Android IPC機制(三):淺談Binder的使用

playniuniu 8年前發布 | 32K 次閱讀 ipc Android開發移動開發 Android

一、前言

在上一篇文章Android IPC機制(二):AIDL的基本使用方法中，筆者講述了安卓進程間通訊的一個主要方式，利用AIDL進行通訊，并介紹了AIDL的基本使用方法。其實AIDL方式利用了Binder來進行跨進程通訊，Binder是Android中的一種跨進程通訊方式，其底層實現原理比較復雜，限于筆者水平，不能展開詳談，所以這篇文章主要談談以AIDL為例，談談Binder的使用方法。

二、原理

上一篇文章中創建了一個IMyAidl.aidl文件，即接口文件，隨即編譯了該文件，生成了一個.java文件，該文件在gen目錄下：

IMyAidl.java所在路徑

打開該文件，得到如下代碼：

* 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>  
}

其中省略了一部分，我們先從大體上認識，然后在深入。
（1）從大體上看，該java文件是一個接口，繼承了IInterface接口，接著，聲明了一個靜態內部抽象類：Stub，然后是兩個方法，可以看到，這兩個方法分別是原IMyAidl.aidl文件內聲明的兩個方法。
（2）我們看回Stub類，它繼承了Binder，同時實現了IMyAidl。這個類實現了自己的接口!那么可想而知，該接口所聲明的addPerson,getPersonList方法，將會在Stub類得到實現，具體如何實現，我們展開Stub類：

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）從上往下地，我們逐個分析一下各個方法或者變量的作用：
①Stub()構造方法：此方法調用了父類Binder的attachInterface()方法，將當前的Interface與Binder聯系起來，由于傳遞了DESCRIPTOR這個參數，唯一標識了當前Interface。

②asInterface(IBinder obj) ：靜態方法，傳遞了一個接口對象，該對象從哪里傳遞進來的呢？我們來看看上一章博客的客戶端代碼：

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

        }

在這里，可以看到，調用了IMyAidl.Stub.asInterface(service)方法，即上面的②號方法，并且把service傳遞了進去，我們接著往下看：

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);  
        }

首先判斷obj是否有效，如果無效直接返回Null，說明客戶端與服務端的連接失敗了。接著調用了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法，為IInterface的對象賦值，注意到這里再次傳遞了DESCRIPTOR參數，可以猜測，這個方法應該是查找與當前Interface相關的一個方法，我們看看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);

大概意思是說，根據descriptor的值，試圖為Binder取回一個本地的interface，其中local意思應為當前進程，如果返回值是null,那么應該實例化一個proxy類。在了解了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法后，我們再次回到asInterface(obj)方法，繼續往下看：接著是一個if判斷，主要判斷客戶端與服務端是否處于同一進程，如果處于同一進程，那么直接返回了Stub對象本身，如果不是同一個進程，那么就會新建一個Proxy代理類（下面會提到）。

③asBinder():此方法用于返回當前對象本身。

④onTransact(int code,Parcel data,Parcel reply,int flags)：該方法一般運行在服務端中的Binder線程池中，即遠程請求會在該方法得到處理。傳遞的code值用于判斷客戶端的請求目標，是addPerson或者是getPersonList。我們以請求目標為addPerson()為例分析一下，提取其主要函數體如下：

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;  
                }

首先聲明了_arg0是Person類的對象，接著，以data為參數調用了Person類的CREATOR.createFromParcel方法，反序列化生成了Person類，這也是為什么實現了Parcelable接口的類應該同時實現CREATOR，原來在這里調用了反序列化的方法。接著，調用this.addPerson(_arg0)方法，注意：這里的this代表當前的Binder對象，那么由Binder調用的addPerson(_arg0)方法，實際上是由綁定到Binder的service調用的，即服務端調用了自身的addPerson方法。為了方便明白，讓我們來回顧一下上一篇文章服務端的代碼：

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;  
        }  
    };

是不是一下子就明白了？IMyAidl.Stub()實現的接口，其中的方法在服務端得到了實現：addPerson和getPersonList()。當在Binder線程池中，調用了this.addPerson()方法，實際上回調了服務端的addPerson方法，而底層到底是怎么實現的，限于筆者的水平，暫時不了解，等以后筆者再深入了解Binder的工作機制再回答這個問題。

好了，回到當前的類，我們繼續往下看：
⑤private static class Proxy:這里又出現了一個私有的靜態內部類，關于這個類將在接下來詳細講述。

⑥最后兩行代碼分別是兩個常量，標志了兩個方法，即上面提到的code值。

（4）Proxy類，也實現了IMyAidl接口，同時實現了addPerson和getPersonList的方法。而Proxy類在哪里被實例化的呢？是上面（3）②中，當客戶端與服務端不在同一個進程的時候，就會實例化這個代理類，并返回給客戶端。什么叫做代理類呢？所謂代理，即一個中介，客戶端拿到的實例，能操作服務端的部分功能，讓客戶端以為自己已經拿到了服務端的實例，其實不是，只是拿到服務端的一個代理而已。接下來我們展開該類，看看內部：

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;  
            }  
        }

這里關注兩個接口方法的實現：addPerson和getPersonList，這兩個方法已經多次出現了，而在代理類實現的這兩個方法，是運行在客戶端的！！！其主要實現過程是這樣的：當客戶端拿到代理類，調用addPerson或者getPersonList方法，首先會創建輸入型Parcel對象_data和輸出型Parcel對象_reply，接著調用①號代碼調用transact來發起RPC遠程請求，同時當前線程會被掛起，此時，服務端的onTransact會被調用，即上面所說的（3）④號代碼，當服務端處理完請求后，會返回數據，當前線程繼續執行知道返回 _result結果。

至此，對于IPC的方式之一——AIDL的原理已經剖析完畢，接下來總結一下：

1、客戶端發出綁定請求，服務端返回一個Binder對象，該對象能處理跨進程請求，而客戶端拿到的是Binder對象的引用，Binder的實體是在服務端的。客戶端執行asInterface()方法，如果客戶端和服務端處于同一進程，則直接返回服務端的Stub對象本身，如果處于不同進程，則返回的是Stub.proxy代理類對象。
2、客戶端發送遠程請求（addPerson或者getPersonList)，此時客戶端線程掛起，Binder拿到數據后，對數據進行處理如在不同進程，會把數據寫入Parcel，調用Transact方法。
3、觸發onTransact方法，該方法運行在Binder線程池，方法中會調用到服務端實現的接口方法，當數據處理完畢后，返回reply值，經過Binder返回客戶端，此時客戶端線程被喚醒。

三、優化

最后說一說如何優化AIDL，上面提到，客戶端發送請求后，會被掛起，這意味著，如果處理數據的時間過長，那么該線程就一直等不到喚醒，這是很嚴重的，如果在UI線程發送請求，會直接導致ANR，所以我們需要在子線程發送異步請求，這樣才能避免ANR。還有一點，Binder可能是意外死亡的，如果Binder意外死亡，那么子線程可能會一直掛起，所以我們要啟用重新連接服務。有兩個方法，一個是給Binder設置DeathRecipient監聽，另一個是在onServiceDisconnected中重連服務。

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