结合Binder机制看ActivityManager

Posted 2022-10-15 Jason_Lee155

一、前言

本文主要分析android系统的进程间通信 (Binder机制) 在应用框架层的Java源代码；相关文章网上很多，我们尽量少代码多流程。

Binder是一种基于C/S的架构，主要包含四个部分：

1. 服务端 Server；
2. 客户端 Client；
3. Binder驱动；
4. ServiceManager 管理远程服务；

二、流程图

先看一些 Binder 通信的流程图：

流程图说明

• Binder 是一种基于 C/S的架构，分为 Client、Service、Binder驱动 三部分；
• 客户端持有一个 Binder 的代理对象 BinderProxy，用于和远程服务的通信；
• 关于Client端为什么持有一个 BinderProxy 对象，请参考 《Android Binder框架实现源码深入分析》；

看一下 IBinder 类的说明，可得出以下结论：

• IBinder 是一个轻量级的远程对象接口，它具备很高的性能；
• IBinder 的核心Api Binder.transact() 会自动关联到 Binder.onTransact()；
• Binder.transact() 方法允许我们发送一个数据到 Binder 对象中，也能从一个 Binder 对象中接收数据；
• Binder.transact() 方法是一个同步的方法，直到远程对象(Service端)从 Binder.onTransact() 返回数据时，Binder.transact() 才能拿到数据；
• 在 transact() 中，通过 Parcel 来进行数据传输，且将数据写入到一个公共的缓存区当中；
• 系统在每个进程当中都维护了一个线程池，当有IPC通信时，该线程池就分发出一条线程来执行这个通信操作；
• 判断远程服务失效的方法有3中：
  1，transact() 方法接收到 RemoteException 异常，说明远程服务失效；
  2，调用 IBinder.pingBinder() 方法，如果返回 false 就说明远程服务失效；
  3，调用 IBinder.linkToDeath() 方法，可以向Binder中注册一个 DeathRecipient 接口作为参数，当远程服务失效时，就会触发这个接口参数的回调；

三、类图

3.1 Binder机制在 IActivityManager 中的应用

具体分析，请查看《结合Binder机制看ActivityManager（二）》

3.2 Binder机制在 AIDL 中的应用

AIDL能实现进程间通信，其实质仍然是 Binder机制 的使用；

AIDL文件所生成 class 文件的类的关系图

分析AIDL文件生成的 class 文件的代码

1，ExecuteCommand.aidl 文件

// AIDL文件
interface ExecuteCommand 
     String execute(String param);

2，ExecuteCommand.class 文件

public interface ExecuteCommand extends android.os.IInterface 

    // Stub就相当于是IActivityManager类图中的ActivityManagerNative类；
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand 
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand";

        public Stub() 
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        

        /**
         * asInterface()传入一个BinderProxy作为参数；
         */
        public static com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand asInterface(android.os.IBinder obj) 
            if ((obj == null)) 
                return null;
            
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand))) 
                return ((com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand) iin);
            
            // 返回一个`ExecuteCommand` 接口的远程服务代理对象；
            return new com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand.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_execute: 
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    java.lang.String _arg0;
                    _arg0 = data.readString();
                    java.lang.String _result = this.execute(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    // 这里就是向reply中写入数据，将结果返回给调用的客户端；
                    reply.writeString(_result);
                    return true;
                
            
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        

        // `Proxy` 对象是 `ExecuteCommand` 接口的远程服务代理对象；
        private static class Proxy implements com.example.aidl.interfaze.ExecuteCommand 
            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.lang.String execute(java.lang.String param) throws android.os.RemoteException 
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.lang.String _result;
                try 
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    _data.writeString(param);
                    // 这个方法时同步的，需要等待远程服务端返回，返回的结果在_reply中读取；
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_execute, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readString();
                 finally 
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                
                return _result;
            
        

        static final int TRANSACTION_execute = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    

    public java.lang.String execute(java.lang.String param) throws android.os.RemoteException;

四、类 Binder、BinderProxy

Binder、BinderProxy 类都是 IBinder 接口的实现类，我们看一下其内部的方法；

4.1 BinderProxy

final class BinderProxy implements IBinder 

    // 在接口远程服务的代理对象的方法中调用transact()
    // 如在ActivityManagerProxy对象的方法中调用transact()
    public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException 
        Binder.checkParcel(this, code, data, "Unreasonably large binder buffer");
        // 最终直接调用Native层接口；
        return transactNative(code, data, reply, flags);
    

    // 调用Native层代码
    public native boolean transactNative(int code, Parcel data, Parcel reply,
            int flags) throws RemoteException;

    BinderProxy() 
        mSelf = new WeakReference(this);
    

 4.2 类 Binder

public class Binder implements IBinder 

    /**
     * Add the calling thread to the IPC thread pool.  This function does
     * not return until the current process is exiting.
     */
    public static final native void joinThreadPool();

    /**
     * Default implementation always returns true -- if you got here,
     * the object is alive.
     */
    public boolean pingBinder() 
        return true;
    

    /**
     * Default implementation is a stub that returns false.  You will want
     * to override this to do the appropriate unmarshalling of transactions.
     *
     * <p>If you want to call this, call transact().
     */
    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;
    

    /**
     * Local implementation is a no-op.
     */
    public void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags) 
    


    // Entry point from android_util_Binder.cpp's onTransact
    // 在android_util_Binder.cpp的onTransact()方法会调用调这个方法；
    // 即在调用BinderProxy.transact()方法后，经过Native层的调用后，最终调用execTransact()方法；
    private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj,
            int flags) 
        Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);
        Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);
        boolean res;    
        try 
            // 调用Binder子类的onTransact()方法；
            res = onTransact(code, data, reply, flags);

         catch (Exception e) 
            reply.setDataPosition(0);
            reply.writeException(e);
            res = true;
        
        reply.recycle();
        data.recycle();
        return res;
    

五、类似的结构

Interface	Native	Proxy	Service
IActivityManager	ActivityManagerNative	ActivityManagerProxy	ActivityManagerService
IApplicationThread	ApplicationThreadNative	ApplicationThreadProxy	ApplicationThread
IServiceManager	ServiceManagerNative	ServiceManagerProxy	/
IPackageManager	IPackageManager.Stub	IPackageManager.Stub.Proxy	PackageManagerService