Android Binder 学习笔记

写在前面

Binder是Android给我们提供的一种跨进程通信方式。理解Binder能帮助我们更好的理解Android的系统设计，比如说四大组件，AMS，WMS等系统服务的底层通信机制就都是基于Binder机制的。当然了，Binder机制的底层驱动实现很复杂，本文的目的只是为了理清Binder的使用和在应用层的结构和流程，对于Binder在底层是如何实现的，目前能力还没到这一步去分析，不会涉及到。对于这部分，不妨将它看成是一个黑盒子，我们输入什么，然后底层会给我们提供什么。

代理模式

我们知道，A进程如果想要执行B进程的b方法，是没办法直接办得到的，但是通过Binder机制，B进程可以返回给A进程一个代理对象Proxy，然后A进程通过调用Proxy的方法，由Proxy帮我们将信息传递给B进程，从而间接调用b方法。没错，Binder实现过程中用到了代理模式。所以在继续前行之前，有必要简单了解下代理模式先。

代理模式相对来说好理解一些，因为在生活中，到处都有代理的影子，比如说我们想去香港买个Mac，但是自己不方便去，于是我们找了代购；比如说现在年底了要抢火车票，但是在12306手动抢票根本抢不到啊，所以我们找了第三方抢票软件，它会每隔几十ms就帮我们查询一次，有票的话就帮我们下单。这里就以抢火车票为例来说明代理模式的结构。

proxy

模式比较简单，就直接上代码了。

// 声明买票接口
public interface ITicket {
    boolean buyTicket();
}

// 官方的12306
public class Real12306 implements ITicket {
    @Override
    public boolean buyTicket() {
        if (抢票成功) return true;
        return false;
    }
}

// 第三方抢票软件
public class ThirdParty12306 implements ITicket {

    private Real12306 real12306;
    
    public ThirdParty12306(Real12306 real12306) {
        this.real12306 = real12306;
    }
    
    @Override
    public boolean buyTicket() {
        while (true) {
            if (real12306.buyTicket()) {
                return true;
            }
            // 10ms查询一次结果
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        // 初始化我们的购票信息
        Real12306 real12306 = new Real12306();
        
        ThirdParty12306 thirdParty12306 = new ThirdParty12306(real12306);
        
        // 开始不断抢票，释放我们的劳动力
        thirdParty12306.buyTicket();
    }
}

使用了代理模式之后，我们就不用时时刻刻盯着12306刷票了，只需要把这些重复无聊的工作交给代理去帮我们干就好了。

AIDL

一般来说，我们使用Binder都是通过AIDL来完成的。我们新建一个aidl文件，然后定义一个接口，这样Android Studio就会帮我们生成一个java接口文件。以一个最简单的接口来说吧。

package example.com.aidl;
interface IMath {
    int add(int a, int b);
}

生成的IMath.java文件中，代码有点乱，整理一下之后，结构大致是这样子的：

aidl

简单来说，生成了一个IMath接口，接口内定义了一个抽象类IMath.Stub，继承了Binder，IMath.Stub又有一个内部类IMath.Stub.Proxy。IMath.Stub和IMath.Stub.Proxy都实现了IMath这个接口。结合上面的代理模式，从这里我们就可以猜出，在跨进程通信中，由于各个进程都是独立的，我们的客户端拿不到服务端的IMath.Stub类，只能获得它的代理IMath.Stub.Proxy，再通过它来间接帮我们访问IMath.Stub类，从而完成跨进程通信。

Binder流程

看了上面的结构图之后，估计大家还是看不懂的。不急，我们再结合上面这个例子来说明。Binder机制是基于C/S模型的，也就是说，需要一个client进程和一个Server进程。Client和Server是相对的，谁发消息，谁就是Client，谁接收消息，谁就是Server。在实际开发中，Server进程通常是四大组件中的Service（Service必须在Manifest文件中指定进程名字）。

class RemoteService : Service() {

    val math = Math()

    override fun onCreate() {
        super.onCreate()
        Log.d(TAG, "onCreate")
    }
    
    override fun onBind(intent: Intent): IBinder {
        return math
    }

    inner class Math : IMath.Stub() {
        override fun add(a: Int, b: Int): Int {
            return a + b
        }

    }
}

在RemoteService中，我们先定义一个Math类，继承自IMath.Stub，在这里实现我们具体的服务端逻辑。因为IMath.Stub继承自Binder，Binder又实现了IBinder接口，所以在onBind()方法中直接返回math对象。接着再来看客户端的业务逻辑。

// 定义ServiceConnection类
inner class MyServiceConnection : ServiceConnection {
    override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
        Log.d(TAG, "onServiceDisconnected")
    }

    override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
        if (service == null) return

        // 将IBinder转换成IMath
        math = IMath.Stub.asInterface(service)

        Log.d(TAG, "result is ${math.add(1, 2)}")
    }
}

// 在onCreate中绑定RemoteService
val intent = Intent(this, RemoteService::class.java)
bindService(intent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)

当连接上Service后，就会回调客户端的onServiceConnected()方法，这里传进来的service是一个BinderProxy对象。BinderProxy是Binder的代理类，同样也实现了IBinder接口。我们在Server端返回的明明是一个Math对象，到这里就变成了BinderProxy对象了，是不是有点神奇？别忘了，Math本身就是一个Binder对象。由于是跨进程通信，我们无法直接拿到这个Binder对象，只能由BinderProxy对象来帮助我们完成任务。至于Binder是怎么变成BinderProxy的，这就是Binder机制的底层原理了，将它当成一个黑盒子就好了。

拿到BinderProxy对象后，再将它转换成我们定义的IMath接口。

// IMath.java
private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "example.com.aidl.IMath";

public static example.com.aidl.IMath asInterface(android.os.IBinder obj) {
    if ((obj == null)) {
        return null;
    }
    android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
    if (((iin != null) && (iin instanceof example.com.aidl.IMath))) {
        return ((example.com.aidl.IMath) iin);
    }
    return new example.com.aidl.IMath.Stub.Proxy (obj);
}

// Binder.java
public @Nullable IInterface queryLocalInterface(@NonNull String descriptor) {
    if (mDescriptor != null && mDescriptor.equals(descriptor)) {
        return mOwner;
    }
    return null;
}

从asInterface()方法中可以看到，根据Key值DESCRIPTOR在Binder中匹配mOwner，它是一个IInterface对象。但既然是去取值，就应该有地方将他们存进来的，我们好像错过了什么。这里还得回到Math的初始化过程，Math继承自IMath.Stub，看一下它的构造方法就能明白了。

// IMath.java
public Stub() {
    this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}

// Binder.java
public void attachInterface(@Nullable IInterface owner, @Nullable String descriptor) {
    mOwner = owner;
    mDescriptor = descriptor;
}

到了这里，IInterface的获取已经很明显了吧。但其实，这里取出来的是Null。What？为什么？别忘了，RemoteService是运行在一个单独的进程中的，attachInterface()方法是Binder调用的。而我们的客户端拿到的只是BinderProxy，查询到的IInterface当然是Null了，所以我们还得接着看asInterface()方法。（当然了，如果RemoteService和客户端运行在同一个进程的话，这里就能直接拿到IInterface了，但这与跨进程通信就没有半毛钱关系了。）

return new example.com.aidl.IMath.Stub.Proxy(obj);

直接返回了一个代理对象。后续我们要跟Server端做交互就得靠它了。比如我们调用了Proxy.add()方法：

@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 {
        // 使用Parcel来写入数据以便于跨进程传输
        _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
        _data.writeInt(a);
        _data.writeInt(b);
        
        // mRemote是在asInterface中获得的BinderProxy对象
        mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
        
        // 使用Parcel来接收返回值
        _reply.readException();
        _result = _reply.readInt();
    } finally {
        _reply.recycle();
        _data.recycle();
    }
    return _result;
}

核心方法是mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);。这里的mRemote是客户端拿到的BinderProxy对象，然后就要开始跨进程传输了。又到了黑盒子出现的时候了，客户端发起跨进程通信后，服务端就会在自己进程的onTranscat()方法中收到通知：

@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_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);
        }
    }
}

在Server端收到信息后，会先通过Parcel将信息解析出来，然后执行我们调用的add()方法，也就是我们在RemoteService中重写IMath.Stub的add()方法。最后将结果写回Parcel中再跨进程传回给客户端，从而完成了一次跨进程通信。

如果看到这里，对于Binder的流程还有疑惑的话，那就再来一张时序图好了。

binder

看图说话，当我们在客户端中去bindService()的时候，Server端在onBind()中返回了一个Binder对象，经过Binder驱动的转换，这个Binder到了客户端中变成了BinderProxy，客户端接着再把BinderProxy转换成Stub.Proxy，后面我们与Server的跨进程通信就都是通过Stub.Proxy发起的，然后Binder驱动会帮我们将数据跨进程传输给真正的Binder，Binder执行完操作后再将结果写入由Binder驱动传回来。由此完成了一次跨进程通信。

从图中我们也可以看出通信过程是同步的。当客户端发起请求的同时，当前的线程会被挂起，直到结果返回。所以要注意的是如果请求太耗时的话，不应该在主线程中去请求，否则容易出现ANR。给个Systrace直观感受一下。

Systrace

相应的CPU信息是处于休眠状态的。

cpu

最后

掌握了Binder的上层原理之后，后面再来深入Framework层学习就会简单一些，这篇文章也是为了后面的学习打下基础。