Android IPC机制:浅谈Binder的使用

Posted 2020-09-30 jzdwajue

一、前言

在上一篇博客Android IPC机制(二):AIDL的基本用法中，笔者讲述了安卓进程间通讯的一个主要方式。利用AIDL进行通讯。并介绍了AIDL的基本用法。

事实上AIDL方式利用了Binder来进行跨进程通讯。Binder是android中的一种跨进程通讯方式。其底层实现原理比較复杂。限于笔者水平，不能展开详谈。所以这篇文章主要谈谈以AIDL为例，谈谈Binder的用法。

二、原理

上一篇文章中创建了一个IMyAidl.aidl文件，即接口文件，随即编译了该文件。生成了一个.java文件，该文件在gen文件夹下：

打开该文件，得到例如以下代码：

<span style="font-size:18px;">/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 * Original file: G:\\Android\\Project\\MyAidl\\app\\src\\main\\aidl\\com\\chenyu\\service\\IMyAidl.aidl
 */
package com.chenyu.service;

public interface IMyAidl extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.chenyu.service.IMyAidl {
        ......

    public void addPerson(com.chenyu.service.Person person) throws android.os.RemoteException;

    public java.util.List<com.chenyu.service.Person> getPersonList() throws android.os.RemoteException;</span>
}

当中省略了一部分，我们先从大体上认识，然后在深入。

（1）从大体上看，该java文件是一个接口，继承了IInterface接口，接着，声明了一个静态内部抽象类：Stub。然后是两个方法，能够看到。这两个方法各自是原IMyAidl.aidl文件内声明的两个方法。

（2）我们看回Stub类，它继承了Binder，同一时候实现了IMyAidl。

这个类实现了自己的接口!那么可想而知，该接口所声明的addPerson,getPersonList方法。将会在Stub类得到实现，详细怎样实现。我们展开Stub类：

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.chenyu.service.IMyAidl {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.chenyu.service.IMyAidl";

        /**
         * Construct the stub at attach it to the interface.
         */
        public Stub() {<span style="white-space:pre">		</span>//①
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.chenyu.service.IMyAidl interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.chenyu.service.IMyAidl asInterface(android.os.IBinder obj) {    //②
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.chenyu.service.IMyAidl))) {
                return ((com.chenyu.service.IMyAidl) iin);
            }
            return new com.chenyu.service.IMyAidl.Stub.Proxy(obj);
        }

        @Override
        public android.os.IBinder asBinder() {<span style="white-space:pre">		</span>//③
            return this;
        }

        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {<span style="white-space:pre">				</span>//④
            switch (code) {
                case INTERFACE_TRANSACTION: {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_addPerson: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    com.chenyu.service.Person _arg0;
                    if ((0 != data.readInt())) {
                        _arg0 = com.chenyu.service.Person.CREATOR.createFromParcel(data);
                    } else {
                        _arg0 = null;
                    }
                    this.addPerson(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_getPersonList: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    java.util.List<com.chenyu.service.Person> _result = this.getPersonList();
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeTypedList(_result);
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        private static class Proxy implements com.chenyu.service.IMyAidl {<span style="white-space:pre">	</span>//⑤
            ...
        }

        static final int TRANSACTION_addPerson = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0); //⑥
        static final int TRANSACTION_getPersonList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    }

（3）从上往下地，我们逐个分析一下各个方法或者变量的作用：

①Stub()构造方法：此方法调用了父类Binder的attachInterface()方法，将当前的Interface与Binder联系起来，因为传递了DESCRIPTOR这个參数，唯一标识了当前Interface。

②asInterface(IBinder obj) ：静态方法，传递了一个接口对象。该对象从哪里传递进来的呢？我们来看看上一章博客的client代码：

public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.d("cylog", "onServiceConnected success");
            iMyAidl=IMyAidl.Stub.asInterface(service);

        }

在这里。能够看到，调用了IMyAidl.Stub.asInterface(service)方法，即上面的②号方法，而且把service传递了进去，我们接着往下看：

public static com.chenyu.service.IMyAidl asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.chenyu.service.IMyAidl))) {
                return ((com.chenyu.service.IMyAidl) iin);
            }
            return new com.chenyu.service.IMyAidl.Stub.Proxy(obj);
        }

首先推断obj是否有效，假设无效直接返回Null，说明client与服务端的连接失败了。接着调用了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法。为IInterface的对象赋值。注意到这里再次传递了DESCRIPTOR參数，能够推測，这种方法应该是查找与当前Interface相关的一个方法，我们看看IBinder接口的queryLocalInterface()方法：

/**
     * Attempt to retrieve a local implementation of an interface
     * for this Binder object.  If null is returned, you will need
     * to instantiate a proxy class to marshall calls through
     * the transact() method.
     */
    public IInterface queryLocalInterface(String descriptor);

大概意思是说，依据descriptor的值。试图为Binder取回一个本地的interface，当中local意思应为当前进程，假设返回值是null,那么应该实例化一个proxy类。在了解了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法后，我们再次回到asInterface(obj)方法。继续往下看：接着是一个if推断。主要推断client与服务端是否处于同一进程，假设处于同一进程。那么直接返回了Stub对象本身。假设不是同一个进程，那么就会新建一个Proxy代理类（以下会提到）。

③asBinder():此方法用于返回当前对象本身。

④onTransact(int code,Parcel data,Parcel reply,int flags)：该方法一般执行在服务端中的Binder线程池中。即远程请求会在该方法得到处理。传递的code值用于推断client的请求目标，是addPerson或者是getPersonList。

我们以请求目标为addPerson()为例分析一下，提取其主要函数体例如以下：

case TRANSACTION_addPerson: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    com.chenyu.service.Person _arg0;
                    if ((0 != data.readInt())) {
                        _arg0 = com.chenyu.service.Person.CREATOR.createFromParcel(data);
                    } else {
                        _arg0 = null;
                    }
                    this.addPerson(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    return true;
                }

首先声明了_arg0是Person类的对象。接着。以data为參数调用了Person类的CREATOR.createFromParcel方法，反序列化生成了Person类，这也是为什么实现了Parcelable接口的类应该同一时候实现CREATOR，原来在这里调用了反序列化的方法。接着。调用this.addPerson(_arg0)方法，注意：这里的this代表当前的Binder对象。那么由Binder调用的addPerson(_arg0)方法，实际上是由绑定到Binder的service调用的，即服务端调用了自身的addPerson方法。为了方便明确。让我们来回想一下上一篇文章服务端的代码：

private IBinder iBinder= new IMyAidl.Stub() {
        @Override
        public void addPerson(Person person) throws RemoteException {
            persons.add(person);
        }

        @Override
        public List<Person> getPersonList() throws RemoteException {
            return persons;
        }
    };

是不是一下子就明确了？IMyAidl.Stub()实现的接口，当中的方法在服务端得到了实现：addPerson和getPersonList()。当在Binder线程池中，调用了this.addPerson()方法，实际上回调了服务端的addPerson方法。而底层究竟是怎么实现的，限于笔者的水平。临时不了解，等以后笔者再深入了解Binder的工作机制再回答这个问题。

好了，回到当前的类，我们继续往下看：
⑤private static class Proxy:这里又出现了一个私有的静态内部类，关于这个类将在接下来具体讲述。

⑥最后两行代码各自是两个常量，标志了两个方法，即上面提到的code值。

（4）Proxy类。也实现了IMyAidl接口，同一时候实现了addPerson和getPersonList的方法。

而Proxy类在哪里被实例化的呢？是上面（3）②中，当client与服务端不在同一个进程的时候，就会实例化这个代理类，并返回给client。什么叫做代理类呢？所谓代理，即一个中介，client拿到的实例，能操作服务端的部分功能，让client以为自己已经拿到了服务端的实例，事实上不是。仅仅是拿到服务端的一个代理而已。

接下来我们展开该类，看看内部：

private static class Proxy implements com.chenyu.service.IMyAidl {
            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 void addPerson(com.chenyu.service.Person person) 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 ((person != null)) {
                        _data.writeInt(1);
                        person.writeToParcel(_data, 0);
                    } else {
                        _data.writeInt(0);
                    }
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addPerson, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
            }

            @Override
            public java.util.List<com.chenyu.service.Person> getPersonList() throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.util.List<com.chenyu.service.Person> _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPersonList, _data, _reply, 0);<span style="white-space:pre">	</span>   //①
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.createTypedArrayList(com.chenyu.service.Person.CREATOR);
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }

这里关注两个接口方法的实现：addPerson和getPersonList。这两个方法已经多次出现了。而在代理类实现的这两个方法，是执行在client的！

。！

其主要实现过程是这种：当client拿到代理类。调用addPerson或者getPersonList方法。首先会创建输入型Parcel对象_data和输出型Parcel对象_reply，接着调用①号代码调用transact来发起RPC远程请求，同一时候当前线程会被挂起，此时。服务端的onTransact会被调用，即上面所说的（3）④号代码。当服务端处理完请求后。会返回数据。当前线程继续执行知道返回 _result结果。

至此，对于IPC的方式之中的一个——AIDL的原理已经剖析完成，接下来总结一下：

1、client发出绑定请求，服务端和client绑定在同一个Binder上。client运行asInterface()方法。假设client和服务端处于同一进程，则直接返回服务端的Stub对象本身，假设处于不同进程，则返回的是Stub.proxy代理类对象。

2、client发送远程请求（addPerson或者getPersonList)，此时client线程挂起，Binder拿到数据后，对数据进行处理如在不同进程，会把数据写入Parcel，调用Transact方法。

3、触发onTransact方法，该方法执行在Binder线程池。方法中会调用到服务端实现的接口方法。当数据处理完成后，返回reply值，经过Binder返回client，此时client线程被唤醒。

三、优化

最后说一说怎样优化AIDL。上面提到。client发送请求后，会被挂起。这意味着，假设处理数据的时间过长，那么该线程就一直等不到唤醒，这是非常严重的，假设在UI线程发送请求，会直接导致ANR，所以我们须要在子线程发送异步请求，这样才干避免ANR。另一点。Binder可能是意外死亡的，假设Binder意外死亡，那么子线程可能会一直挂起，所以我们要启用又一次连接服务。有两个方法，一个是给Binder设置DeathRecipient监听，另一个是在onServiceDisconnected中重连服务。

參考书籍：《Android 开发艺术探索》 任玉刚著，2015年9月第一版