Android通信机制分析-Binder(1)

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本文是Android Binder机制解析的第三篇,也是最后一篇文章。本文会讲解Binder
Framework Java部分的逻辑。

概述

Android四大组件分别是
ActivityServiceBroadcastReceiverContentProvider,我们平时开发的
App
都是由四大组件中的一个或者多个组合而成;这四大组件所涉及的多进程间通信底层实现都是基于
Binder 的 IPC 机制。

我们平时开发过程中用到很多跨进程的通信,比如:

  1. App 中的 ActivityA 调用系统的 ActivityB

  2. App 中的 ActivityA 调用另一个 App 的 Service

Binder 作为 Android 系统提供的一种的 IPC 机制,整个 Android
系统架构中大量采用了 Binder 机制的 IPC 方案。

Binder机制分析的前面两篇文章,请移步这里:

IPC

说到 IPC,我们来稍微看一下 IPC 机制的原理:进程间通信(IPC,
Inter-Process Communication)

指至少两个进程或线程减传送数据或者信号的技术或方法。每个进程都有自己的一部分独立的系统资源,彼此之间是隔离的。为了能使不同的进程相互访问资源并进行协调工作,才有了进程间通信。IPC
的方法有多种,包括文件、Socket、管道、信号量、共享内存
等,我们今天主要来说说 Android 中的 Binde r。

理解 Android Binder
机制(一):驱动篇

Binder

理解 Android Binder
机制(二):C++层

概念

每个 Android 在各自独立的 Dalvik
虚拟机中运行,每个进程拥有独立的地址空间和资源,对应的地址空间有一部分是用户空间,另一部分是内核空间。对于用户空间,不同进程之间彼此是不能共享的,而内核空间则是可以共享的,Client
进程同 Server
进程通信,就是利用进程间可共享的内核空间(内核驱动)来完成底层通信工作的。

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IPC 机制

Android 中 Binder 通信采用的是 C/S 架构,Binder 框架包括
Client、Server、ServiceManager 以及 Binder 驱动,其中 ServiceManager
用来管理系统中各种服务。其中 Server,Client,ServiceManager
运行于用户空间,Binder
驱动运行于内核空间。这四个角色的关系和互联网类似:Server
是服务器,Client 是客户终端,ServiceManager 是域名服务器(DNS),Binder
驱动是路由器。如图:

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Binder

下文所讲内容的相关源码,在AOSP源码树中的路径如下:

Binder使用实例

Binder 是 Android 中一个类,它实现 IBinder 接口,从 IPC 方面来看 Binder
是一种跨进程通信的方式,从 Framework 方面来看 Binder 是 ServiceManager
连接各种 Manager (WindowManager, ActivityManager 等等)和相应的
ManagerService (WindowManagerService, ActivityManagerService
等等)的桥梁;

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AMS 架构

对客户端应用来说,Binder
是客户端和服务端通信的媒介,当bindService的时候,服务端会返回一个包含服务端业务调用的
Binder 对象,通过这个 Binder
对象客户端可以获取服务端提供的服务、数据等。

public class LocalService extends Service {
    // Binder given to clients
    private final IBinder mBinder = new LocalBinder();
    // Random number generator
    private final Random mGenerator = new Random();

    /**
     * Class used for the client Binder.  Because we know this service always
     * runs in the same process as its clients, we don't need to deal with IPC.
     */
    public class LocalBinder extends Binder {
        LocalService getService() {
            // Return this instance of LocalService so clients can call public methods
            return LocalService.this;
        }
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mBinder; //通过 onBind 返回一个服务端的 Binder 对象
    }

    /** method for clients */
    public int getRandomNumber() {
      return mGenerator.nextInt(100);
    }
}

上面这段代码是 Service 的一种实现方式,这里的 Binder
不涉及跨进程通信,所以比较简单,跨进程的 Binder 使用在 Android 中主要是
Messager 和 AIDL,Messager 的底层实现也是 AIDL,所以我们先来聊聊 AIDL。

// Binder Framework JNI
/frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.h
/frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
/frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.h
/frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp

// Binder Framework Java接口
/frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java
/frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java
/frameworks/base/core/java/android/os/IInterface.java
/frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java

AIDL

新建一个 AIDL 的文件</br>

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新建 AIDL File

新建后会自动生成 aidl 的目录,并将新建的 AIDL
文件放到该目录下</br>

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生成的aidl目录

Book.aidl 文件内容是自动生成的,我们可以根据自己的需求进行修改,
自动生成的代码标记了 import 语句的地方和可以用做 AIDL
参数和返回值的一些基本类型

// Book.aidl
package me.jifengzhang.aidldemo;

// Declare any non-default types here with import statements

interface Book {
    /**
     * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
     * and return values in AIDL.
     */
    void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,
            double aDouble, String aString);
}

这个demo主要是提供 Book 的两个操作,我们新建的文件包括 Book.java 、
IBook.aidl 、 IBookManager.aidl,其中 Book
对象需要跨进程通过Binder传输,所以需要实现 Parcelable 接口。

澳门新葡亰手机版,Book.java

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;
    }

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

    public static final Creator<Book> CREATOR = new Creator<Book>() {
        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel in) {
            return new Book(in);
        }

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

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

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

Book.aidl

package me.jifengzhang.aidldemo;

parcelable Book;

IBookManager.aidl

package me.jifengzhang.aidldemo;

import me.jifengzhang.aidldemo.Book;

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

编译后,会自动生成 IBookManager.aidl 对应的 java
文件(app/build/generated/source/aidl/debug/me/jifengzhang/aidldemo/IBookManager.java),格式调整后如下:

package me.jifengzhang.aidldemo;

public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
    /**
    * Local-side IPC implementation stub class.
    */
   public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager {

       ...

   }

   public java.util.List<me.jifengzhang.aidldemo.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;

   public void addBook(me.jifengzhang.aidldemo.Book book) throws android.os.RemoteException;

这个类结构其实很简单,它继承了 IInterface 接口(所有可以在 Binder
中传输的接口都需要继承 IInterface
接口)同时它自己也是一个接口类,可以看到其实它的内部结构就是声明了两个方法
getBookList 和 addBook (显然这两个方法是 IBookManager.aidl
中声明的),同时还有一个内部类 Stub,这个类就是一个 Binder 类(很明显
Stub 继承 Binder)。但我们应该认识到 IBookManager.java 的核心实现是 Stub
以及 Stub 的内部代理类 Proxy。

下面详细介绍下 Stub 以及内部代理类 Proxy 中各个方法的含义:

** DESCRIPTOR **

Binder 的唯一标识符,一般使用当前 Binder 的类名表示, 比如上述例子中的
*** “me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager” ***

** asInterface **

转换服务端传递过来的 IBinder 对象为客户端需要的 AIDL
接口类型的对象,这个转换过程是区分进程的,如果客户端和服务端是同一个进程,那么该方法返回的就是服务端的
Stub 对象本身,当然如果不是同一个进程则返回的是封装后的 Stub.Proxy
对象。

public static me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
    if ((obj == null)) {
        return null;
    }
    android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
    if (((iin != null) && (iin instanceof me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager))) { //同一个进程
        return ((me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager) iin);
    }
    //不同进程
    return new me.jifengzhang.aidldemo.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
}

** asBinder **

该方法用于返回当前 Binder 对象

** onTransact **

该方法运行在服务端的 Binder 线程池中,
当客户端发起跨进程请求时,远程请求会通过系统底层封装后交给该方法处理。服务端通过
code 来确定客户端请求的方法是什么,从 data:Parcel
中取出方法所需要的参数,然后执行目标方法,最后将方法执行的结果(返回值)存到
replay: Parcel 中。

** Proxy#getBookList **

该方法运行在客户端,当客户端调用该方法时,首先创建该方法所需要的输入
Parcel 对象 _data, 输出 Parcel 对象 _reply 以及返回值
List,然后将参数信息写入 _data 中,接着调用 transact 方法发起远程调用
RPC ,此时客户端当前线程挂起,服务端的 onTransact 方法会被调用执行,直到
RPC 过程返回后,客户端当前线程继续执行,并从 _reply 中取出 RPC
过程的返回结果。最后将 _reply 转换成 List 返回。

** Proxy#addBook

执行过程和 getBookList 一样。

通过简单的分析描述,其实 AIDL 的实现其实很简单,方法调用的流程大概如下:

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AIDL 流程