第二章(3) IPC机制之Binder

Android开发

2.3.3 Binder

直观来说，Binder是Android中的一个类，它实现了IBinder接口。从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信方式，Binder还可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder，该通信方式在Linux中没有；从Android Framework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager(ActivityManager，WindowManager，等等)和相应ManagerService的桥梁；从Android应用层来说，Binder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了服务端业务调用的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

Android开发中，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，所以较为简单，无法触及Binder的核心，而Messenger的底层其实是AIDL，所以这里选择用AIDL来分析Binder的工作机制。为了分析Binder的工作机制，我们需要新建一个AIDL示例，SDK会自动为我们生产AIDL所对应的Binder类。

// Book.java
public class Book implements Parcelable{

    public int bookId;
    public String bookName;

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

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

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

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

    public static final Parcelable.Creator CREATOR = new Parcelable.Creator(){

        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel source) {
            return new Book(source);
        }

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

    /**
     * 参数是一个Parcel，用它来存储和传输数据
     * @param dest
     */
    public void readFromParcel(Parcel dest) {
        // 注意，此处的读值顺序应当是和writeToParcel()方法中一致的
        bookId = dest.readInt();
        bookName = dest.readString();
    }

    // 方便打印数据
    @Override
    public String toString() {
        return "bookId: " + bookId + ",bookName: " + bookName;
    }
}

// Book.aidl
// 第一类AIDL文件
// 这个文件的作用是引入了一个序列化对象 Book 供其他的AIDL文件使用
// 注意：Book.aidl和Book.java的包名应当是一样的
package com.study.wumeng.aidl;

// 用import语句在这里声明任何非默认类型
// 注意parcelable是小写
parcelable Book;

// IBookManager.aidl
// 第二类AIDL文件
// 作用是定义方法接口

package com.study.wumeng.aidl;

// 用import语句在这里声明任何非默认类型
import com.study.wumeng.aidl.Book;

interface IBookManager {
    /**
     * 演示一些基本类型，您可以将它们用作参数并在AIDL中返回值。
     */

     // 所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
    List getBookList();

    // 传参时除了Java基本数据类型以及String，CharSequence之外的类型
    // 都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定
    void addBook(in Book book);
}

上面三个文件中，Book.java是一个表示图书信息的类，它实现了Parcelable接口。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()和addBook()，其中getBookList()用于从远程服务端获取图书列表，而addBook()用于往图书列表中添加一本书，当然这两个方法主要是示例用，不一定要有实际意义。我们可以看到，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，这就是AIDL的特殊之处。
下面我们先看一下系统为IBookManager.aidl生成的Binder类，在build --- generated目录下的包中有一个IBookManager.java的类，这就是我们要找的类。接下来我们需要根据这个系统生成的Binder类来分析Binder的工作原理。

/*
 * 这个文件是自动生成的。 不要修改.
 * 原始文件: E:\\Android\\Aidl\\app\\src\\main\\aidl\\com\\study\\wumeng\\aidl\\IBookManager.aidl
 */
package com.study.wumeng.aidl;

public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
      * 本地端IPC实现存根类
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.study.wumeng.aidl.IBookManager {

        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.study.wumeng.aidl.IBookManager";

        /**
         * Construct the stub at attach it to the interface.
         * 在连接到接口时构建存根
         */
        public Stub() {
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.study.wumeng.aidl.IBookManager interface,
         * 将一个IBinder对象转换为com.study.wumeng.aidl.IBookManager接口
         * generating a proxy if needed.
         * 根据需要生成代理
         */
        public static com.study.wumeng.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.study.wumeng.aidl.IBookManager))) {
                return ((com.study.wumeng.aidl.IBookManager) iin);
            }
            return new com.study.wumeng.aidl.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 {
            switch (code) {
                case INTERFACE_TRANSACTION: {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_getBookList: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    java.util.List _result = this.getBookList();
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeTypedList(_result);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_addBook: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    com.study.wumeng.aidl.Book _arg0;
                    if ((0 != data.readInt())) {
                        _arg0 = com.study.wumeng.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
                    } else {
                        _arg0 = null;
                    }
                    this.addBook(_arg0);
                    reply.writeNoException();
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        private static class Proxy implements com.study.wumeng.aidl.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;
            }

            /**
             * 演示一些基本类型，您可以将它们用作参数并在AIDL中返回值。
             */// 所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
            @Override
            public java.util.List getBookList() throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.util.List _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.createTypedArrayList(com.study.wumeng.aidl.Book.CREATOR);
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
            // 传参时除了Java基本数据类型以及String，CharSequence之外的类型
            // 都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定

            @Override
            public void addBook(com.study.wumeng.aidl.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();
                }
            }
        }

        static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
        static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    }

    /**
     * 演示一些基本类型，您可以将它们用作参数并在AIDL中返回值。
     */// 所有的返回值前都不需要加任何东西，不管是什么数据类型
    public java.util.List getBookList() throws android.os.RemoteException;
    // 传参时除了Java基本数据类型以及String，CharSequence之外的类型
    // 都需要在前面加上定向tag，具体加什么量需而定

    public void addBook(com.study.wumeng.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

上述代码是系统生成的，在gen目录下，可以看到根据IBookManager.aidl系统为我们生成了IBookManager.java这个类，它继承了IInterface这个接口，同时它自己也还是个接口，所有可以在Binder中传输的接口都需要继承IInterface接口。这个类刚开始看起来逻辑混乱，但是实际上还是很清晰的，通过它我们可以清除地了解到Binder的工作机制。这个类的结构其实很简单，首先它声明了两个方法getBookList()和addBook()，显然这就是我们在IBookManager.aidl中所声明的方法，同时它还声明了两个整型的id分别用于标识这两个方法，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。接着，它声明了一个内部类Stub，这个Stub就是一个Binder类，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Stub的内部代理类Proxy来完成。这么来看，IBookManager这个接口的确很简单，但是我们也应该认识到，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。

下面详细介绍针对这两个类的每个方法的含义。

DESCRIPTOR
Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示。

asInterface (android.os.IBinder obj)
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
这个方法运行在服务端中的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，毕竟我们也不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

Proxy#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。

Proxy#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。

通过上面的分析，读者应该已经了解了Binder的工作机制，但是有两点还是需要额外说明一下，首先，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，其次，由于服务端的Binder方法运行在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。为了更好地说明Binder，下面给出一个Binder的工作机制图。

Binder的工作机制

从上述分析过程来看，我们完全可以不提供AIDL文件即可实现Binder，之所以提供AIDL文件，是为了方便系统为我们生成代码。系统根据AIDL文件生成Java文件的格式是固定的，我们可以抛开AIDL文件直接写一个Binder出来，接下来我们就介绍如何手动写一个Binder。还是上面的例子，但是这次我们不提供AIDL文件。参考上面系统自动生成的IBookManager.java这个类的代码，可以发现这个类是相当有规律的，根据它的特点，我们完全可以自己写一个和它一模一样的类出来，然后这个不借助AIDL文件的Binder就完成了。但是我们发现系统生成的类主要由两部分组成，首先它本身是一个Binder的接口(继承了IInterface)，其次它的内部有个Stub类，这个类就是个Binder。

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

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

首先我们会实现一个创建了一个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。因此，从这一点来看，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中就只剩接口本身了，通过这种分离的方式可以让它的结构变得清晰点。

根据上面的思想，手动实现一个Binder可以通过如下步骤来完成：

public interface IBookManager extends IInterface {
    
    static final String DESCRIPTOR = "com.study.wumeng.aidl.IBookManager";
    
    static final int TRANSACTION_getBookList = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0;
    static final int TRANSACTION_addBook = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1;
    
    public List getBookList() throws RemoteException;
    
    public void addBook(Book book) throws RemoteException;
    
}

可以看到，在接口中声明了一个Binder描述符和另外两个id，这两个id分别表示的是getBookList和addBook方法，这段代码原本也是系统生成的，我们仿造系统生成的规则去手动书写这部分代码。如果我们有三个方法，应该怎么做呢？很显然，我们要再声明一个id，然后按照固定模式声明这个新方法即可，这个比较好理解，不再多说。

实现Stub类和Stub类中的Proxy代理类，这段代码我们可以自己写，但是写出来后会发现和系统自动生成的代码是一样的，因此这个Stub类我们只需要参考系统生成的代码即可，只是结构上需要做一下调整，调整后的代码如下所示：

public class BookManagerImpl extends Binder implements IBookManager {

    public BookManagerImpl() {
        this.attachInterface(this,DESCRIPTOR);
    }

    public static IBookManager asInterface(IBinder obj) {
        if (obj == null) {
            return null;
        }
        android.os.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
    protected boolean onTransact(int code, @NonNull Parcel data, @Nullable Parcel reply, int flags)
            throws RemoteException {
        switch (code) {
            case INTERFACE_TRANSACTION: {
                reply.writeString(DESCRIPTOR);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_getBookList: {
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                List 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 getBookList() throws RemoteException {
        // 待实现
        return null;
    }

    @Override
    public void addBook(Book book) throws RemoteException {
        // 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 getBookList() throws RemoteException {
            Parcel data = Parcel.obtain();
            Parcel reply = Parcel.obtain();
            List 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();
            }
        }
    }

}

通过将上述代码和系统生成的代码对比，可以发现简直是一模一样的。也许有人会问:既然和系统生成的一模一样，那我们为什么要手动去写呢？我们在实际开发中完全可以通过AIDL文件让系统去自动生成，手动去写的意义在于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。也就是说，AIDL文件并不是实现Binder的必需品。如果是我们手写的Binder，那么在服务端只需要创建一个BookManagerImpl的对象并在Service的onBind方法中返回即可。最后，是否手动实现Binder没有本质区别，二者的工作原理完全一样，AIDL文件的本质是系统为我们提供了一种快速实现Binder的工具，仅此而已。

接下来，我们介绍Binder的两个很重要的方法linkToDeath和unlinkToDeath。我们知道，Binder运行在服务端进程，如果服务端进程由于某种原因异常终止，这个时候我们到服务端的Binder连接断裂(称之为Binder死亡)，会导致我们的远程调用失败。更为关键的是，如果我们不知道Binder连接已经断裂，那么客户端的功能就会受到影响。为了解决这个问题，Binder中提供了两个配对的方法linkToDeath和unlinkToDeath，通过linkToDeath我们可以给Binder设置一个死亡代理，当Binder死亡时，我们就会收到通知，这个时候我们就可以重新发起连接请求从而恢复连接。那么到底如何给Binder设置死亡代理呢？也很简单。
首先，声明一个DeathRecipient对象，DeathRecipient是一个接口，其内部只有一个方法binderDied，我们需要实现这个方法，当Binder死亡的时候，系统就会回调binderDied方法，然后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
    }
};

其次，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);
binder.linkToDeath(mDeathRecipient,0);

其中linkToDeath的第二个参数是个标记位，我们直接设为0即可。经过上面两个步骤，就给我们的Binder设置了死亡代理，当Binder死亡的时候我们就可以收到通知了。另外，通过Binder的方法`isBinderAlive也可以判断Binder是否死亡。

第二章(3) IPC机制之Binder

2.3.3 Binder

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