在代碼分析中,我發現Android中只是把Binder理解成進程間通訊的實現,有點狹隘,而是應該站在公共對象請求代理這個高度來理解Binder,Service的概念,這樣我們就會看到不一樣的格局,從這個高度來理解設計意圖,我們才會對Android中的一些天才想法感到驚奇。從Android的外特性概念空間中,我們看不到進程的概念,而是Activity,Service,AIDL,INTENT。一般的如果我作為設計者,在我們的根深蒂固的想法中,這些都是如下的C/S架構,客戶端和服務端直接通過Binder交互數據,打開Binder寫入數據,通過Binder讀取數據,通訊就可以完成了。
該注意到Android的概念中,Binder是一個很低層的概念,上面一層根本都看不到Binder,而是Activity跟一個Service的對象直接通過方法調用,獲取服務。
這個就是Android提供給我們的外特性:在Android中,要完成某個操作,所需要做的就是請求某個有能力的服務對象去完成動作,而無需知道這個通訊是怎樣工作的,以及服務在哪裡。所以Andoid的IPC在本質上屬於對象請求代理架構,Android的設計者用CORBA的概念將自己包裝了一下,實現了一個微型的輕量級CORBA架構,這就是Andoid的IPC設計的意圖所在,它並不是僅僅解決通訊,而是給出了一個架構,一種設計理念,這就是Android的閃光的地方。Android的Binder更多考慮了數據交換的便捷,並且只是解決本機的進程間的通訊,所以不像CORBA那樣復雜,所以叫做輕量級。
所以要理解Android的IPC架構,就需要了解CORBA的架構。而CORBA的架構在本質上可以使用下面圖來表示:
在服務端,多了一個代理器,更為抽象一點我們可以下圖來表示。
分析和CORBA的大體理論架構,我給出下面的Android的對象代理結構。
在結構圖中,我們可以較為清楚的把握Android的IPC包含了如下的概念:
設備上下文包含關於客服端,環境或者請求中沒有作為參數傳遞個操作的上下文信息,應用程序開發者用ContextObject接口上定義的操作來創建和操作上下文。
Android的外特性空間是不需要知道服務在那裡,只要通過代理對象完成請求,但是我們要探究Android是如何實現這個架構,首先要問的是在Client端要完成雲服務端的通訊,首先應該知道服務在哪裡?我們首先來看看Service Manger管理了那些數據。Service Manager提供了add service,check service兩個重要的方法,並且維護了一個服務列表記錄登記的服務名稱和句柄。
Service manager service使用0來標識自己。並且在初始化的時候,通過binder設備使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR ioctl將自己變成了CONTEXT_MGR。Svclist中存儲了服務的名字和Handle,這個Handle作為Client端發起請求時的目標地址。服務通過add_service方法將自己的名字和Binder標識handle登記在svclist中。而服務請求者,通過check_service方法,通過服務名字在service list中獲取到service 相關聯的Binder的標識handle,通過這個Handle作為請求包的目標地址發起請求。
我們理解了Service Manager的工作就是登記功能,現在再回到IPC上,客服端如何建立連接的?我們首先回到通訊的本質:IPC。從一般的概念來講,Android設計者在Linux內核中設計了一個叫做Binder的設備文件,專門用來進行Android的數據交換。所有從數據流來看Java對象從Java的VM空間進入到C++空間進行了一次轉換,並利用C++空間的函數將轉換過的對象通過driver/binder設備傳遞到服務進程,從而完成進程間的IPC。這個過程可以用下圖來表示。
這裡數據流有幾層轉換過程。
(1) 從JVM空間傳到c++空間,這個是靠JNI使用ENV來完成對象的映射過程。
(2) 從c++空間傳入內核Binder設備,使用ProcessState類完成工作。
(3) Service從內核中Binder設備讀取數據。
Android設計者需要利用面向對象的技術設計一個框架來屏蔽掉這個過程。要讓上層概念空間中沒有這些細節。Android設計者是怎樣做的呢?我們通過c++空間代碼分析,看到有如下空間概念包裝(ProcessState@(ProcessState.cpp)
在ProcessState類中包含了通訊細節,利用open_binder打開Linux設備dev/binder,通過ioctrl建立的基本的通訊框架。利用上層傳遞下來的servicehandle來確定請求發送到那個Service。通過分析我終於明白了Bnbinder,BpBinder的命名含義,Bn-代表Native,而Bp代表Proxy。一旦理解到這個層次,ProcessState就容易弄明白了。
下面我們看JVM概念空間中對這些概念的包裝。為了通篇理解設備上下文,我們需要將Android VM概念空間中的設備上下文和C++空間總的設備上下文連接起來進行研究。
為了在上層使用統一的接口,在JVM層面有兩個東西。在Android中,為了簡化管理框架,引入了ServiceManger這個服務。所有的服務都是從ServiceManager開始的,只用通過Service Manager獲取到某個特定的服務標識構建代理IBinder。在Android的設計中利用Service Manager是默認的Handle為0,只要設置請求包的目標句柄為0,就是發給Service Manager這個Service的。在做服務請求時,Android建立一個新的Service Manager Proxy。Service Manager Proxy使用ContexObject作為Binder和Service Manager Service(服務端)進行通訊。