寫(xiě)在前面

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Binder是Android給我們提供的一種跨進(jìn)程通信方式。理解Binder能幫助我們更好的理解Android的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，比如說(shuō)四大組件，AMS，WMS等系統(tǒng)服務(wù)的底層通信機(jī)制就都是基于Binder機(jī)制的。當(dāng)然了，Binder機(jī)制的底層驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，本文的目的只是為了理清Binder的使用和在應(yīng)用層的結(jié)構(gòu)和流程，對(duì)于Binder在底層是如何實(shí)現(xiàn)的，目前能力還沒(méi)到這一步去分析，不會(huì)涉及到。對(duì)于這部分，不妨將它看成是一個(gè)黑盒子，我們輸入什么，然后底層會(huì)給我們提供什么。

代理模式

我們知道，A進(jìn)程如果想要執(zhí)行B進(jìn)程的b方法，是沒(méi)辦法直接辦得到的，但是通過(guò)Binder機(jī)制，B進(jìn)程可以返回給A進(jìn)程一個(gè)代理對(duì)象Proxy，然后A進(jìn)程通過(guò)調(diào)用Proxy的方法，由Proxy幫我們將信息傳遞給B進(jìn)程，從而間接調(diào)用b方法。沒(méi)錯(cuò)，Binder實(shí)現(xiàn)過(guò)程中用到了代理模式。所以在繼續(xù)前行之前，有必要簡(jiǎn)單了解下代理模式先。

代理模式相對(duì)來(lái)說(shuō)好理解一些，因?yàn)樵谏钪校教幎加写淼挠白樱热缯f(shuō)我們想去香港買(mǎi)個(gè)Mac，但是自己不方便去，于是我們找了代購(gòu)；比如說(shuō)現(xiàn)在年底了要搶火車(chē)票，但是在12306手動(dòng)搶票根本搶不到啊，所以我們找了第三方搶票軟件，它會(huì)每隔幾十ms就幫我們查詢(xún)一次，有票的話就幫我們下單。這里就以搶火車(chē)票為例來(lái)說(shuō)明代理模式的結(jié)構(gòu)。

proxy

模式比較簡(jiǎn)單，就直接上代碼了。

// 聲明買(mǎi)票接口
public interface ITicket {
 boolean buyTicket();
}

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

// 第三方搶票軟件
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查詢(xún)一次結(jié)果
   try {
    Thread.sleep(10);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }
}

public class Main {

 public static void main(String[] args) {

  // 初始化我們的購(gòu)票信息
  Real12306 real12306 = new Real12306();
  
  ThirdParty12306 thirdParty12306 = new ThirdParty12306(real12306);
  
  // 開(kāi)始不斷搶票，釋放我們的勞動(dòng)力
  thirdParty12306.buyTicket();
 }
}

使用了代理模式之后，我們就不用時(shí)時(shí)刻刻盯著12306刷票了，只需要把這些重復(fù)無(wú)聊的工作交給代理去幫我們干就好了。

AIDL

一般來(lái)說(shuō)，我們使用Binder都是通過(guò)AIDL來(lái)完成的。我們新建一個(gè)aidl文件，然后定義一個(gè)接口，這樣Android Studio就會(huì)幫我們生成一個(gè)java接口文件。以一個(gè)最簡(jiǎn)單的接口來(lái)說(shuō)吧。

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

生成的IMath.java文件中，代碼有點(diǎn)亂，整理一下之后，結(jié)構(gòu)大致是這樣子的：

aidl

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，生成了一個(gè)IMath接口，接口內(nèi)定義了一個(gè)抽象類(lèi)IMath.Stub，繼承了Binder，IMath.Stub又有一個(gè)內(nèi)部類(lèi)IMath.Stub.Proxy。IMath.Stub和IMath.Stub.Proxy都實(shí)現(xiàn)了IMath這個(gè)接口。結(jié)合上面的代理模式，從這里我們就可以猜出，在跨進(jìn)程通信中，由于各個(gè)進(jìn)程都是獨(dú)立的，我們的客戶(hù)端拿不到服務(wù)端的IMath.Stub類(lèi)，只能獲得它的代理IMath.Stub.Proxy，再通過(guò)它來(lái)間接幫我們?cè)L問(wèn)IMath.Stub類(lèi)，從而完成跨進(jìn)程通信。

Binder流程

看了上面的結(jié)構(gòu)圖之后，估計(jì)大家還是看不懂的。不急，我們?cè)俳Y(jié)合上面這個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。Binder機(jī)制是基于C/S模型的，也就是說(shuō)，需要一個(gè)client進(jìn)程和一個(gè)Server進(jìn)程。Client和Server是相對(duì)的，誰(shuí)發(fā)消息，誰(shuí)就是Client，誰(shuí)接收消息，誰(shuí)就是Server。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，Server進(jìn)程通常是四大組件中的Service（Service必須在Manifest文件中指定進(jìn)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，我們先定義一個(gè)Math類(lèi)，繼承自IMath.Stub，在這里實(shí)現(xiàn)我們具體的服務(wù)端邏輯。因?yàn)镮Math.Stub繼承自Binder，Binder又實(shí)現(xiàn)了IBinder接口，所以在onBind()方法中直接返回math對(duì)象。接著再來(lái)看客戶(hù)端的業(yè)務(wù)邏輯。

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

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

  // 將IBinder轉(zhuǎn)換成IMath
  math = IMath.Stub.asInterface(service)

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

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

當(dāng)連接上Service后，就會(huì)回調(diào)客戶(hù)端的onServiceConnected()方法，這里傳進(jìn)來(lái)的service是一個(gè)BinderProxy對(duì)象。

BinderProxy是Binder的代理類(lèi)，同樣也實(shí)現(xiàn)了IBinder接口。我們?cè)赟erver端返回的明明是一個(gè)Math對(duì)象，到這里就變成了BinderProxy對(duì)象了，是不是有點(diǎn)神奇？別忘了，Math本身就是一個(gè)Binder對(duì)象。由于是跨進(jìn)程通信，我們無(wú)法直接拿到這個(gè)Binder對(duì)象，只能由BinderProxy對(duì)象來(lái)幫助我們完成任務(wù)。至于Binder是怎么變成BinderProxy的，這就是Binder機(jī)制的底層原理了，將它當(dāng)成一個(gè)黑盒子就好了。

拿到BinderProxy對(duì)象后，再將它轉(zhuǎn)換成我們定義的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;
}

從asInterface()方法中可以看到，根據(jù)Key值DESCRIPTOR在Binder中匹配mOwner，它是一個(gè)IInterface對(duì)象。但既然是去取值，就應(yīng)該有地方將他們存進(jìn)來(lái)的，我們好像錯(cuò)過(guò)了什么。這里還得回到Math的初始化過(guò)程，Math繼承自IMath.Stub，看一下它的構(gòu)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;
}

到了這里，IInterface的獲取已經(jīng)很明顯了吧。但其實(shí)，這里取出來(lái)的是Null。What？為什么？別忘了，RemoteService是運(yùn)行在一個(gè)單獨(dú)的進(jìn)程中的，attachInterface()方法是Binder調(diào)用的。而我們的客戶(hù)端拿到的只是BinderProxy，查詢(xún)到的IInterface當(dāng)然是Null了，所以我們還得接著看asInterface()方法。（當(dāng)然了，如果RemoteService和客戶(hù)端運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程的話，這里就能直接拿到IInterface了，但這與跨進(jìn)程通信就沒(méi)有半毛錢(qián)關(guān)系了。）

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

直接返回了一個(gè)代理對(duì)象。后續(xù)我們要跟Server端做交互就得靠它了。比如我們調(diào)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來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)以便于跨進(jìn)程傳輸
  _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
  _data.writeInt(a);
  _data.writeInt(b);
  
  // mRemote是在asInterface中獲得的BinderProxy對(duì)象
  mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
  
  // 使用Parcel來(lái)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);。這里的mRemote是客戶(hù)端拿到的BinderProxy對(duì)象，然后就要開(kāi)始跨進(jìn)程傳輸了。又到了黑盒子出現(xiàn)的時(shí)候了，客戶(hù)端發(fā)起跨進(jìn)程通信后，服務(wù)端就會(huì)在自己進(jìn)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，會(huì)先通過(guò)Parcel將信息解析出來(lái)，然后執(zhí)行我們調(diào)用的add()方法，也就是我們?cè)赗emoteService中重寫(xiě)IMath.Stub的add()方法。最后將結(jié)果寫(xiě)回Parcel中再跨進(jìn)程傳回給客戶(hù)端，從而完成了一次跨進(jìn)程通信。
如果看到這里，對(duì)于Binder的流程還有疑惑的話，那就再來(lái)一張時(shí)序圖好了。

binder

看圖說(shuō)話，當(dāng)我們?cè)诳蛻?hù)端中去bindService()的時(shí)候，Server端在onBind()中返回了一個(gè)Binder對(duì)象，經(jīng)過(guò)Binder驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，這個(gè)Binder到了客戶(hù)端中變成了BinderProxy，客戶(hù)端接著再把BinderProxy轉(zhuǎn)換成Stub.Proxy，后面我們與Server的跨進(jìn)程通信就都是通過(guò)Stub.Proxy發(fā)起的，然后Binder驅(qū)動(dòng)會(huì)幫我們將數(shù)據(jù)跨進(jìn)程傳輸給真正的Binder，Binder執(zhí)行完操作后再將結(jié)果寫(xiě)入由Binder驅(qū)動(dòng)傳回來(lái)。由此完成了一次跨進(jìn)程通信。

從圖中我們也可以看出通信過(guò)程是同步的。當(dāng)客戶(hù)端發(fā)起請(qǐng)求的同時(shí)，當(dāng)前的線程會(huì)被掛起，直到結(jié)果返回。所以要注意的是如果請(qǐng)求太耗時(shí)的話，不應(yīng)該在主線程中去請(qǐng)求，否則容易出現(xiàn)ANR。給個(gè)Systrace直觀感受一下。

Systrace

相應(yīng)的CPU信息是處于休眠狀態(tài)的。

cpu

最后

掌握了Binder的上層原理之后，后面再來(lái)深入Framework層學(xué)習(xí)就會(huì)簡(jiǎn)單一些，這篇文章也是為了后面的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)創(chuàng)新互聯(lián)的支持。

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