從AIDL開始談Android進程間Binder通信機制

本文首先概述了Android的進程間通信的Binder機制，然後結合一個AIDL的例子，對Binder機制進行了解析。

概述

我們知道，在Android app中的眾多activity，service等組件可以運行在同一進程中，也可以運行在不同進程中。當組件運行在同一進程中進行通信就顯得比較簡單，在之前的Android線程間通信機制中已經講過了；而當它們運行在不同的進程中時，就需要使用我們本文中所要介紹的Binder機制了。

Binder作為一種進程間通信機制，負責提供遠程調用的功能（RPC），它的系統組件主要包括四種：Client, Server, ServiceManager, Binder Driver. 它們之間的關系如下圖所示：

從圖中我們可以看出，Client, Server, ServiceManager運行在系統的用戶態，而Binder Driver運行在內核態。為了完成Client端到Server端的通信任務，用戶空間的需要操作Binder Driver提供的/dev/binder文件來完成交互。那麼ServiceManager的工作是什麼呢？ServiceManager負責管理Server並向Client端提供一個Server的代理接口（proxy）。通過代理接口中定義的方法，Client端就可以使用Server端提供的服務了。整個過程如下：

Client端調用代理接口的方法，將Client的參數打包為parcel對象發送給內核空間中BinderDriver；

Server端讀取到BinderDriver中的請求數據，將parcel對象解包並處理；

處理好後，將處理結果打包返回給BinderDriver，再交給Client端。

另外，Client端與Server端的調用過程是同步的，即在Server返回結果之前，Client端是阻塞的。調用過程如下所示：

OK，下面我們通過AIDL的一個例子來分析一下以上過程時如何進行的。

AIDL小栗子

首先，創建一個aidl文件“ICalculateAIDL.aidl”，這個接口裡面定義了要對外提供的服務，我們這裡定義了計算加法和減法的函數：

package com.cqumonk.calculate.aidl;

interface ICalculateAIDL {
    int add(int a,int b);
    int minus(int a,int b);
}

創建好後，rebuild一下我們的項目，可以生成同名的java文件。這是一個接口，裡面包含了一個名為Stub的靜態抽象類，以及我們在aidl文件中定義的加減法函數。裡面詳細代碼在後面分析，接口文件結構如下：

然後我們需要實現服務端方面的功能，創建一個service，我們順手把生命周期中各方法都打印出來，並完成加法和減法函數的實現：

public class CalculateService extends Service {
    private static final String TAG="SERVER";
    public CalculateService() {
    }

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        Log.e(TAG,"OnCreate");
    }

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        Log.e(TAG,"onStartCommand");
        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onBind");
        return mBinder;
    }


    @Override
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Log.e(TAG,"onDestroy");
    }

    @Override
    public boolean onUnbind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onUnbind");
        return super.onUnbind(intent);
    }

    @Override
    public void onRebind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onRebind");
        super.onRebind(intent);
    }

    private final ICalculateAIDL.Stub mBinder=new ICalculateAIDL.Stub(){
        @Override
        public int add(int a, int b) throws RemoteException {
            return a+b;
        }

        @Override
        public int minus(int a, int b) throws RemoteException {
            return a-b;
        }
    };
}

在service中，我們使用剛剛生成的ICalculateAIDL.Stub靜態抽象類創建了一個Binder對象，實現了其中有關計算的業務方法，並在onBind方法中返回它。另外我們還需要在manifest文件中對該服務進行注冊：

<service
            android:name=".CalculateService"
            android:enabled="true"
            android:exported="true" >
            <intent-filter>
                <action android:name="com.cqumonk.adil.calculate"/>
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
            </intent-filter>
        </service>

這時候，我們的服務端工作就完成了。我們開始編寫客戶端的代碼來調用這個服務。首先，我們定義一個activity，包含四個按鈕：

然後我們可以在activity中啟動之前定義好的service並調用它所提供的服務：

public class MainActivity extends Activity implements View.OnClickListener {

    Button mBind;
    Button mUnbind;
    Button mAdd;
    Button mMinus;
    TextView txt_res;
    private static final String TAG="CLIENT";
    private ICalculateAIDL mCalculateAIDL;
    private boolean binded=false;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mBind= (Button) findViewById(R.id.btn_bind);
        mUnbind= (Button) findViewById(R.id.btn_unbind);
        mAdd= (Button) findViewById(R.id.btn_add);
        mMinus= (Button) findViewById(R.id.btn_minus);
        txt_res= (TextView) findViewById(R.id.txt_res);

        mBind.setOnClickListener(this);
        mUnbind.setOnClickListener(this);
        mAdd.setOnClickListener(this);
        mMinus.setOnClickListener(this);
    }

    @Override
    protected void onStop() {

        super.onStop();
        unbind();
    }

    private void unbind(){
        if (binded){
            unbindService(mConnection);
            binded=false;
        }
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        int id=v.getId();
        switch (id){
            case R.id.btn_bind:
                Intent intent=new Intent();
                intent.setAction("com.cqumonk.adil.calculate");
                bindService(intent,mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
                break;
            case R.id.btn_unbind:
                unbind();
                break;
            case R.id.btn_add:
                if(mCalculateAIDL!=null){
                    try {
                        int res=mCalculateAIDL.add(3,3);
                        txt_res.setText(res+"");
                    } catch (RemoteException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
            case R.id.btn_minus:
                if(mCalculateAIDL!=null){
                    try {
                        int res=mCalculateAIDL.minus(9,4);
                        txt_res.setText(res+"");
                    } catch (RemoteException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
        }
    }
    private ServiceConnection mConnection=new ServiceConnection() {
        @Override
        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.e(TAG,"connect");
            binded=true;
            mCalculateAIDL=ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);

        }

        @Override
        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
            Log.e(TAG,"disconnect");
            mCalculateAIDL=null;
            binded=false;
        }
    };
}

當我們點擊綁定按鈕，觀察日志：

點擊加法和減法按鈕，都可以完成計算並返回值。然後點擊解綁按鈕：

我們並未發現有連接斷開的日志打印，這時候，我們繼續點擊加減法按鈕，發現仍然可以完成計算功能，這又是為毛呢？我們看到unbind和destroy的日志打印，說明連接已經斷開，service已經被銷毀，但是我們返回的stub對象仍然是可以繼續使用的。而並不是說service仍然在運行。

過程分析

首先，我們調用bindservice方法來啟動了service：

一方面連接成功時調用了serviceConnection的onServiceConnected方法。我們從該方法中獲取到一個Binder對象（注意，這個binder並不是我們在service中實現的那個哦。當service時本apk中的service時，這裡返回的是同一個binder），我們通過此binder來與server進行通信。為了區分，我們稱為clientBinder。

public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.e(TAG,"connect");
            binded=true;
            mCalculateAIDL= ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);     
}

        另一方面，onBind方法返回了我們實現的Stub對象，其實也是一個Binder，用於和Client進行通信。（之前我們定義了一個aidl接口文件，並根據它生成了ICalculateAIDL接口。這個接口中有我們定義的兩個方法以及一個靜態抽象內部類Stub，它是一個Binder的子類。）我們來看一下Stub是如何定義的：

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL

        它繼承了Binder類也實現了ICalculateAIDL接口，我們實現了定義的add和minus方法。我們仍然要強調一下它並不是clientBinder，在負責與clientBinder進行通信交互的同時，它也維護了service描述符與服務端service的映射。

        我們在Client中的onServiceConnected裡調用了stub對象的asInterface方法，並將之前得到的clientBinder傳入：

public static com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);//根據包名獲取本地實現的一個接口的實例，如果是本地service則可以獲取到
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL))) {
                return ((com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL) iin);  //如果得到的實例是ICalculateAIDL的對象，則返回
            }
            return new com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL.Stub.Proxy(obj);//如果無法得到本地實現的對象則會返回一個代理對象
}

        在這個方法中，首先在系統中查找注冊的的service，如果沒有找到，那麼一定是別的apk實現的service，於是返回一個此service的靜態代理類對象供Client調用。我們來看一下這個代理，創建時我們將clientBinder傳入了，同時也它實現了ICalculateAIDL接口：

private static class Proxy implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL {
            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 add(int a, int b) 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(a);  //將參數打包
                    _data.writeInt(b);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);  //調用binderDriver的提供的方法將參數發給服務端
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readInt();  //讀取到返回結果
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }

            @Override
            public int minus(int a, int b) 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(a);
                    _data.writeInt(b);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_minus, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readInt();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }

        代理中也實現了ICalculateAIDL��口定義的方法，我們以add方法為例，裡面將參數打包發送給Server端。在Server端收到請求後，會調用service中我們實現的那個stub對象（mBinder）的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); //調用我們實現好的方法
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result); //把結果返回
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_minus: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    int _arg0;
                    _arg0 = data.readInt();
                    int _arg1;
                    _arg1 = data.readInt();
                    int _result = this.minus(_arg0, _arg1);
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result);
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        調用完成後把結果打包返回給Poxy處理，最後返回給客戶端。

總結

        由上面的例子我們可以看出，在跨進程通信的時候，Client端使用的Poxy裡面封裝了一個binder與Server端的stub（也是一個binder對象）進行交互，兩個binder作為接口調用BinderDriver的transact來發送數據包，以及onTransact接收處理數據包。

        通過結合AIDL例子，我們對Android進程間的通信機制進行了分析，如果有錯誤的地方，歡迎指正。

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