an com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj==null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager))) {
                return ((com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager)iin);
            }
            return new com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
        }
        
        @Override public android.os.IBinder asBinder() {
            return this;
        }
        
        @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);
                    java.util.List<com.example.runningh.myapplication.aidl.Book> _result = this.getBookList();
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeTypedList(_result);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_addBook: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    com.example.runningh.myapplication.aidl.Book _arg0;
                    if ((0!=data.readInt())) {
                        _arg0 = com.example.runningh.myapplication.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
                    }
                    else {
                        _arg0 = null;
                    }
                    this.addBook(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
    
        private static class Proxy implements com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager {
            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;
            }
            
            @Override public java.util.List<com.example.runningh.myapplication.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.example.runningh.myapplication.aidl.Book> _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.createTypedArrayList(com.example.runningh.myapplication.aidl.Book.CREATOR);
                }
                finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
            
            @Override public void addBook(com.example.runningh.myapplication.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();
                }
            }
        }
    }


    static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    
    public java.util.List<com.example.runningh.myapplication.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;
    public void addBook(com.example.runningh.myapplication.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

首先这个类声明了两个方法getBookList和addBook，显然这就是我们在IBookMananger.aidl中所声明的方法，同时它还声明了两个整型的id分别用于标识这两个方法，这两个id用于标识在transact过程中客户端所请求的到底是哪个方法。接着，它声明了一个内部类Stub，这个Stub就是一个Binder类，当客户端和服务端都位于同一个进程时，方法调用不会跨进程的transact过程，而当两者位于不同进程时，方法调用需要走transact过程，这个逻辑由Stub的内部代理Proxy来完成。

我们看一下怎么使用这个类，通过调用过程来熟悉其中的方法。

我们新建一个工程并在新建BookManagerActivity、BookManagerService并将BookManagerService放在另外一个进程中（在manifest中声明）。在BookManagerActivity通过BindService的方式和BookManagerService绑定。

package com.example.runningh.myapplication.aidl;

import android.app.Activity;
import android.app.ListActivity;
import android.content.ComponentName;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.content.ServiceConnection;
import android.os.Bundle;
import android.os.IBinder;
import android.os.RemoteException;
import android.support.annotation.Nullable;
import android.util.Log;

import com.example.runningh.myapplication.R;

import java.util.List;

/**
 * Created by RunningH on 2017/11/26.
 */

public class BookManagerActivity extends Activity {
    private ServiceConnection mConnection = new ServiceConnection() {
        @Override
        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            IBookManager iBookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service); //注意这里调用了Stub的asInterface方法，通过服务端的IBinder对象找到
            try {
                List<Book> list = iBookManager.getBookList();
                Log.i("ABC", "query book list, list type:" + list.getClass().getCanonicalName());
                Log.i("ABC", "query book list:" + list.toString());
                Book newBook = new Book(3, "HTML");
                iBookManager.addBook(newBook);
                Log.i("ABC", "add book:" + newBook);
                List<Book> newList = iBookManager.getBookList();
                Log.i("ABC", "query book list:" + newList.toString());
            } catch (RemoteException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {

        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_book_manager);
        Intent intent = new Intent(this, BookManagerService.class);
        bindService(intent, mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        unbindService(mConnection);
    }
}

BookManagerService.java：

package com.example.runningh.myapplication.aidl;

import android.app.Service;
import android.content.Intent;
import android.os.Binder;
import android.os.IBinder;
import android.os.RemoteException;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * Created by RunningH on 2017/11/26.
 */

public class BookManagerService extends Service {
    private CopyOnWriteArrayList<Book> mBookList = new CopyOnWriteArrayList<>();

    private Binder mBinder = new IBookManager.Stub() {

        @Override
        public List<Book> getBookList() throws RemoteException {
            return mBookList;
        }

        @Override
        public void addBook(Book book) throws RemoteException {
            mBookList.add(book);
        }
    };

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        mBookList.add(new Book(1, "Android"));
        mBookList.add(new Book(2, "IOS"));
    }
    
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mBinder;
    }
}
  • BookManagerService中new了一个Stub对象，并重写addBook和getBookList方法。这样Stub的构造方法被调用，构造方法中调用了Binder的attachInterface将该Binder对象（Stub就是一个Binder对象）和DESCRIPTOR（Binder的唯一标识，一般用Binder的类名表示）联系起来。
  • 上面生成的Stub对象（也就是Binder对象）通过BinderService的方式传递给客户端，也就是BookManagerActivity的mConnection的onServiceConnected方法中service对象。通过调用IBookManager.Stub.asInterface方法得到客户端所需要的AIDL接口类型对象。这是区分进程的，如果客户端和服务端处于同一个进程，那么执行queryLocalInterface(DESCRIPTOR)返回就不为空（还记得上面生成Stub对象的时候将该对象和DESCRIPTOR绑定吗？这里就是取出来），所以此方法返回的就是服务端的Stub对象本身。如果是不同的进程则返回的是系统封装或的Stub.proxy对象。对应于下面的则是new了一个Stub.Proxy对象。
public static com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
     if ((obj==null)) {
         return null;
     }
     android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
     if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager))) {
          return ((com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager)iin);
    }
    return new com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
}
  • 先看如果处于同一个进程的情况，得到服务端的Stub对象后，直接调用getBookList和addBook方法。因为Stub对象实现了IBookManager接口，并实现了其中的getBookList和addBook方法，所以这里实际调用的是getBookList和addBook方法。这样就实现了客户端和服务端的交互。
  • 再来看不同进程的情况，我们得到的是一个Stub.Proxy对象。在客户端调用getBookList和addBook方法，实际上调用的是Stub.Proxy对象的getBookList和addBook方法。
private static class Proxy implements com.example.runningh.myapplication.aidl.IBookManager {
    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;
    }

    @Override public java.util.List<com.example.runningh.myapplication.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.example.runningh.myapplication.aidl.Book> _result;
        try {
            _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
            mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
            _reply.readException();
            _result = _reply.createTypedArrayList(com.example.runningh.myapplication.aidl.Book.CREATOR);
        }
        finally {
            _reply.recycle();
            _data.recycle();
        }
        return _result;
    }

    @Override public void addBook(com.example.runningh.myapplication.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();
        }
    }
}
  • getBookList方法中调用了mRemote.transact方法，第一个参数标识调用哪一个方法，第二个参数标识需要传递进去的参数，第三个参数标识需要返回的数据，第四个参数一般为0。调用transact方法发起RPC（远程过程调用）请求，同时当前线程挂起（等待数据返回），然后服务端的onTransact方法会被调用，直到RPC过程返回后，当前线程继续执行，并从_reply中取出RPC过程的返回结果。
  • addBook方法调用了mRemote.transact方法，参数的意思同上一样。由于addBook不需要返回值，所以它不需要从_reply中取出返回值。
  • 上面两个方法都调用了transact方法，那么该方法被调用后会触发服务端的Stub对象的onTransact方法被调用。
@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);
            java.util.List<com.example.runningh.myapplication.aidl.Book> _result = this.getBookList();
            reply.writeNoException();
            reply.writeTypedList(_result);
            return true;
        }
        case TRANSACTION_addBook: {
            data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
            com.example.runningh.myapplication.aidl.Book _arg0;
            if ((0!=data.readInt())) {
                _arg0 = com.example.runningh.myapplication.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
            }
            else {
                _arg0 = null;
            }
            this.addBook(_arg0);
            reply.writeNoException();
            return true;
        }
    }
    return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
  • 通过onTransact方法，我们通过code参数作为标识具体调用的哪一个方法，比如TRANSACTION_getBookList就是调用getBookList方法，这里做的操作是调用Stub对象的getBookList方法并且将结果写入到reply（如果该操作需要结果返回的话）中然后返回。

总结：上述就是Binder的工作机制，我们需要注意的是当客户端发起远程请求时，由于当前线程会被挂起直至服务器端进程返回数据，所以如果一个远程方法是很耗时的，那么不能在UI线程中发起远程请求；其次由于服务端的Binder方法运行在Binder的线程池中，所以Binder方法不管是否耗时都是应该采用同步的方法去实现，因为它已经运行在一个线程中了。

参考：这篇文章是对《Android开发艺术探索》中IPC机制一章中的Binder内容进行的总结。这本书的作者任玉刚是一个大牛，这本书也是很通俗易懂，对Android开发的进阶有非常大的帮助。

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