Android IPC机制（二）Binder的工作机制

Binder的理解

Binder是Android中的一个类，它实现了IBinder接口。
从各个角度来说明Binder:

IPC	Android Framework	Android应用层
是Android中的一种跨进程通信方式；还可以理解为一种虚拟的物理设备，该方式在Linux中没有	是ServiceManager连接各种Manager和相应ManagerService的桥梁	是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService的时候，服务端会返回一个包含服务端业务调用的Binder对象，通过这个对象，客户端可以获取服务端提供的服务（普通服务和基于AIDL的服务）或数据

Binder主要用在Service中，包括AIDL和Messenger，其中普通Service中的Binder不涉及进程间通信，而Messenger的底层其实是AIDL，所以选用AIDL来分析Binder的工作机制

新建一个AIDL实例

SDK会自动为我们生成AIDL所对应的Binder类
先新建三个文件Book.java，Book.aidl，IBookManager.aidl
目录如下：

Book.java

package com.example.aidlapplication;

import android.os.Parcel;
import android.os.Parcelable;

public class Book implements Parcelable {
    public int bookId;
    public String bookName;

    public Book(int bookId, String bookName) {
        this.bookId = bookId;
        this.bookName = bookName;
    }

    @Override
    public int describeContents() {
        return 0;
    }

    @Override
    public void writeToParcel(Parcel out, int flags) {
        out.writeInt(bookId);
        out.writeString(bookName);
    }

    public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>() {
        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel in) {
            return new Book(in);
        }

        @Override
        public Book[] newArray(int size) {
            return new Book[size];
        }
    };

    private Book(Parcel in) {
        bookId = in.readInt();
        bookName = in.readString();
    }
}

Book.aidl

// Book.aidl
package com.example.aidlapplication;

parcelable Book;

IBookManager.aidl

// IBookManager.aidl
package com.example.aidlapplication;

// Declare any non-default types here with import statements
import com.example.aidlapplication.Book;
interface IBookManager {
   List<Book> getBookList();
void addBook(in Book book);
}

上面三个文件中，Book.aidl是Book类在AIDL中的声明。IBookManager.aidl是我们定义的一个接口，里面有两个方法：getBookList（从远程服务端获取图书列表）和addBook（往图书列表中添加一本书）

注：尽管Book类已经和IBookManager位于相同的包中，但是在IBookManager中仍然要导入Book类

生成Binder类

此时如果build就会在generated目录下找到一个IBookManager.java，这就是系统为IBookManager.aidl生成的Binder类，

但是我们发现虽然生成了Binder类，却可能会报找不到Book类的错误

我们在Module:app的gradle的android{}中加如下代码，就能解决了。

sourceSets {
    main {
        manifest.srcFile 'src/main/AndroidManifest.xml'
        java.srcDirs = ['src/main/java', 'src/main/aidl']
        resources.srcDirs = ['src/main/java', 'src/main/aidl']
        aidl.srcDirs = ['src/main/aidl']
        res.srcDirs = ['src/main/res']
        assets.srcDirs = ['src/main/assets']
    }
}

IBookManager.java

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 * Original file: E:\\AndroidStudioProjects\\AIDLApplication\\app\\src\\main\\aidl\\com\\example\\aidlapplication\\IBookManager.aidl
 */
package com.example.aidlapplication;

public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
     * 内部类Stub就是一个Binder类
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.aidlapplication.IBookManager {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.aidlapplication.IBookManager";

        /**
         * Construct the stub at attach it to the interface.
         */
        public Stub() {
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.example.aidlapplication.IBookManager interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.example.aidlapplication.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.example.aidlapplication.IBookManager))) {
                return ((com.example.aidlapplication.IBookManager) iin);
            }
            return new com.example.aidlapplication.IBookManager.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_getBookList: {
                    data.enforceInterface(descriptor);
                    java.util.List<com.example.aidlapplication.Book> _result = this.getBookList();
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeTypedList(_result);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_addBook: {
                    data.enforceInterface(descriptor);
                    com.example.aidlapplication.Book _arg0;
                    if ((0 != data.readInt())) {
                        _arg0 = com.example.aidlapplication.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
                    } else {
                        _arg0 = null;
                    }
                    this.addBook(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    return true;
                }
                default: {
                    return super.onTransact(code, data, reply, flags);
                }
            }
        }

        private static class Proxy implements com.example.aidlapplication.IBookManager {
            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 java.util.List<com.example.aidlapplication.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.util.List<com.example.aidlapplication.Book> _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.createTypedArrayList(com.example.aidlapplication.Book.CREATOR);
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }

            @Override
            public void addBook(com.example.aidlapplication.Book book) 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 ((book != null)) {
                        _data.writeInt(1);
                        book.writeToParcel(_data, 0);
                    } else {
                        _data.writeInt(0);
                    }
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
            }
        }
        
        //这两个id用于标识在transact过程中客户端所请求的到底是哪个方法
        static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
        static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    }

    public java.util.List<com.example.aidlapplication.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;

    public void addBook(com.example.aidlapplication.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

IBookManager.java这个类继承了IInterface这个接口，同时它自己也是个接口，这个接口的核心实现就是它的内部类Stub和Stub的内部代理类Proxy。所有可以在Binder中传输的接口都需要继承IInterface接口

IBookManager.java这个类的结构：

这两个类中每个方法的含义：

DESCRIPTOR

Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示

asInterface

用于将服务端的Binder对象转换成客户端所需的AIDL接口类型的对象，这种转换过程是区分进程的，如果客户端和服务端位于同一进程，那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身，否则返回的是系统封装后的Stub.proxy对象

asBinder

此方法用于返回当前Binder对象

onTransact

运行在服务端中的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法处理。
该方法的原型为 public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) 。服务端通过code可以确定客户端所请求的目标方法是什么，接着从data中取出目标方法所需的参数(如果目标方法有参数的话)，然后执行目标方法。当目标方法执行完毕后，就向reply中写入返回值(如果目标方法有返回值的话)，onTransact方法的执行过程就是这样的。需要注意的是，如果此方法返回false，那么客户端的请求会失败，因此我们可以利用这个特性来做权限验证，毕竟我们不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

Proxy

当客户端和服务端都位于同一个进程时，方法调用不会走跨进程的transact过程，而当两者位于不同进程时，方法调用需要走transact过程，这个逻辑由它来完成

它里面的两个方法：

getBookList

这个方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法时，它的内部实现是这样的：
首先创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data,输出型Parcel对象_reply和返回值对象List；然后把该方法的参数信息写入_data中(如果有参数的话)；接着调用transact方法来发起RPC(远程过程调用)请求，同时当前线程挂起；然后服务端的onTransact方法会被调用，直到RPC过程返回后，当前线程继续执行，并从_reply中取出RPC过程的返回结果；最后返回_reply中的数据。

addBook

这个方法运行在客户端，它的执行过程和getBookList是一样的，addBook没有返回值，所以它不需要从_reply中取出返回值。

需要注意的几点

1. 当客户端发起远程请求时，由于当前线程会被挂起直至服务端进程返回数据，所以如果一个远程方法是很耗时的，那么不能在UI线程中发起此远程请求
2. 由于服务端的onTransact()运行在Binder的线程池中，所以Binder方法不管是否耗时都应该采用同步的方式去实现，因为它已经运行在一个线程中了。
3. 如果因为某些原因，服务端进程异常终止，如果我们不知道连接已经断裂，那么客户端就会受到影响。Binder中提供了两个配对的方法linkToDeath和unlinkToDeath，应该通过linkToDeath设置死亡代理。

Binder的工作机制图

自己实现Binder

抛开AIDL文件直接写一个Binder

Binder服务端的实现

 private final IBookManager.Stub mBinder = new IBookManager.Stub(){
        @Override
        public List<Book> getBookList() throws RemoteException {
            synchronized (mBookList) {
                return mBookList;
            }
        }

        @Override
        public void addBook(Book book) throws RemoteException {
            synchronized (mBookList) {
                if(!mBookList.contains(book)) {
                    mBookList.add(book);
                }
            }
        }
    };

创建了一个Stub对象并在内部实现IBookManager的接口方法，然后在Service的onBind中返回这个Stub对象。所以我们完全可以把Stub类提取出来直接作为一个独立的Binder类来实现，这样IBookManager就只剩接口本身

手动实现的步骤

1. 声明一个AIDL性质的接口，只需要继承IInterface接口即可，接口中只有一个asBinder方法。接口的实现如下：

public interface IBookManager extends IInterface {
    static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.aidlapplication.IBookManager";
    
    static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    
    public List<Book> getBookList() throws RemoteException;
    public void addBook(Book book) throws RemoteException;
}

2. 实现Stub类和Stub类中的Proxy代理类

package com.example.aidlapplication;

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

import java.util.List;

public class BookManagerImpl extends Binder implements IBookManager{
    /**
     * Construct the stub at attach it to the interface.
     */
    public BookManagerImpl() {
        this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }

    /**
     * Cast an IBinder object into an com.example.aidlapplication.IBookManager interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
    public static IBookManager asInterface(IBinder obj) {
        if ((obj == null)) {
            return null;
        }
        IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
        if (((iin != null) && (iin instanceof IBookManager))) {
            return ((IBookManager) iin);
        }
        return new BookManagerImpl.Proxy(obj);
    }

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

    @Override
    public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
        switch (code) {
            case INTERFACE_TRANSACTION: {
                reply.writeString(DESCRIPTOR);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_getBookList: {
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                List<Book> result = this.getBookList();
                reply.writeNoException();
                reply.writeTypedList(result);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_addBook: {
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                Book _arg0;
                if ((0 != data.readInt())) {
                    _arg0 = Book.CREATOR.createFromParcel(data);
                } else {
                    _arg0 = null;
                }
                this.addBook(_arg0);
                reply.writeNoException();
                return true;
            }
        }
        return super.onTransact(code, data, reply, flags);
    }

    @Override
    public List<Book> getBookList() throws RemoteException {
        // TODO 待实现
        return null;
    }

    @Override
    public void addBook(Book book) throws RemoteException {
        // TODO 待实现
    }

    private static class Proxy implements IBookManager {
        private IBinder mRemote;

        Proxy(IBinder remote) {
            mRemote = remote;
        }

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

        public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
            return DESCRIPTOR;
        }

        @Override
        public List<Book> getBookList() throws RemoteException {
            Parcel data = Parcel.obtain();
            Parcel reply = Parcel.obtain();
            List<Book> result;
            try {
                data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                mRemote.transact(TRANSACTION_getBookList, data, reply, 0);
                reply.readException();
                result = reply.createTypedArrayList(Book.CREATOR);
            } finally {
                reply.recycle();
                data.recycle();
            }
            return result;
        }

        @Override
        public void addBook(Book book) throws RemoteException {
            Parcel data = Parcel.obtain();
            Parcel reply = Parcel.obtain();
            try {
                data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                if ((book != null)) {
                    data.writeInt(1);
                    book.writeToParcel(data, 0);
                } else {
                    data.writeInt(0);
                }
                mRemote.transact(TRANSACTION_addBook, data, reply, 0);
                reply.readException();
            } finally {
                reply.recycle();
                data.recycle();
            }
        }
    }
}

可以发现上述代码和系统生成的代码几乎一模一样，手动写可以让我们更加理解Binder的工作原理，同时也提供了一种不通过AIDL文件来实现Binder的新方式。手写的Binder在服务端只需创建一个BookManagerImpl的对象并在Service的onBind方法中返回即可。

设置死亡代理

1. 声明一个DeathRecipient对象。DeathRecipient是一个接口，内部只有一个方法binderDied，我们需要实现这个方法，当Binder死亡，系统就会回调binderDied方法，我们就可以移出之前绑定的binder代理并重新绑定远程服务

        private IBinder.DeathRecipient mDeathRecipient = new IBinder.DeathRecipient(){
            @Override
            public void binderDied() {
                if(mBookManager == null) {
                    return;
                }
                mBookManager.asBinder().unlinkToDeath(mDeathRecipient, 0);
                mBookManager = null;
                // TODO: 这里重新绑定远程Service
                // private void createService(){
                //        ServiceConnection connection = new ServiceConnection() {
                //            @Override
                //            public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
                //                //初始化mIBookManger
                //                mIBookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service);
                //                //设置死亡代理
                //                //mIBookManager.asBinder().linkToDeath(mDeathRecipient,0);
                //            }
                //
                //            @Override
                //            public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
                //
                //            }
                //        };
                //        Intent intent = new Intent(this,BookService.class);
                //        bindService(intent,connection,BIND_AUTO_CREATE);
                //    }
            }
        };

2. 在客户端绑定远程服务成功后，给binder设置死亡代理

mService = IMessageBoxManager.Stub.asInterface(binder);
//linkToDeath的第二个参数是个标记位，直接设为0
binder.linkToDeath(mDeathRecipient, 0);

另外Binder的方法isBinderAlive也可以判断Binder是否死亡