Android IPC机制(三):浅谈Binder的使用

一、前言

在上一篇博客Android IPC机制(二):AIDL的基本使用方法中，笔者讲述了安卓进程间通讯的一个主要方式，利用AIDL进行通讯，并介绍了AIDL的基本使用方法。其实AIDL方式利用了Binder来进行跨进程通讯，Binder是Android中的一种跨进程通讯方式，其底层实现原理比较复杂，限于笔者水平，不能展开详谈，所以这篇文章主要谈谈以AIDL为例，谈谈Binder的使用方法。

二、原理

上一篇文章中创建了一个IMyAidl.aidl文件，即接口文件，随即编译了该文件，生成了一个.java文件，该文件在gen目录下：



打开该文件，得到如下代码：

<span style="font-size:18px;">/*
* 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，我们先从大体上认识，然后在深入。

（1）从大体上看，该java文件是一个接口，继承了IInterface接口，接着，声明了一个静态内部抽象类：Stub，然后是两个方法，可以看到，这两个方法分别是原IMyAidl.aidl文件内声明的两个方法。

（2）我们看回Stub类，它继承了Binder，同时实现了IMyAidl。这个类实现了自己的接口!那么可想而知，该接口所声明的addPerson,getPersonList方法，将会在Stub类得到实现，具体如何实现，我们展开Stub类：

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）从上往下地，我们逐个分析一下各个方法或者变量的作用：

①Stub()构造方法：此方法调用了父类Binder的attachInterface()方法，将当前的Interface与Binder联系起来，由于传递了DESCRIPTOR这个参数，唯一标识了当前Interface。

②asInterface(IBinder obj) ：静态方法，传递了一个接口对象，该对象从哪里传递进来的呢？我们来看看上一章博客的客户端代码：

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

}

在这里，可以看到，调用了IMyAidl.Stub.asInterface(service)方法，即上面的②号方法，并且把service传递了进去，我们接着往下看：

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);
}

首先判断obj是否有效，如果无效直接返回Null，说明客户端与服务端的连接失败了。接着调用了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法，为IInterface的对象赋值，注意到这里再次传递了DESCRIPTOR参数，可以猜测，这个方法应该是查找与当前Interface相关的一个方法，我们看看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);

大概意思是说，根据descriptor的值，试图为Binder取回一个本地的interface，其中local意思应为当前进程，如果返回值是null,那么应该实例化一个proxy类。在了解了obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)方法后，我们再次回到asInterface(obj)方法，继续往下看：接着是一个if判断，主要判断客户端与服务端是否处于同一进程，如果处于同一进程，那么直接返回了Stub对象本身，如果不是同一个进程，那么就会新建一个Proxy代理类（下面会提到）。

③asBinder():此方法用于返回当前对象本身。

④onTransact(int code,Parcel data,Parcel reply,int flags)：该方法一般运行在服务端中的Binder线程池中，即远程请求会在该方法得到处理。传递的code值用于判断客户端的请求目标，是addPerson或者是getPersonList。我们以请求目标为addPerson()为例分析一下，提取其主要函数体如下：

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;
}

首先声明了_arg0是Person类的对象，接着，以data为参数调用了Person类的CREATOR.createFromParcel方法，反序列化生成了Person类，这也是为什么实现了Parcelable接口的类应该同时实现CREATOR，原来在这里调用了反序列化的方法。接着，调用this.addPerson(_arg0)方法，注意：这里的this代表当前的Binder对象，那么由Binder调用的addPerson(_arg0)方法，实际上是由绑定到Binder的service调用的，即服务端调用了自身的addPerson方法。为了方便明白，让我们来回顾一下上一篇文章服务端的代码：

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()实现的接口，其中的方法在服务端得到了实现：addPerson和getPersonList()。当在Binder线程池中，调用了this.addPerson()方法，实际上回调了服务端的addPerson方法，而底层到底是怎么实现的，限于笔者的水平，暂时不了解，等以后笔者再深入了解Binder的工作机制再回答这个问题。

好了，回到当前的类，我们继续往下看：

⑤private static class Proxy:这里又出现了一个私有的静态内部类，关于这个类将在接下来详细讲述。

⑥最后两行代码分别是两个常量，标志了两个方法，即上面提到的code值。

（4）Proxy类，也实现了IMyAidl接口，同时实现了addPerson和getPersonList的方法。而Proxy类在哪里被实例化的呢？是上面（3）②中，当客户端与服务端不在同一个进程的时候，就会实例化这个代理类，并返回给客户端。什么叫做代理类呢？所谓代理，即一个中介，客户端拿到的实例，能操作服务端的部分功能，让客户端以为自己已经拿到了服务端的实例，其实不是，只是拿到服务端的一个代理而已。接下来我们展开该类，看看内部：

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;
}
}

这里关注两个接口方法的实现：addPerson和getPersonList，这两个方法已经多次出现了，而在代理类实现的这两个方法，是运行在客户端的！！！其主要实现过程是这样的：当客户端拿到代理类，调用addPerson或者getPersonList方法，首先会创建输入型Parcel对象_data和输出型Parcel对象_reply，接着调用①号代码调用transact来发起RPC远程请求，同时当前线程会被挂起，此时，服务端的onTransact会被调用，即上面所说的（3）④号代码，当服务端处理完请求后，会返回数据，当前线程继续执行知道返回
_result结果。

至此，对于IPC的方式之一——AIDL的原理已经剖析完毕，接下来总结一下：

1、客户端发出绑定请求，服务端和客户端绑定在同一个Binder上。客户端执行asInterface()方法，如果客户端和服务端处于同一进程，则直接返回服务端的Stub对象本身，如果处于不同进程，则返回的是Stub.proxy代理类对象。

2、客户端发送远程请求（addPerson或者getPersonList)，此时客户端线程挂起，Binder拿到数据后，对数据进行处理如在不同进程，会把数据写入Parcel，调用Transact方法。

3、触发onTransact方法，该方法运行在Binder线程池，方法中会调用到服务端实现的接口方法，当数据处理完毕后，返回reply值，经过Binder返回客户端，此时客户端线程被唤醒。

三、优化

最后说一说如何优化AIDL，上面提到，客户端发送请求后，会被挂起，这意味着，如果处理数据的时间过长，那么该线程就一直等不到唤醒，这是很严重的，如果在UI线程发送请求，会直接导致ANR，所以我们需要在子线程发送异步请求，这样才能避免ANR。还有一点，Binder可能是意外死亡的，如果Binder意外死亡，那么子线程可能会一直挂起，所以我们要启用重新连接服务。有两个方法，一个是给Binder设置DeathRecipient监听，另一个是在onServiceDisconnected中重连服务。

参考书籍：《Android 开发艺术探索》 任玉刚著，2015年9月第一版