Android的IPC机制（二）——AIDL实现原理简析

综述

　　上篇说到AIDL的使用方法，我们不能仅仅只是满足对AIDL的使用，那么对于AIDL到底是如何实现的呢？为什么我们只是创建一个AIDL文件，系统就会为我们自动生成一个Java文件，那么这个Java文件里面到底包含了哪些内容呢？我们今天就来研究一下。

AIDL实现原理

　　在这里我们首先看一下AIDL是怎么实现的。当我们创建一个Service和一个AIDL接口的时候，然后创建一个Binder对象并在Service中的onBind方法中去返回这个Binder对象到客户端，客户端得到这个对象后就可以绑定服务端的Service，并且与服务端建立连接后就可以访问服务端的方法了。所以在整个AIDL的实现过程中这个Binder是关键。那么这个Binder究竟是什么呢？在这里简要说明一下。

　　Binder是一种进程间的通信方式。Binder在Linux 内核中是一个驱动程序(/dev/binder)，ServiceManager通过这个Binder驱动连接各种Manager(AvtivityManager,WindowManager等)。在Android的应用层中通过Binder实现Android的RPC（Remote Procedure Call 远程进程调用）过程。

　　以上篇文章中的加法运算为例分析来一下Binder在应用层的实现机制，我们可以看到在服务端通过new ICalculate.Stub()来创建一个Binder对象，那么我们找到ICalculate的Java代码。 也就是系统根据我们的AIDL接口自动生成Java文件。

/*
* This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
* Original file: G:\\Android\\androidstudioProject\\aidl\\AIDLClient\\app\\src\\main\\aidl\\com\\ljd\\aidl\\ICalculate.aidl
*/
package com.ljd.aidl;
// Declare any non-default types here with import statements

public interface ICalculate extends android.os.IInterface {
/** Local-side IPC implementation stub class. */
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.ljd.aidl.ICalculate {
private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.ljd.aidl.ICalculate";
/** Construct the stub at attach it to the interface. */
public Stub() {
this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}
/**
* Cast an IBinder object into an com.ljd.aidl.ICalculate interface,
* generating a proxy if needed.
*/
public static com.ljd.aidl.ICalculate asInterface(android.os.IBinder obj) {
if ((obj==null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.ljd.aidl.ICalculate))) {
return ((com.ljd.aidl.ICalculate)iin);
}
return new com.ljd.aidl.ICalculate.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_add: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
int _arg0;
_arg0 = data.readInt();
int _arg1;
_arg1 = data.readInt();
int _result = this.add(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

private static class Proxy implements com.ljd.aidl.ICalculate {
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;
}
/**
* Demonstrates some basic types that you can use as parameters
* and return values in AIDL.
*/
@Override
public int add(int first, int second) 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.writeInt(first);
_data.writeInt(second);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}
static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
}
/**
* Demonstrates some basic types that you can use as parameters
* and return values in AIDL.
*/
public int add(int first, int second) throws android.os.RemoteException;
}

　　其实这段代码很有规律可寻的。能够看出ICalculate 是一个继承IInterface的接口，IInterface中只声明了一个asBinder接口，用于返回Binder对象。所有在Binder传输的接口都必须继承这个IInterface接口。在ICalculate的java接口中再次声明了AIDL中的方法并且创建了一个继承Binder的内部抽象类Stub。也就是说这个Stub也就是一个Binder。

　　在服务端我们通过new ICalculate.Stub()来创建一个Binder对象，我们来看一下这个Stub里面的内容。Stub内定义了一个DESCRIPTOR作为Binder的唯一标识，定义了一个TRANSACTION_add 作为接口方法的id。下面看一下asInterface()方法。

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

　　这个方法是在客户端被调用，运行在主线程当中，是将服务端返回来的Binder对象转为客户端所需要的接口对象。通过Binder对象的queryLocalInterface方法去查找客户端进程中是否存在所需要的接口对象。存在的话就直接返回这个接口对象。也就是说这时候客户端和服务端在同一个进程内。若是不存在，就创建一个Proxy对象。Proxy是Stub的一个内部代理类。我们看一下Proxy里面到底做了什么。

private static class Proxy implements com.ljd.aidl.ICalculate {
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;
}
/**
* Demonstrates some basic types that you can use as parameters
* and return values in AIDL.
*/
@Override
public int add(int first, int second) 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.writeInt(first);
_data.writeInt(second);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}

　　在跨进程通信中，由于是在asInterface方法中创建了一个Proxy对象，所以，Proxy也是运行在客户端的主线程中。在Proxy类中实现了ICalculate接口，定义了IBinder接口对象。通过实现asBinder接口返回这个IBinder接口对象。而对于我们自己定义的add接口方法中创建两个Parcel对象_data和_reply （Parcel可以说是一个存放读取数据的容器，在Parcel内部包装了可序列化的数据，并且可以在Binder中自由的传输)。我们可以很清晰看出_data对象写入了我们传入的参数，而_reply 则是用来存放方法的返回值。紧接着调用了Binder的transact方法。在transact方法方法中将方法id,_data,_reply作为参数传入进去。下面看一下Binder的transact方法。

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;
}

　　我们可以很明显的看到在transact方法中调用了onTransact方法并返回了一个boolean类型。当返回false的时候客户端请求就会失败。在Stub中我们重写onTransact方法。下面我们看一下onTransact方法。

　　

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_add: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
int _arg0;
_arg0 = data.readInt();
int _arg1;
_arg1 = data.readInt();
int _result = this.add(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

　　在onTransact方法中我们会根据code来判断所需要执行的方法，通过data取出所需要的参数，然后执行该方法，若是有返回值则将将返回值写入reply中。在这里Parcel对象data和reply读写顺序要严格保持一致。

　　可以看出Binder运行的整个流程也就是：当客户端绑定服务端发起远程请求，客户端进程处于休眠，当前线程处于挂起状态。然后服务端开始执行，执行完毕后将结果返回给客户端。然后客户端继续执行。

　　这也说明了当远程方法是一个很耗时的操作时，我们不应该在主线程中发起请求。而服务端的Binder方法在Binder线程池中运行，所以Binder不论是否耗时都不应该重新为他在开启一个线程。

　　到这里AIDL中Binder的工作机制已经分析完了。现在我们可以发现完全不用AIDL文件也能够实现跨进程的方法调用。那么我们自己来写一个Binder去实现服务端与客户端的跨进程的方法调用。

自定义Binder的实现

实现过程

　　在这里我们创建一个继承IInterfaceJava接口，在接口里面我们去声明算术的加减法运算。

package com.ljd.binder.custombinder;

import android.os.IInterface;

public interface ICalculate extends IInterface {

static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_sub = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);

public int add(int first, int second) throws android.os.RemoteException;

public int sub(int first, int second) throws android.os.RemoteException;
}

　　然后我们再去实现这个接口。

package com.ljd.binder.custombinder;

import android.os.Binder;
import android.os.IBinder;
import android.os.IInterface;
import android.os.Parcel;
import android.os.RemoteException;
import android.util.Log;

/**
* Created by ljd-PC on 2016/2/21.
*/
public class Calculate extends Binder implements ICalculate{

private final String TAG = "Calculate";
private static final String DESCRIPTOR = "com.ljd.binder.ICalculate";

@Override
public void attachInterface(IInterface owner, String descriptor) {
this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}
public static ICalculate asInterface(IBinder obj) {
if ((obj == null)) {
return null;
}
IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin != null) && (iin instanceof ICalculate))) {
return (ICalculate) iin;
}
return new Proxy(obj);
}

@Override
protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
switch (code) {
case INTERFACE_TRANSACTION: {
reply.writeString(DESCRIPTOR);
return true;
}
case TRANSACTION_add: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
int _arg0;
_arg0 = data.readInt();
int _arg1;
_arg1 = data.readInt();
int _result = this.add(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
return true;
}
case TRANSACTION_sub: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
int _arg0;
_arg0 = data.readInt();
int _arg1;
_arg1 = data.readInt();
int _result = this.sub(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

@Override
public int add(int first, int second) throws RemoteException {
Log.e(TAG,String.valueOf(first+second));
return first + second;
}

@Override
public int sub(int first, int second) throws RemoteException {
return first - second;
}

@Override
public IBinder asBinder() {
return null;
}

private static class Proxy implements ICalculate {
private IBinder mRemote;

Proxy(IBinder remote) {
mRemote = remote;
}

@Override
public IBinder asBinder() {
return mRemote;
}

public String getInterfaceDescriptor() {
return DESCRIPTOR;
}

@Override
public int add(int first, int second) throws RemoteException {
Parcel _data = Parcel.obtain();
Parcel _reply = Parcel.obtain();
int _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeInt(first);
_data.writeInt(second);
mRemote.transact(TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}

@Override
public int sub(int first, int second) throws RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
int _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeInt(first);
_data.writeInt(second);
mRemote.transact(TRANSACTION_sub, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}
}

　　在这里创建一个Service。

package com.ljd.binder.custombinder;

import android.app.Service;
import android.content.Intent;
import android.os.IBinder;

public class CalculateService extends Service {
private Calculate mCalculate;
public CalculateService() {
mCalculate = new Calculate();
}

@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
return mCalculate;
}
}

　　在上篇文章中说过我们可以通过android:process 属性为服务端开启一个进程。

<service
android:name=".custombinder.CalculateService"
android:process=":remote">
<intent-filter>
<action android:name="com.ljd.binder.CUSTOM_BINDER"></action>
<category android:name="android.intent.category.DEFAULT"></category>
</intent-filter>
</service>

　　其中:remote是一种简写法，全称为com.ljd.binder.custombinder:remote。以:开头的进程是属于当前应用的私有进程，其他应用的组件不能和他运行在同一个进程中。

　　下面是客户端代码。

package com.ljd.binder.custombinder;

import android.content.ComponentName;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.content.ServiceConnection;
import android.os.IBinder;
import android.os.RemoteException;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.widget.Toast;

import com.ljd.binder.*;

import butterknife.ButterKnife;
import butterknife.OnClick;

public class CustomBinderActivity extends AppCompatActivity {

private final String TAG = "CustomBinderActivity";
private ICalculate mCalculate;
private IBinder.DeathRecipient mDeathRecipient = new IBinder.DeathRecipient() {
@Override
public void binderDied() {
if(mCalculate != null){
mCalculate.asBinder().unlinkToDeath(mDeathRecipient,0);
mCalculate = null;
bindService();
}
}
};
private ServiceConnection mConnection = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
Log.e(TAG,"Bind Success");
mCalculate = Calculate.asInterface(service);
try {
mCalculate.asBinder().linkToDeath(mDeathRecipient,0);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}

@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
mCalculate = null;
}
};

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_custom_binder);
ButterKnife.bind(this);
bindService();
}

@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
ButterKnife.unbind(this);
unbindService(mConnection);
}

@OnClick({R.id.custom_add_btn,R.id.custom_sub_btn})
public void onClickButton(View v){
if (mCalculate == null){
return;
}
switch (v.getId()){
case R.id.custom_add_btn:
try {
Toast.makeText(this,String.valueOf(mCalculate.add(6,2)),Toast.LENGTH_SHORT).show();
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
break;
case R.id.custom_sub_btn:
try {
Toast.makeText(this,String.valueOf(mCalculate.sub(6,2)),Toast.LENGTH_SHORT).show();
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
break;
default:
break;
}
}

private void bindService(){
Intent intent = new Intent("com.ljd.binder.CUSTOM_BINDER");
bindService(intent,mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
}

}

效果演示

总结

　　我们现在自己已经实现了跨进程间的调用。而且我们构建的这个Binder几乎和系统生成的一模一样。所以AIDL就是对Binder进行了一次封装，并且能够支持多线程并发访问。通过AIDL的使用能够大大简化了我们开发过程，节约了我们的开发时间。

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