从AIDL开始谈Android进程间Binder通信机制

本文首先概述了Android的进程间通信的Binder机制，然后结合一个AIDL的例子，对Binder机制进行了解析。

概述

        我们知道，在Android app中的众多activity，service等组件可以运行在同一进程中，也可以运行在不同进程中。当组件运行在同一进程中进行通信就显得比较简单，在之前的Android线程间通信机制中已经讲过了；而当它们运行在不同的进程中时，就需要使用我们本文中所要介绍的Binder机制了。

        Binder作为一种进程间通信机制，负责提供远程调用的功能（RPC），它的系统组件主要包括四种：Client, Server, ServiceManager, Binder Driver. 它们之间的关系如下图所示：

        从图中我们可以看出，Client, Server, ServiceManager运行在系统的用户态，而Binder Driver运行在内核态。为了完成Client端到Server端的通信任务，用户空间的需要操作Binder Driver提供的/dev/binder文件来完成交互。那么ServiceManager的工作是什么呢？ServiceManager负责管理Server并向Client端提供一个Server的代理接口（proxy）。通过代理接口中定义的方法，Client端就可以使用Server端提供的服务了。整个过程如下：

• Client端调用代理接口的方法，将Client的参数打包为parcel对象发送给内核空间中BinderDriver；
• Server端读取到BinderDriver中的请求数据，将parcel对象解包并处理；
• 处理好后，将处理结果打包返回给BinderDriver，再交给Client端。

       另外，Client端与Server端的调用过程是同步的，即在Server返回结果之前，Client端是阻塞的。调用过程如下所示：

 

        OK，下面我们通过AIDL的一个例子来分析一下以上过程时如何进行的。

AIDL小栗子

       首先，创建一个aidl文件“ICalculateAIDL.aidl”，这个接口里面定义了要对外提供的服务，我们这里定义了计算加法和减法的函数：

package com.cqumonk.calculate.aidl;

interface ICalculateAIDL {
    int add(int a,int b);
    int minus(int a,int b);
}

       创建好后，rebuild一下我们的项目，可以生成同名的java文件。这是一个接口，里面包含了一个名为Stub的静态抽象类，以及我们在aidl文件中定义的加减法函数。里面详细代码在后面分析，接口文件结构如下：

        然后我们需要实现服务端方面的功能，创建一个service，我们顺手把生命周期中各方法都打印出来，并完成加法和减法函数的实现：

public class CalculateService extends Service {
    private static final String TAG="SERVER";
    public CalculateService() {
    }

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        Log.e(TAG,"OnCreate");
    }

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        Log.e(TAG,"onStartCommand");
        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onBind");
        return mBinder;
    }


    @Override
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Log.e(TAG,"onDestroy");
    }

    @Override
    public boolean onUnbind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onUnbind");
        return super.onUnbind(intent);
    }

    @Override
    public void onRebind(Intent intent) {
        Log.e(TAG,"onRebind");
        super.onRebind(intent);
    }

    private final ICalculateAIDL.Stub mBinder=new ICalculateAIDL.Stub(){
        @Override
        public int add(int a, int b) throws RemoteException {
            return a+b;
        }

        @Override
        public int minus(int a, int b) throws RemoteException {
            return a-b;
        }
    };
}

        在service中，我们使用刚刚生成的ICalculateAIDL.Stub静态抽象类创建了一个Binder对象，实现了其中有关计算的业务方法，并在onBind方法中返回它。另外我们还需要在manifest文件中对该服务进行注册：

        <service
            android:name=".CalculateService"
            android:enabled="true"
            android:exported="true" >
            <intent-filter>
                <action android:name="com.cqumonk.adil.calculate"/>
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
            </intent-filter>
        </service>

        这时候，我们的服务端工作就完成了。我们开始编写客户端的代码来调用这个服务。首先，我们定义一个activity，包含四个按钮：

        然后我们可以在activity中启动之前定义好的service并调用它所提供的服务：

public class MainActivity extends Activity implements View.OnClickListener {

    Button mBind;
    Button mUnbind;
    Button mAdd;
    Button mMinus;
    TextView txt_res;
    private static final String TAG="CLIENT";
    private ICalculateAIDL mCalculateAIDL;
    private boolean binded=false;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mBind= (Button) findViewById(R.id.btn_bind);
        mUnbind= (Button) findViewById(R.id.btn_unbind);
        mAdd= (Button) findViewById(R.id.btn_add);
        mMinus= (Button) findViewById(R.id.btn_minus);
        txt_res= (TextView) findViewById(R.id.txt_res);

        mBind.setOnClickListener(this);
        mUnbind.setOnClickListener(this);
        mAdd.setOnClickListener(this);
        mMinus.setOnClickListener(this);
    }

    @Override
    protected void onStop() {

        super.onStop();
        unbind();
    }

    private void unbind(){
        if (binded){
            unbindService(mConnection);
            binded=false;
        }
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        int id=v.getId();
        switch (id){
            case R.id.btn_bind:
                Intent intent=new Intent();
                intent.setAction("com.cqumonk.adil.calculate");
                bindService(intent,mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
                break;
            case R.id.btn_unbind:
                unbind();
                break;
            case R.id.btn_add:
                if(mCalculateAIDL!=null){
                    try {
                        int res=mCalculateAIDL.add(3,3);
                        txt_res.setText(res+"");
                    } catch (RemoteException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
            case R.id.btn_minus:
                if(mCalculateAIDL!=null){
                    try {
                        int res=mCalculateAIDL.minus(9,4);
                        txt_res.setText(res+"");
                    } catch (RemoteException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else{
                    Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
        }
    }
    private ServiceConnection mConnection=new ServiceConnection() {
        @Override
        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.e(TAG,"connect");
            binded=true;
            mCalculateAIDL=ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);

        }

        @Override
        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
            Log.e(TAG,"disconnect");
            mCalculateAIDL=null;
            binded=false;
        }
    };
}

        当我们点击绑定按钮，观察日志：

        点击加法和减法按钮，都可以完成计算并返回值。然后点击解绑按钮：

        我们并未发现有连接断开的日志打印，这时候，我们继续点击加减法按钮，发现仍然可以完成计算功能，这又是为毛呢？我们看到unbind和destroy的日志打印，说明连接已经断开，service已经被销毁，但是我们返回的stub对象仍然是可以继续使用的。而并不是说service仍然在运行。

过程分析

        首先，我们调用bindservice方法来启动了service：

        一方面连接成功时调用了serviceConnection的onServiceConnected方法。我们从该方法中获取到一个Binder对象（注意，这个binder并不是我们在service中实现的那个哦。当service时本apk中的service时，这里返回的是同一个binder），我们通过此binder来与server进行通信。为了区分，我们称为clientBinder。

public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.e(TAG,"connect");
            binded=true;
            mCalculateAIDL= ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);       
}

        另一方面，onBind方法返回了我们实现的Stub对象，其实也是一个Binder，用于和Client进行通信。（之前我们定义了一个aidl接口文件，并根据它生成了ICalculateAIDL接口。这个接口中有我们定义的两个方法以及一个静态抽象内部类Stub，它是一个Binder的子类。）我们来看一下Stub是如何定义的：

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL

        它继承了Binder类也实现了ICalculateAIDL接口，我们实现了定义的add和minus方法。我们仍然要强调一下它并不是clientBinder，在负责与clientBinder进行通信交互的同时，它也维护了service描述符与服务端service的映射。

 

        我们在Client中的onServiceConnected里调用了stub对象的asInterface方法，并将之前得到的clientBinder传入：

public static com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);//根据包名获取本地实现的一个接口的实例，如果是本地service则可以获取到
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL))) {
                return ((com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL) iin);  //如果得到的实例是ICalculateAIDL的对象，则返回
            }
            return new com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL.Stub.Proxy(obj);//如果无法得到本地实现的对象则会返回一个代理对象
}

        在这个方法中，首先在系统中查找注册的的service，如果没有找到，那么一定是别的apk实现的service，于是返回一个此service的静态代理类对象供Client调用。我们来看一下这个代理，创建时我们将clientBinder传入了，同时也它实现了ICalculateAIDL接口：

private static class Proxy implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL {
            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 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 {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    _data.writeInt(a);  //将参数打包
                    _data.writeInt(b);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);  //调用binderDriver的提供的方法将参数发给服务端
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readInt();  //读取到返回结果
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }

            @Override
            public int minus(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 {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    _data.writeInt(a);
                    _data.writeInt(b);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_minus, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readInt();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }

        代理中也实现了ICalculateAIDL接口定义的方法，我们以add方法为例，里面将参数打包发送给Server端。在Server端收到请求后，会调用service中我们实现的那个stub对象（mBinder）的onTransact方法：

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_add: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    int _arg0;
                    _arg0 = data.readInt();
                    int _arg1;
                    _arg1 = data.readInt();
                    int _result = this.add(_arg0, _arg1); //调用我们实现好的方法
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result); //把结果返回
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_minus: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    int _arg0;
                    _arg0 = data.readInt();
                    int _arg1;
                    _arg1 = data.readInt();
                    int _result = this.minus(_arg0, _arg1);
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result);
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        调用完成后把结果打包返回给Poxy处理，最后返回给客户端。

总结

        由上面的例子我们可以看出，在跨进程通信的时候，Client端使用的Poxy里面封装了一个binder与Server端的stub（也是一个binder对象）进行交互，两个binder作为接口调用BinderDriver的transact来发送数据包，以及onTransact接收处理数据包。

        通过结合AIDL例子，我们对Android进程间的通信机制进行了分析，如果有错误的地方，欢迎指正。