Binder

Binder是一个很深入的话题,如果想深入了解的话,请忽略本篇文章,本篇文章侧重点是介绍Binder的使用以及上层原理。

1. Binder的介绍

直观来说Binder是Android中的一个类,它实现了IBinder接口,从IPC的角度来说,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,他的设备驱动是/dev/binder,该通信方式在Linux中没有,从AndroidFramework角度来说,Binder是ServiceManager链接各种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没接,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。

PS:该服务端不是后台,请注意一下

Android开发中,Binder主要用在Service中,包括AIDL和Mesenger,其中普通的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Mesenger的底层其实是AIDL,所以这里选择用AIDL来分析Binder的工作机制。新建三个类Book.java,Book.aidl,IBookManager.aidl。
代码如下

public class Book implements Parcelable {

    private String bookName;
    private int bookId;


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

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

    public Book() {
    }

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

    public static final Creator CREATOR = new Creator() {
        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel source) {
            return new Book(source);
        }

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

package com.demo.text.demotext.aidl;

parcelable Book;
package com.demo.text.demotext.aidl;

import com.demo.text.demotext.aidl.Book;

interface IBookManager {
    List getBookList();
    void addBook(in Book book);
}

Book.java就不说了,Book.aidl是Book类在AIDL中的声明,IBookManager.aidl是我们定义的一个接口,里边有两个方法,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。我们可以看到,尽管Book和IBookManager位于相同的包中,但是IBookManager中仍然需要导入Book类,这就是AIDL的独特之处。下边我们来看下系统生成的代码。
代码如下:

package com.demo.text.demotext.aidl;

public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.demo.text.demotext.aidl.IBookManager {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.demo.text.demotext.aidl.IBookManager";

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

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.demo.text.demotext.aidl.IBookManager interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.demo.text.demotext.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.demo.text.demotext.aidl.IBookManager))) {
                return ((com.demo.text.demotext.aidl.IBookManager) iin);
            }
            return new com.demo.text.demotext.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.demo.text.demotext.aidl.Book _arg0;
                    if ((0 != data.readInt())) {
                        _arg0 = com.demo.text.demotext.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.demo.text.demotext.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;
            }

            @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.demo.text.demotext.aidl.Book.CREATOR);
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }

            @Override
            public void addBook(com.demo.text.demotext.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);
    }

    public java.util.List getBookList() throws android.os.RemoteException;

    public void addBook(com.demo.text.demotext.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

首先,他声明了两个方法getBookList和addBook,显然这就是我们在IBookManager.aidl中声明的两个方法,同时它还声明Lee两个整形的ID分别用于标识这两个方法,这两个id用于标识transact过程中客户端所请求的到底是那个方法。接着,它生命了一个内部类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的时候,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这个接口的逻辑很简单,但是我们也应该认识到,这个接口的核心实现就是他的内部类Stub和Stub的内部类代理类Proxy,下边来详细介绍下对这两个类的每个方法的含义:

(1) DESCRIPTOR

Binder的唯一标识,一般用当前Binder的类名表示,比如本例中的“com.demo.text.demotext.aidl.IBookManager”。

(2) asInterface(android.os.IBinder obj)

用于服务端的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个进程,那么此方法返回的就是服务端的Stub本身,否则返回的就是Stub.Proxy.

(3) asBinder

此方法返回当前Binder对象。

(4) onTransact

这个方法运行在服务端中的 Binder线程池中,当客户端发送跨进程请求时,远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理。该方法原型为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要的参数(如果目标方法有参数),然后执行目标方法。当目标方法执行完毕后,就会向reply中写入返回值(如果目标方法有返回值),onTransact方法的执行过程就是这样。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风险验证,毕竟我们不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

(5) Proxy的getBookList

这个方法运行在客户端,当客户端远程调用次方法时,他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),接着调用transact方法来完成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,与当前线程继续执行,并从_reply去除RPC过程的返回结果,最后返回_reply中的数据。

(6) Proxy的addBook

这个方法运行在客户端,他的还行过程和getBookList是一样的,addBook没有返回值,所以它不需要从_reply中去除返回值、

通过上边的分析,应该对Binder的工作机制有了了解,但是有两点我们还需要注意下
(1) 当客户端发送请求向服务端请求数据的时候,由于当前线程会被挂起知道服务端返回数据,所以这个过程是非常耗时的,那么就不能在UI线程中请求,可以使用RXJAVA的线程切换.
(2) 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法实现,因为它已经运行在一个线程中了。

2. linkToDeath 和 unlinkToDeath

我们知道,Binder运行在服务端的进程中,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链接断裂(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链接已经断裂,那么客户端的功能就会受到影响,为了解决这个问题,Binder中提供了两个被对的方法linkToDeath 和 unlinkToDeath,通过linkToDeath 我们可以给Binder设置一个死亡代理,当Binder死亡的时候,我们就会收到通知,这个时候我们就可以重新发起链接请求从而回复链接,那么到底如何给Binder设置死亡代理呢?也很简单。

首先我们声明一个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,系统就会调用binderDied方法,然后我们就可以移出之前绑定的Binder代理并从新绑定远程服务

    private IBinder.DeathRecipient recipient = new IBinder.DeathRecipient() {
        @Override
        public void binderDied() {
            if (mBookManager == null) {
                return;
            }
            mBookManager.asBinder().unlinkToDeath(recipient, 0);
            mBookManager = null;
        }
    };

其次,在客户端绑定远程服务成功之后,给Binder设置死亡代理

  mService = IMessageBoxManager.Stub.asInterface(binder);
  binder.linkToDeath(recipient , 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Binder设置课死亡代理,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。

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