范例解析：学习Android的IPC主板模式

一、认识Android的IPC主板模式

  系统架构设计最关键的任务就是组合(或称整合)，而且最好是能与众不同、深具创新性组合。Android就擅用了主板模式，以通用性接口实践跨进程的IPC通信机制。由于Android是开源开放的系统，其源代码可成为大家观摩的范本。首先，其主板模式提供了IBinder通用性接口。如下图： 

   

  Android定义一个Binder父类来实现<通用性>的IBinder接口。如下图：

     

  然后，以Java来撰写这个实现类，其Java代码如下：

 

// Android的源代码

// Binder.java

// -------------------------------------------------------------

public class Binder implements IBinder {

    // ..........

    private int mObject;

    public Binder() {

        init();

        // 其它代码

    }

   public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,  int flags)

                throws RemoteException {

                // 其它代码

                boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);

                return r;

    }

private boolean execTransact(int code, int dataObj, int replyObj, int flags) {

        Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);

        Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);       

        boolean res;

        res = onTransact(code, data, reply, flags);

        // 其它代码

        return res;

    }

   protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply,  int flags) 

                     throws RemoteException {

        }

   private native final void init();

}

// End

 

这个Binder抽象父类的主要函数： 

 transact()函数-- 用来实作IBinder的transact()函数接口。

 execTransact()函数-- 其角色与transact()函数是相同的，只是这是用来让C/C++本地程序来调用的。

 onTransact()函数-- 这是一个抽象函数，让应用子类来覆写(Override)的。上述的transact()和execTransact()两者都是调用onTransact()函数来实现反向调用(IoC, Inversion of Control)的。

 init()函数-- 这是一个本地(Native)函数，让JNI模块来实现这个函数。Binder()构造函数(Constructor)会调用这个init()本地函数。

这Binder.java是抽象类，它含有一个抽象)函数：onTransact()。于是，这个软件主板提供了两个接口：CI和<I>接口。如下图：

   

这是标准型的主板模式。此图里的Binder抽象父类和两个接口，整合起来成为一个典型的软件主板。如下图： 

   

   这个Binder软件主板是用来整合两个进程里的软件模块(如类)，所以我们称之为：<Android的IPC软件主板>。如下图：

   

   基于这个主板，我们就能开始进行组合了。此时，可设计一个子类，并且装配到主板的<I>接口上。如下图：

        

       这个IBinder接口是Binder基类提供给Client的接口，简称为“CI”。于是，Client端调用IBinder接口的transact()函数，进而调用到Binder抽象类的onTransact()函数。如果Client类与Binder类是执行于同一个进程里，Client端调用IBinder接口的transact()函数，进而调用到Binder抽象类的onTransact()函数。反之，如果Client类与Binder类分别执行于不同的两个进程里，Client端则调用Binder类的exeTransact()函数，透过IPC机制而调用到远方的onTransact()函数。例如，下图里的Activity与Binder之间是跨进程的远距通信(IPC)。如下图:

       

  Android的IPC机制是透过底层Binder驱动来实现的，所以会从底层的C/C++函数来调用exeTransact()函数，再转而调用<I>接口的onTransact()函数。如下图：

      

       Android跨进程通信流程，都由底层Binder驱动模块所掌控。于是，Java层的Activity就能透过底层来调用Binder父类的exeTransact()函数。如下图所示： 

 

二、主板模式与Proxy-Stub模式的组合应用

      在上图里的Activity里可能有多个函数，例如f1()和f2()等。于是，在Activity里，必须从f1()函数转而调用IBinder.transact()函数。如果我们在上述架构里面，加上一个Stub类别(如下图的BinderStub类别)，它实现了Binder.onTransact()函数，如下图所示： 

   

        通常，在框架设计里，myProxy和myStub会是成对的，这称为Proxy-Stub模式。如下图所示： 

       

       采用Proxy-Stub设计模式将IBinder接口包装起来，让App与IBinder接口不再产生高度相依性。其将IBinder接口包装起来，转换出更好用的新接口，如下图里的IA接口：  

     

  Stub类将onTransact()函数隐藏起来，提供一个更具有美感、更亲切的新接口给subBinder类使用。隐藏了onTransact()函数之后，subBinder类的开发者就不必费心去了解onTransact()函数了。于是，Proxy与Stub两个类遥遥相对，并且将IPC细节知识(例如transact()和onTransact()函数之参数等)包夹起来。由于IBinder接口只提供单一函数(即transact()函数)来进行远距通信，呼叫起来比较不方便。所以Android提供aidl.exe工具来协助产出Proxy和Stub类别，以化解这个困难。只要你善于使用开发环境的工具(如Android的aidl.exe软件工具)自动产生Proxy和Stub类别的程序代码；那就很方便了。◆

~ End ~