Android Binder 機制

安卓開發 · 發表 2018-11-19 12:15:57

摘要：講 Android Binder機制的文章非常多,這篇文章主要是理一下我對 Binder 的理解。本文不是一篇介紹 Binder 的文章,也不是一篇探討 Binder 實現的文章。本文會以 AndroidStudio 根據 aidl介面自動產生的 java檔案來看 Binde...

講 Android Binder機制 的文章非常多,這篇文章主要是理一下我對 Binder 的理解。本文不是一篇介紹 Binder 的文章,也不是一篇探討 Binder 實現的文章。

本文會以 AndroidStudio 根據 aidl介面 自動產生的 java檔案 來看 Binder ,進而來理解 Binder機制 。

其實Android的Binder機制類似於: ofollow,noindex">RPC(遠端過程呼叫) 。如果你理解它，相信 Binder 機制就更容易理解了。

首先我們使用 AndroidStudio 來定義一個 aidl 介面:

interface IUserManager {
int getUserAge(in String userName);
}

然後我們來直接看一個由 AndroidStudio 根據自定義的 aidl 介面 IUserManager 產生的 IUserManager.java 檔案。

這個檔案我們來分3個部分看:

IUserManager介面結構

public interface IUserManager extends android.os.IInterface {

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.susion.demo.aidl.IUserManager {..}

public int getUserAge(java.lang.String userName) throws android.os.RemoteException;
}

這個介面的結構還是很簡單的:

它繼承自 android.os.IInterface 。
定義了一個待實現的方法 int getUserAge()
定義了一個 Stub 類。這個類繼承自 Binder ，並實現了 IUserManager 介面。

int getUserAge() 這個方法就是我們 IUserManager介面 的方法。而 android.os.IInterface 是什麼呢？先看一下它在原始碼中的定義:

/**
 * Base class for Binder interfaces.When defining a new interface,
 * you must derive it from IInterface.
 */
public interface IInterface
{
/**
* Retrieve the Binder object associated with this interface.
* You must use this instead of a plain cast, so that proxy objects
* can return the correct result.
*/
public IBinder asBinder(); //IBinder是Binder的抽象介面
}

即他是所有 Binder 都要實現的介面, 為什麼呢？舉一個我們都熟悉的場景 :

比如 ApplicationThread ， ActivityManagerService (執行在服務端程序)就可以通過它來呼叫我們客戶端的方法。我們會把這些方法抽象為一個介面（ IApplicationThread ），這個介面可以理解為我們告訴服務端，你可以對客戶端執行哪些操作。

我們還知道 ApplicationThread 其實他就是一個 Binder 。所以這兩者一結合就可以這麼說 ApplicationThread : 客戶端提供給服務端一個 Binder ,通過這個 Binder 服務端可以對客戶端做一些操作,這些操作具體定義在 IApplicationThread 介面中。

我們稱 IApplicationThread 為 ApplicationThread 這個 Binder 的功能。 所以 Binder 除了可以理解為系統給我們提供的一個跨程序通訊的物件。我們在用 Binder 通訊時，還可以說 Binder 是一個具有某些功能的一個物件。

那麼怎麼表示 Binder 有功能呢？ 即要繼承 IInterface 。 IInterface 可以表示 Binder 有功能，不然你想一個，那麼多 Binder 都只實現自己的介面, 那麼系統層就不好操作了，它總不能向下強轉為 Binder 吧，所以Android定義了一個更高層級的介面 IInterface 。描述 Binder 功能的介面必須繼承自這個介面。

重點: Binder、Binder的功能(IApplicationThread)、IInterface它們都在同一個物件上 -> ApplicationThread

Stub

它是 IUserManager 的內部靜態類，看一下它的具體宣告:

static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.susion.demo.aidl.IUserManager

即它是一個 Binder ,可以用來跨程序通訊。它具有 IUserManager 定義的功能。

看一下它的具體結構:

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.susion.demo.aidl.IUserManager {

private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.susion.demo.aidl.IUserManager";

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

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

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

@Override
public android.os.IBinder asBinder() {retun this;}

@Override
public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {...}

private static class Proxy implements com.susion.demo.aidl.IUserManager {...}

}

我們還是一個一個的看一下:

`DESCRIPTOR`

基於我們前面的解釋，我們知道在跨程序通訊中 Binder 物件具有某種功能-> IInterface 。但是 Binder 通訊機制中那麼多 Binder 都有 IInterface 。那麼系統怎麼識別哪個 Binder 是哪個 Binder 呢？所以 IInterface 只是一個能力的抽象， DESCRIPTOR 就是來表示具體是哪一個功能 IInterface 。

`TRANSACTION_userCount`

即功能下的哪個操作。

Stub建構函式

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

即一個 Stub ( Binder )在構造的時候，就標識好了自己的具體功能 IInterface(IUserManager) 。來看一下 attachInterface(this, DESCRIPTOR) 做了什麼:

//Binder.java
public void attachInterface(@Nullable IInterface owner, @Nullable String descriptor) {
mOwner = owner;
mDescriptor = descriptor;
}

即，Binder在內部會用 IInterface 來儲存自己的功能。和這個功能更對應的唯一描述 descriptor ,方便在通訊的時候尋找。

asBinder()

自己返回自己，因為自己本身就是個 Binder 呀。

onTransact()

當其他程序想跨程序呼叫我這個 Binder 的功能時，必須通過這個方法來溝通。這個方法我們最後再來看。

`asInterface(android.os.IBinder obj)`

即接收一個 IBinder (這個IBinder是系統傳入的), 把這個 IBinder 轉化為它所具有功能介面。 其實這裡就是 Binder 跨程序通訊的一個核心 。那怎麼轉化的呢？

呼叫者和Binder物件位於同一個程序

那麼系統就會直接傳給你在這個程序建立的 Stub (Binder)。所以 obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR) :

publicIInterface queryLocalInterface(String descriptor) {
if (mDescriptor.equals(descriptor)) {
return mOwner;
}
return null;
}

即如果 引數descriptor 和這個 Binder的功能唯一描述相同 。就會返回 Binder 的功能 mOwner 。

呼叫者和Binder物件不在同一個程序

這時系統實際傳的是一個 BinderProxy , 你可以理解為它是另一個程序中的 Binder 的替身。我們就可以把它當成另一個程序的 Binder 。我們看一下 BinderProxy 的 queryLocalInterface() 方法:

/**
* Retrieve a local interface - always null in case of a proxy
*/
public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) {
return null;
}

所以此時 asInterface() 返回的是: IUserManager.Stub.Proxy(obj) , 即代理物件，它代理了 BinderProxy 。

IUserManager.Stub.Proxy

它是 Stub 的靜態內部類,如果呼叫者和 Binder 不在同一個程序的話，呼叫者拿到的實際是它:

private static class Proxy implements com.didi.virtualapk.demo.aidl.IUserManager {
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 int getUserAge(java.lang.String userName) throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
int _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeString(userName);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getUserAge, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}

我們前面說了它其實是 BinderProxy 的代理。為什麼要對 BinderProxy 加這個代理呢？看一下 getUserAge() :

public int getUserAge(java.lang.String userName) throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
int _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeString(userName);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getUserAge, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}

即是呼叫 mRemote.transact() (BinderProxy的)方法。 Stub.TRANSACTION_getUserAge 是要呼叫的遠端 Binder 方法的 getUserAge() 對應的描述符。

_data 是序列化後的入參、 _reply 是序列化後的返回值。可以看到 _data 所攜帶的引數是需要序列化的， _reply 所帶的內容是被序列化的，所以讀取要反序列化。

所以 IUserManager.Stub.Proxy 類的作用就是在跨程序呼叫時對傳給 mRemote(BinderProxy) 的引數做序列化，對 mRemote(BinderProxy) 返回值做反序列化。 引數的接受者和返回者是 BinderProxy

具體呼叫 Binder 的能力是使用 BinderProxy 的 transact() 方法, 它是跨程序通訊的核心 , 我們來看一下這個方法:

public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
...
return transactNative(code, data, reply, flags); // native 方法
}

省略了不重要的程式碼。即 BinderProxy 是通過 transactNative 來與遠端 Binder 跨程序通訊的。具體怎麼實現，這裡就不追究了。

Stub.onTransact()

我們前面沒有看這個方法，這裡我們來看一下:

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_getUserAge: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
java.lang.String _arg0;
_arg0 = data.readString();
int _result = this.getUserAge(_arg0);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

根據 IUserManager.Stub.Proxy 我們知道，如果不在同一個程序，那麼引數是被序列化後傳過來的， 所以這個方法是用來對入參做反序列化，並對返回值做序列化的 。

最後我們用一張圖來總結 Binder程序通訊機制 :

Binder機制.png

參考:

Android 進階9：程序通訊之 AIDL 解析

Binder學習指南