AndroidBinder入門學習筆記

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Binder是Android給我們提供的一種跨進程通信方式。理解Binder能幫助我們更好的理解Android的系統設計，比如說四大組件，AMS，WMS等系統服務的底層通信機制就都是基于Binder機制的。當然了，Binder機制的底層驅動實現很復雜，本文的目的只是為了理清Binder的使用和在應用層的結構和流程，對于Binder在底層是如何實現的，目前能力還沒到這一步去分析，不會涉及到。對于這部分，不妨將它看成是一個黑盒子，我們輸入什么，然后底層會給我們提供什么。

代理模式

我們知道，A進程如果想要執行B進程的b方法，是沒辦法直接辦得到的，但是通過Binder機制，B進程可以返回給A進程一個代理對象Proxy，然后A進程通過調用Proxy的方法，由Proxy幫我們將信息傳遞給B進程，從而間接調用b方法。沒錯，Binder實現過程中用到了代理模式。所以在繼續前行之前，有必要簡單了解下代理模式先。

代理模式相對來說好理解一些，因為在生活中，到處都有代理的影子，比如說我們想去香港買個Mac，但是自己不方便去，于是我們找了代購；比如說現在年底了要搶火車票，但是在12306手動搶票根本搶不到啊，所以我們找了第三方搶票軟件，它會每隔幾十ms就幫我們查詢一次，有票的話就幫我們下單。這里就以搶火車票為例來說明代理模式的結構。

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proxy

模式比較簡單，就直接上代碼了。

// 聲明買票接口
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查詢一次結果
   try {
    Thread.sleep(10);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }
}

public class Main {

 public static void main(String[] args) {

  // 初始化我們的購票信息
  Real12306 real12306 = new Real12306();
  
  ThirdParty12306 thirdParty12306 = new ThirdParty12306(real12306);
  
  // 開始不斷搶票，釋放我們的勞動力
  thirdParty12306.buyTicket();
 }
}

使用了代理模式之后，我們就不用時時刻刻盯著12306刷票了，只需要把這些重復無聊的工作交給代理去幫我們干就好了。

AIDL

一般來說，我們使用Binder都是通過AIDL來完成的。我們新建一個aidl文件，然后定義一個接口，這樣Android Studio就會幫我們生成一個java接口文件。以一個最簡單的接口來說吧。

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

生成的IMath.java文件中，代碼有點亂，整理一下之后，結構大致是這樣子的：

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aidl

簡單來說，生成了一個IMath接口，接口內定義了一個抽象類IMath.Stub，繼承了Binder，IMath.Stub又有一個內部類IMath.Stub.Proxy。IMath.Stub和IMath.Stub.Proxy都實現了IMath這個接口。結合上面的代理模式，從這里我們就可以猜出，在跨進程通信中，由于各個進程都是獨立的，我們的客戶端拿不到服務端的IMath.Stub類，只能獲得它的代理IMath.Stub.Proxy，再通過它來間接幫我們訪問IMath.Stub類，從而完成跨進程通信。

Binder流程

看了上面的結構圖之后，估計大家還是看不懂的。不急，我們再結合上面這個例子來說明。Binder機制是基于C/S模型的，也就是說，需要一個client進程和一個Server進程。Client和Server是相對的，誰發消息，誰就是Client，誰接收消息，誰就是Server。在實際開發中，Server進程通常是四大組件中的Service（Service必須在Manifest文件中指定進程名字）。

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Math類，繼承自IMath.Stub，在這里實現我們具體的服務端邏輯。因為IMath.Stub繼承自Binder，Binder又實現了IBinder接口，所以在onBind()方法中直接返回math對象。接著再來看客戶端的業務邏輯。

// 定義ServiceConnection類
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)

當連接上Service后，就會回調客戶端的onServiceConnected()方法，這里傳進來的service是一個BinderProxy對象。

BinderProxy是Binder的代理類，同樣也實現了IBinder接口。我們在Server端返回的明明是一個Math對象，到這里就變成了BinderProxy對象了，是不是有點神奇？別忘了，Math本身就是一個Binder對象。由于是跨進程通信，我們無法直接拿到這個Binder對象，只能由BinderProxy對象來幫助我們完成任務。至于Binder是怎么變成BinderProxy的，這就是Binder機制的底層原理了，將它當成一個黑盒子就好了。

拿到BinderProxy對象后，再將它轉換成我們定義的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Key值DESCRIPTOR在Binder中匹配mOwner，它是一個IInterface對象。但既然是去取值，就應該有地方將他們存進來的，我們好像錯過了什么。這里還得回到Math的初始化過程，Math繼承自IMath.Stub，看一下它的構造方法就能明白了。

// 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的獲取已經很明顯了吧。但其實，這里取出來的是Null。What？為什么？別忘了，RemoteService是運行在一個單獨的進程中的，attachInterface()方法是Binder調用的。而我們的客戶端拿到的只是BinderProxy，查詢到的IInterface當然是Null了，所以我們還得接著看asInterface()方法。（當然了，如果RemoteService和客戶端運行在同一個進程的話，這里就能直接拿到IInterface了，但這與跨進程通信就沒有半毛錢關系了。）

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

直接返回了一個代理對象。后續我們要跟Server端做交互就得靠它了。比如我們調用了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來寫入數據以便于跨進程傳輸
  _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
  _data.writeInt(a);
  _data.writeInt(b);
  
  // mRemote是在asInterface中獲得的BinderProxy對象
  mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
  
  // 使用Parcel來接收返回值
  _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是客戶端拿到的BinderProxy對象，然后就要開始跨進程傳輸了。又到了黑盒子出現的時候了，客戶端發起跨進程通信后，服務端就會在自己進程的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，會先通過Parcel將信息解析出來，然后執行我們調用的add()方法，也就是我們在RemoteService中重寫IMath.Stub的add()方法。最后將結果寫回Parcel中再跨進程傳回給客戶端，從而完成了一次跨進程通信。
如果看到這里，對于Binder的流程還有疑惑的話，那就再來一張時序圖好了。

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binder

看圖說話，當我們在客戶端中去bindService()的時候，Server端在onBind()中返回了一個Binder對象，經過Binder驅動的轉換，這個Binder到了客戶端中變成了BinderProxy，客戶端接著再把BinderProxy轉換成Stub.Proxy，后面我們與Server的跨進程通信就都是通過Stub.Proxy發起的，然后Binder驅動會幫我們將數據跨進程傳輸給真正的Binder，Binder執行完操作后再將結果寫入由Binder驅動傳回來。由此完成了一次跨進程通信。

從圖中我們也可以看出通信過程是同步的。當客戶端發起請求的同時，當前的線程會被掛起，直到結果返回。所以要注意的是如果請求太耗時的話，不應該在主線程中去請求，否則容易出現ANR。給個Systrace直觀感受一下。

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