Android10.0 Binder通信原理(十)-AIDL原理分析-Proxy-Stub设计模式
摘要：本节主要来讲解Android10.0 AIDL的通信原理
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[Android取经之路] 系列文章：
《系统启动篇》
- Android系统架构
- Android是怎么启动的
- Android 10.0系统启动之init进程
- Android10.0系统启动之Zygote进程
- Android 10.0 系统启动之SystemServer进程
- Android 10.0 系统服务之ActivityMnagerService
- Android10.0系统启动之Launcher(桌面)启动流程
- Android10.0应用进程创建过程以及Zygote的fork流程
- Android 10.0 PackageManagerService（一）工作原理及启动流程
- Android 10.0 PackageManagerService（二）权限扫描
- Android 10.0 PackageManagerService（三）APK扫描
- Android 10.0 PackageManagerService（四）APK安装流程
《日志系统篇》
- Android10.0 日志系统分析(一)-logd、logcat 指令说明、分类和属性
- Android10.0 日志系统分析(二)-logd、logcat架构分析及日志系统初始化
- Android10.0 日志系统分析(三)-logd、logcat读写日志源码分析
- Android10.0 日志系统分析(四)-selinux、kernel日志在logd中的实现
《Binder通信原理》：
- Android10.0 Binder通信原理(一)Binder、HwBinder、VndBinder概要
- Android10.0 Binder通信原理(二)-Binder入门篇
- Android10.0 Binder通信原理(三)-ServiceManager篇
- Android10.0 Binder通信原理(四)-Native-C\C++实例分析
- Android10.0 Binder通信原理(五)-Binder驱动分析
- Android10.0 Binder通信原理(六)-Binder数据如何完成定向打击
- Android10.0 Binder通信原理(七)-Framework binder示例
- Android10.0 Binder通信原理(八)-Framework层分析
- Android10.0 Binder通信原理(九)-AIDL Binder示例
- Android10.0 Binder通信原理(十)-AIDL原理分析-Proxy-Stub设计模式
- Android10.0 Binder通信原理(十一)-Binder总结
1.概述
上一节我们写了一个AIDL的示例，实现了两个应用之间的通信，这一节我们就来一起探讨下AIDL是如何生效的。
2.什么是AIDL
AIDL:Android Interface Definition Language,即Android接口定义语言。
Android系统中的进程之间不能共享内存，因此，需要提供一些机制在不同进程之间进行数据通信。为了使其他的应用程序也可以访问本应用程序提供的服务，Android系统采用了远程过程调用（Remote Procedure Call，RPC）方式来实现。与很多其他的基于RPC的解决方案一样，Android使用一种接口定义语言（Interface Definition Language，IDL）来公开服务的接口。我们知道4个Android应用程序组件中的3个（Activity、BroadcastReceiver和ContentProvider）都可以进行跨进程访问，另外一个Android应用程序组件Service同样可以。因此，可以将这种可以跨进程访问的服务称为AIDL（Android Interface Definition Language）服务。
3.为什么要用AIDL
Android中每个应用都是独立的进程，拥有自己的虚拟机，虚拟地址，应用之间的内存不止不能互相访问，存在应用隔离，因此两个应用不能像面向对象语言一样直接进行接口的调用。两个进程之间的调用叫做IPC(进程间通信)。在Binder的起始章节，我们了解到Android中进程之间的IPC调用有：管道、共享内存、消息队列、信号量、socket、binder，在《Binder入门篇》中，从性能、安全角度分别讲解了各个IPC通信的优缺点，最终我们选择了Binder。
那么既然我们有了Binder，为什么还要有AIDL呢？
在我们前面的 《Framrwork binder示例》 中，我们知道，通过binder来进行client\server时，我们写了完成的服务创建和client获取流程，在上一节AIDL示例中，我们写完AIDL 编译后，发现生成的IMyService.java文件就和我们在Framework中写的类似，AIDL简化了Binder的代码逻辑，把跟Service交互的逻辑通过工具编译来生成。
4.AIDL通信流程
Client 端和Server端使用同一个AIDL，连包名都需要保持一致。
Server端继承自Service，重载一个onBind()，返回服务实体Stub()，Stub提供了一个asInterface(Binder)的方法，如果是在同一个进程下那么asInterface()将返回Stub对象本身，否则返回Stub.Proxy对象.
Code:
IMyService.Stub mStub = new IMyService.Stub(){...};
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
Log.d(TAG,"onBind");
return mStub;//通过ServiceConnection在activity中拿到MyService
}Client 绑定服务时通过拿到服务Stub.asInterface返回的服务的代理Stub.Proxy()
Code:
myService = IMyService.Stub.asInterface(service);Client和Server交互的简单示意流程：
从上面的示例来看，服务本地拿到了AIDL生成的服务实体Stub()， Client绑定服务后，拿到了服务的代理Stub.proxy()。这和我们在前面Framewok层讲解的比较类似了，Client拿到BinderProxy对象，Server拿到Binder实体对象。
AIDL在这里用到了一个Proxy-Stub (代理-存根)的设计模式，下面我们就这种设计模式来展开说明一下。
Binder通信的数据流转如下图所示：
5.proxy-stub 设计模式
Proxy将特殊性接口转换成通用性接口，Stub将通用性接口转换成特殊性接口，二者之间的数据转换通过Parcel(打包)进行的，Proxy常作为数据发送代理，通过Parcel将数据打包发送，Stub常作为数据接收桩，解包并解析Parcel Data package。
举例理解Proxy-Stub：
假如我们现在要看电视，我是客户Client，遥控器是代理Proxy，电视机是实体(播放画面，展示功能)，遥控器传给电视机的蓝牙、红外参数为Parcel数据。
我按下了遥控器的一些按键-提升音量，遥控器之前跟电视机做了绑定，可以拿到电视机的对象--实体Stub，把按键的操作组装成一个Parcel数据，发给电视机-Server，电视机-Server拿到请求后，执行相应的处理-提升音量，结果返回给遥控器，我们操作完成(这一步其实没有，我们只是假想一下)。这样就完成了Proxy-Stub的数据交互流程。
Proxy和Stub的说明：
- Stub 跟 Proxy 是一对，俗称“代理-存根”，一般用在远程方法调用
- Proxy 的接口供客户端程序调用，然后它内部会把信息包装好，以某种方式传递给 Stub，而后者通过对应的接口作用于服务端系统，从而完成了“远程调用”
- AIDL中，Stub为服务实体；Stub.Proxy()为服务的代理，都是通过Stub.asInterface(IBinder)中获取，可以通过AIDL生成的java文件看出。
public static com.android.myservice.IMyService asInterface(android.os.IBinder obj)
{
if ((obj==null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.android.myservice.IMyService))) {
return ((com.android.myservice.IMyService)iin); //如果是同一进程，返回的是服务Stub本身
}
return new com.android.myservice.IMyService.Stub.Proxy(obj); //如果是不同进程，则返回Stub.Proxy()代理
}6.AIDL原理分析
在上一节，IMyService.aidl编译后，Android Studio自动生成了IMyService.java文件，我们来看看这个文件的内容：
Code:IMyService.java
/*
* This file is auto-generated. DO NOT MODIFY.
*/
package com.android.myservice;
// Declare any non-default types here with import statements
public interface IMyService extends android.os.IInterface
{
/** Local-side IPC implementation stub class. */
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.android.myservice.IMyService
{
private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.android.myservice.IMyService";
/** Construct the stub at attach it to the interface. */
public Stub()
{
this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}
/**
* Cast an IBinder object into an com.android.myservice.IMyService interface,
* generating a proxy if needed.
*/
public static com.android.myservice.IMyService asInterface(android.os.IBinder obj)
{
if ((obj==null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.android.myservice.IMyService))) {
return ((com.android.myservice.IMyService)iin);
}
return new com.android.myservice.IMyService.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
{
java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
switch (code)
{
case INTERFACE_TRANSACTION:
{
reply.writeString(descriptor);
return true;
}
case TRANSACTION_basicTypes:
{
data.enforceInterface(descriptor);
int _arg0;
_arg0 = data.readInt();
long _arg1;
_arg1 = data.readLong();
boolean _arg2;
_arg2 = (0!=data.readInt());
float _arg3;
_arg3 = data.readFloat();
double _arg4;
_arg4 = data.readDouble();
java.lang.String _arg5;
_arg5 = data.readString();
this.basicTypes(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4, _arg5);
reply.writeNoException();
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;
}
default:
{
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
}
}
private static class Proxy implements com.android.myservice.IMyService
{
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 void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, java.lang.String aString) throws android.os.RemoteException
{
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeInt(anInt);
_data.writeLong(aLong);
_data.writeInt(((aBoolean)?(1):(0)));
_data.writeFloat(aFloat);
_data.writeDouble(aDouble);
_data.writeString(aString);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_basicTypes, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
}
finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
}
@Override public int add(int num1, int num2) 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(num1);
_data.writeInt(num2);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
}
finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}
static final int TRANSACTION_basicTypes = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
}
/**
* Demonstrates some basic types that you can use as parameters
* and return values in AIDL.
*/
public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, java.lang.String aString) throws android.os.RemoteException;
public int add(int num1, int num2) throws android.os.RemoteException;
}IMyService.java 的说明：
- 有一个Stub的抽象类，Stub中又有一个Proxy的抽象类
- Stub.asInterface(IBinder) 会根据是同一进行通信，还是不同进程通信，返回Stub()实体，或者Stub.Proxy()代理对象
- Stub()的Binder实体中有个onTransact()函数，在前面的一些Binder Native、Framework的流程，我们知道，服务最终处理的入口就是onTransact()，这里会解析Client传来的 TRANSACTION code ，解析Parcel数据，调用对应的服务接口处理
- Proxy()中存在一个asBinder()，返回的对象为mRemote，就如我们前面Framework了解的，对应的其实是BinderProxy对象。
- Proxy()组装了Client中的AIDL接口的核心实现，组装Parcel数据，调用BinderProxy()的transact()发送TRANSACTION code
AIDL的具体流程如下：
- Client和Server都使用同一个AIDL文件，包名相同，编译后，两边都会生成IMyService.java,其中有Stub实体和Proxy代理两个对象
- Server端通过AndroidManifest.xml 注册Service
- Client通过bindService()获得服务的代理Stub.Proxy()
- Client 调用AIDL的方法add()，其实调用的是IMyService.java中的Stub.Proxy.add(),最终通过BinderProxy.java的transact()向服务端发送
- 通过Binder驱动的流程，进入到服务端的onTransact()，根据Client发送的TRANSACTION code，解析进入相应的流程处理，进入add()
- MyService在被绑定时，有了实体IMyService.Stub，最终进入MyService.java的add()处理，完成接口调用，调用完成后把数据写入Parcel，通过reply发送给Client
7.AIDL的配置方法
AIDL 使用一种简单语法，允许您通过一个或多个方法（可接收参数和返回值）来声明接口。参数和返回值可为任意类型，甚至是 AIDL 生成的其他接口。
您必须使用 Java 编程语言构建 .aidl 文件。每个 .aidl 文件均须定义单个接口，并且只需要接口声明和方法签名。
默认情况下，AIDL 支持下列数据类型：
-
Java 编程语言中的所有原语类型（如 int、long、char、boolean 等）
-
String
-
CharSequence
-
List
List 中的所有元素必须是以上列表中支持的数据类型，或者您所声明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 类型。您可选择将 List 用作“泛型”类（例如，List
-
Map
Map 中的所有元素必须是以上列表中支持的数据类型，或者您所声明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 类型。不支持泛型 Map（如 Map
定义服务接口时，请注意：
方法可带零个或多个参数，返回值或空值。
所有非原语参数均需要指示数据走向的方向标记。这类标记可以是 in、out 或 inout（见下方示例）。
原语默认为 in，不能是其他方向。
oneway 关键字用于修改远程调用的行为。使用此关键字后，远程调用不会屏蔽，而只是发送事务数据并立即返回。最终接收该数据时，接口的实现会将其视为来自 Binder 线程池的常规调用（普通的远程调用）。如果 oneway 用于本地调用，则不会有任何影响，且调用仍为同步调用。
8.总结
Client 通过Proxy向Server进行请求，最终进入Binder Driver，binder根据不同的事务处理，发送给Binder实体，实体中根据不同的TRANSACTION code转入不同的逻辑处理，处理完得到结果后，会把数据组装为Parcel，通过reply发送出来，Client收到reply的数据，进行最终流程处理。
参考：
《Android中AIDL的工作原理》
《从一个例子开始分析AIDL原理》
《Android Binder 完全解析（三）AIDL实现原理分析》
《Android 接口定义语言 (AIDL)》
《Android中AIDL的使用详解》
《从IBinder接口学习Proxy-Stub设计模式》
《Android进程间通信-AIDL实现原理》
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