Android开发艺术探索学习-IPC之Binder(一)

1. Binder简介

1.1 What is Binder?

Android Dev Doc：Base class for a remotable object, the core part of a lightweight remote procedure
call mechanism defined by

IBinder

.
This class is an implementation of IBinder that provides standard local implementation of such an object.

Binder是一个远程对象的基类，是一个轻量级远程通信机制的核心部分，通过IBinder定义。Binder类实现IBinder接口，并通过提供标准的本地接口对象实现IBinder。

我们以前也接触过一些IPC方式，比如：管道（pipe）、有名管道（FIFO）、信号（signal）、消息队列、共享内存、套接字（socket）等，但是Android系统并没有采取这些方式，而是使用Binder完成IPC。

1.2 why is Binder？

由于移动设备的特殊性，在IPC要尽量满足两个方面的要求：安全性高、传输性能高。

首先从传输性能上看：

socket传输效率低，开销大，因此主要还是用于跨网络的进程间通信。消息队列和管道采用的是存储转发方式，即数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程。

共享内存的方式虽然不用数据拷贝，但是控制使用起来很麻烦，大家如果有兴趣的话可以看下Android的匿名共享内存方法，其实是很复杂的，罗升阳的Android系统匿名共享内存Ashmem（Anonymous
Shared Memory）简要介绍和学习计划中有详细介绍。

表1 各种IPC方式数据拷贝次数

IPC	数据拷贝次数
共享内存	0
Binder	1
Socket/管道/消息队列	2

其次从安全性上看：

传统的IPC其实是没有任何安全措施，完全依赖上层协议来确保，其接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份。但是Binder会为发送方添加UID/PID身份（由系统添加），安全性高。
1.3 Binder的注意事项
有一点我们需要牢记在心：当我们的进程被“Kill”，那么就需要在该进程重启时重新创建一个Binder对象并[b]re-attach到该进程。例如，当你如果在Activity里面使用Binder，如果你的Activity未启动，那么它就随意可能会系统回收。当Activity重建时，你需要重建一个新的Binder对象并放在正确的地方。当然你也需要注意你的进程因其他原因而启动（比如收到广播），那么这种情况activity不会重建也就不会跑到创建Binder对象的代码了。[/b]
1.4 AIDL
如果大家有兴趣阅读Android源码的话，就会发现Android FrameWork层存在着很多Binder机制。因此理解Binder的工作原理是很重要的。为了能让咱们程序员能很简单地使用Binder，Android为我们提供了一个非常简单地使用Binder的工具，AIDL。那么如何使用AIDL呢？请参考Android官方文档：http://developer.android.com/guide/components/aidl.html。
这里主要分析下，AIDL文件自动生成的JAVA文件。aidl文件名为：IAidlCall.aidl，代码如下。

package com.example.aidldemo;
interface IAidlCall{
String getName();
}

自动生成的IAidlCall.java，代码如下。

/*
* This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
* Original file: /Users/chenjiawei/Documents/AndroidSpace/ClientDemo/src/com/example/aidldemo/IAidlCall.aidl
*/
package com.example.aidldemo;

public interface IAidlCall extends android.os.IInterface {
/** Local-side IPC implementation stub class. */
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements
com.example.aidldemo.IAidlCall {
// Binder的唯一标示，一般用当前Binder的类名来标示
private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.aidldemo.IAidlCall";

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

/**
* Cast an IBinder object into an com.example.aidldemo.IAidlCall
* interface, generating a proxy if needed.
*/
public static com.example.aidldemo.IAidlCall asInterface(
android.os.IBinder obj) {
if ((obj == null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin != null) && (iin instanceof com.example.aidldemo.IAidlCall))) {
return ((com.example.aidldemo.IAidlCall) iin);
}
return new com.example.aidldemo.IAidlCall.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_getName: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
java.lang.String _result = this.getName();
reply.writeNoException();
reply.writeString(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

private static class Proxy implements com.example.aidldemo.IAidlCall {
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.lang.String getName() throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
java.lang.String _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getName, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readString();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}

static final int TRANSACTION_getName = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
}

public java.lang.String getName() throws android.os.RemoteException;
}

IAidlCall是一个接口，其继承于android.os.IInterface。所以AIDL自动生成的java文件都要继承该接口，该接口代码如下。

/**
* Base class for Binder interfaces.  When defining a new interface,
* you must derive it from IInterface.
*/
public interface IInterface
{
/**
* Retrieve the Binder object associated with this interface.
* You must use this instead of a plain cast, so that proxy objects
* can return the correct result.
*/
public IBinder asBinder();
}

IAidlCall接口中声明了一个静态内部抽象类Stub，该类继承Binder类并实现IAidlCall接口。因此Stub其实就是一个Binder类。
在我们实际的使用AIDL过程中，客户端和服务端都要与Stub打交道。在服务端中，我们需要实现Stub类，代码如下。

public class MyServiceImpl extends IAidlCall.Stub {

@Override
public String getName() throws RemoteException {

return "Jack";
}

}

在客户端中，我们需要调用Stub类中的asInterface方法来得到IAidlCall对象，代码如下。

private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {

@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
// TODO Auto-generated method stub
}

@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
// TODO Auto-generated method stub
call = IAidlCall.Stub.asInterface(service);
try {
Toast.makeText(getApplicationContext(), call.getName(),
Toast.LENGTH_LONG).show();
} catch (RemoteException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};

接着我们看下asInterface方法中的代码，看完该方法我们就可以了解IAidlCall.java工作流程。

/**
* Cast an IBinder object into an com.example.aidldemo.IAidlCall

* interface, generating a proxy if needed.

*/

public static com.example.aidldemo.IAidlCall asInterface(android.os.IBinder obj) {

//首先判断IBinder是否为空，因为Binder可以“死亡”，前面的有提过
if ((obj == null)) {
return null;
}
//这里queryLocalInterface方法得到IInterface对象，这是通过attachInterface赋值过去的
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
//如果iin不为空并且是IAidlCall实例则将其强转成IAidlCall对象并返回
if (((iin != null) && (iin instanceof com.example.aidldemo.IAidlCall))){
return ((com.example.aidldemo.IAidlCall) iin);
}
//如果lin为空或者不是IAidlCall实例，则返回Proxy对象
return new com.example.aidldemo.IAidlCall.Stub.Proxy(obj);
}

这里我们可以看到一个Proxy类，该类是Stub里的静态类且继承于IAidlCall，在Proxy类中有真正完成getName()方法实现的过程。实现getName方法的代码如下。

@Override
public java.lang.String getName() throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
java.lang.String _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getName, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readString();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}

这里需要注意的是_data、_reply两个Parcel对象和transact方法。
_data是入参序列，如果调用的远程方法需要入参就通过_data的writeInt、writeLong等方法将参数写入_data中。
_reply是方法的返回值序列，如果调用的远程方法有返回值，就通过_reply的readInt、readLong等方法将参数读到_reply中。
这里最主要的方法是transact(intcode,
Parceldata, Parcelreply, intflags)方法。
1）第一个参数code代表的是方法的代码，例如getName()的方法code为，
static final int TRANSACTION_getName
= (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
知道code就能知道调用的是哪个方法。
2）第二个参数是指远程方法的入参。
3）第三个参数是指远程方法的返回值。
4）第四个参数是指额外操作标志，0代表的是普通的RPC，其他值代表的是one-way RPC。
因此我们，可以通过模仿写出transact方法所需要的参数，通过RemoteObject(Binder)调用其transact方法就可以完成远程方法的调用，最后会给出相应地例子。
Binder中transact方法实现代码如下。

/**
* Default implementation rewinds the parcels and calls onTransact.  On
* the remote side, transact calls into the binder to do the IPC.
*/
public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,
int flags) throws RemoteException {
if (false) Log.v("Binder", "Transact: " + code + " to " + this);
if (data != null) {
data.setDataPosition(0);
}
boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);
if (reply != null) {
reply.setDataPosition(0);
}
return r;
}

从该代码中我们可以看到调用了onTransact方法，在该方法中会把远程方法返回值写入到_reply中。在IAidlCall接口中的Stub类中，我们可以看到onTransact方法的实现，代码如下。

@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_getName: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
java.lang.String _result = this.getName();
reply.writeNoException();
// 这里将getName的返回值写入到reply中
reply.writeString(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

至此，我们分析完了IAidlCall接口类及其工作过程。其实我们也可以完全自己动手写出IAidlCall.java，在《Android开发艺术探索》书中就有给出相应地例子。下面可以看看AIDL的工作图。



这里有两点需要注意：
首先，当客户端发起远程请求的时候，由于当前进程会被挂起直到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。
通过以上介绍，可以大致了解了Binder的工作方式，后续还将继续深入了解，当然也不会太深，都是结合《Android开发艺术探索》和工作上所碰到的问题进行概述。