IPC初识进程和Binder

Posted 2022-12-10 從前以後

*什么是IPC通信
IPC(Inter-Process Communication)通信，是跨越两个不同进程(Process)之通信，一般而言，一个android应用程序里的各组件(如Activity、Service等)都在同一个进程里执行。这种在同一进程内的通信，又称为短程通信，意味着，两个Activity在同一个进程(Process)里执行。相对地，远程(Remote)通信的意思是：两个组件(如Activity或Service)分别在不同的进程里执行；两者之间是IPC通信，又称远程通信。

*进程的概念
一个进程是一个独立的执行空间，不会被正在其它进程里的程序所侵犯。这种保护方法是Android的重要安全机制。于是，得先认识进程的内涵，才能进一步了解跨进程IPC机制。
在Android的进程里，有一个虚拟机(Virtual Machine，简称VM)的对象，可执行Java代码，也引导JNI本地程序的执行，实现Java与Native层的C/C++之间的沟通。
在Android框架里，一个应用程序通常含有多个Java类，这些类可以在同一个进程里执行；也可以在不同的进程里执行 。
每一个进程在诞生时，都会诞生一个主线程(Main Thread)，以及诞生一个Looper类的对象和一个MQ(Message Queue)数据结构。主线程最主要的工作就是处理UI画面的事件(Event)，每当UI事件发生时，Android框架会丢信息(Message)到MQ里。主线程看到MQ有新的信息时，就取出信息，然后依据信息内容而去执行特定的函数。执行完毕，就再继续执行Looper类，不断地观察MQ的动态。

*设置不同的进程

<activity android:name=".MainActivity">
        <intent-filter>
            <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
            <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
        </intent-filter>
    </activity>
    <service android:name=".MyService" android:process=":remote"/>
</application>

当给service 指定process=“：remote之后”MyService就运行在单独的进程中了。
此时Activity和Service运行在不同的进程当中

*IBinder接口
当两个类都在同一个进程里执行时，两者之间的沟通，只要采取一般的函数调用就行了，既快速又方便。一旦两个类分别在不同的进程里执行时，两者之IBinder接口定义了一些函数，可以让Client程序可以进行跨进程的調用(当然也能支持同进程的短程調用)。其中，最主要的一个函数就是：transact()函数。而进程
间的沟通，就不能采取一般的函数调用途径了。只好采取IPC沟通途径。 当跨进程调用，只要拿到了IBinder接口对象，就能调用到远程Binder的实现类中的onTransact()函数 了。

IBInder中的transact函数

public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
        throws RemoteException;

*Binder
Binder是IBinder接口的实现类，Binder类很重要目的是支持跨进程調用Service，也就是让远程的Client可以跨进程調用某个Service。其中Binder类的主要的函数有

transact()函数 

  public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,
            int flags) throws RemoteException 
        if (false) Log.v("Binder", "Transact: " + code + " to " + this);
        if (data != null) 
            data.setDataPosition(0);
        
        boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);
        if (reply != null) 
            reply.setDataPosition(0);
        
        return r;
    

— 用来实现IBinder接口中的的transact()方法。

execTransact()函数 

// Entry point from android_util_Binder.cpp's onTransact
    private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj,
            int flags) 
        Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);
        Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);
        // theoretically, we should call transact, which will call onTransact,
        // but all that does is rewind it, and we just got these from an IPC,
        // so we'll just call it directly.
        boolean res;
        // Log any exceptions as warnings, don't silently suppress them.
        // If the call was FLAG_ONEWAY then these exceptions disappear into the ether.
        try 
            res = onTransact(code, data, reply, flags);
         catch (RemoteException e) 
            if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) 
                Log.w(TAG, "Binder call failed.", e);
             else 
                reply.setDataPosition(0);
                reply.writeException(e);
            
            res = true;
         catch (RuntimeException e) 
            if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) 
                Log.w(TAG, "Caught a RuntimeException from the binder stub implementation.", e);
             else 
                reply.setDataPosition(0);
                reply.writeException(e);
            
            res = true;
         catch (OutOfMemoryError e) 
            // Unconditionally log this, since this is generally unrecoverable.
            Log.e(TAG, "Caught an OutOfMemoryError from the binder stub implementation.", e);
            RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e);
            reply.setDataPosition(0);
            reply.writeException(re);
            res = true;
        
        checkParcel(this, code, reply, "Unreasonably large binder reply buffer");
        reply.recycle();
        data.recycle();

        // Just in case -- we are done with the IPC, so there should be no more strict
        // mode violations that have gathered for this thread.  Either they have been
        // parceled and are now in transport off to the caller, or we are returning back
        // to the main transaction loop to wait for another incoming transaction.  Either
        // way, strict mode begone!
        StrictMode.clearGatheredViolations();

        return res;
    

— 该函数定位与transact()函数是相同的，只是这是用来让C/C++本地程序来向上调用的。

onTransact()函数 

 protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply,
            int flags) throws RemoteException 
        if (code == INTERFACE_TRANSACTION) 
            reply.writeString(getInterfaceDescriptor());
            return true;
         else if (code == DUMP_TRANSACTION) 
            ParcelFileDescriptor fd = data.readFileDescriptor();
            String[] args = data.readStringArray();
            if (fd != null) 
                try 
                    dump(fd.getFileDescriptor(), args);
                 finally 
                    try 
                        fd.close();
                     catch (IOException e) 
                        // swallowed, not propagated back to the caller
                    
                
            
            // Write the StrictMode header.
            if (reply != null) 
                reply.writeNoException();
             else 
                StrictMode.clearGatheredViolations();
            
            return true;
        
        return false;
    

— 该函数是可以让子类来覆写的。上述的transact()和execTransact()两个函数最终都是调用到onTransact()函数。

init()函数 

   private native final void init();

— 这是一个本地(Native)函数，让JNI模块来实现这个函数。Binder()构造函数会調用这个init()本地函数。

由于跨进程沟通时，并不是从Java层直接沟通的，而是透过底层的Binder Driver驱动来沟通的，所以Client端的Java类(如Activity)必须透过BinderProxy的IBinder接口，转而調用JNI本地模块来衔接到底层Binder Driver驱动服务，进而調用到正在另一个进程里执行的Service。