Binder核心机制分析揭秘跨进程得实现原理
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前言
想写篇关于Binder的文章，可对其一无所知，无从下手。在阅读了大量的优秀文章后，心惊胆战的提笔，不怕文章被贻笑大方，怕的是误人子弟！望各位大佬抽空阅读本文的同时，能够对文章的知识点持怀疑态度，共同探讨，共同进步！
一、序列化日常开发中，通过Intent携带数据跳转Activity时，数据通常要通过实现Serializable或Parcelable接口，才能在被Intent所携带，而Serializable接口和Parcelabel接口主要是完成对象的序列化过程。将对象持久化到设备上或者网络传输同样也需要序列化。 1.Serializable 接口Serializable接口是Java所提供的，为对象提供标准的序列化和反序列化操作。通常一个对象实现Serializable接口，该对象就具有被序列化和反序列化的能力，而且几乎所有工作有系统自动完成。Serializable接口内serialVersionID可指定也可以不指定，其作用是用来判断序列化前和反序列化的类版本是否发生变化。该变量如果值不一致，表示类中某些属性或者方法发生了更改，反序列化则出问题。（静态成员变量和transient关键字标记的成员不参与序列化过程） 2.Parcelable 接口Parcelable 接口是Android所提供的,其实现相对来说比价复杂。实现该接口的类的对象就可以在Intent和Binder进行传递。 3.两者的区别Serializable是Java提供的接口，使用简单，但序列化与反序列化需要大量的IO操作，所以开销比较大。Parcelable是Android提供的序列化方法，使用麻烦当效率高。在Android开发中，将对象序列化到设备或者序列化后通过网络传输建议使用Serializable接口，其他情况建议是用Parcelable接口，尤其在内存的序列化上。例如Intent和Binder传输数据。 二、AIDL在Java层，想利用Binder进行夸进程的通信，那就得通过AIDL（Android 接口定义语言）了，AIDL是客户端与服务使用进程间通信 (IPC) 进行相互通信时都认可的编程接口，只有允许不同应用的客户端用 IPC 方式访问服务，并且想要在服务中处理多线程时，才有必要使用 AIDL，如果是在单应用（单进程），建议使用Messager。 1、AIDL支持的数据类型
自定义的Parcelable对象和AIDL接口必须显示导入到AIDL文件中。 数据的走向 Parcelable对象和AIDL接口在使用前必须标明数据的走向：
示例： void addUser(inout User user); 2、服务端的实现2.1、定义数据对象 public class User implements Parcelable {
private String username;
private String address;
public User() {
}
public User(String username,String address) {
this.username = username;
this.address = address;
}
User(Parcel in) {
readFromParcel(in);
}
//系统默认生成，反序列化过程，我们只需要要构造方法读取相关值就可以
public static final Creator<User> CREATOR = new Creator<User>() {
@Override
public User createFromParcel(Parcel in) {
return new User(in);
}
@Override
public User[] newArray(int size) {
return new User[size];
}
};
//系统默认生成，内容描述功能，几乎所有情况下都返回0，
//仅仅当前存在文件描述符，才返回1
@Override
public int describeContents() {
return 0;
}
//序列化过程，通过一系列的write将值写到Parcel 对象
@Override
public void writeToParcel(Parcel dest,int flags) {
dest.writeString(username);
dest.writeString(address);
}
@Override
public String toString() {
return username+":"+address;
}
public void readFromParcel(Parcel in){
username=in.readString();
address=in.readString();
}
}
2.2、抽象服务端服务
下面代码通过建立UserManager.aidl文件,为客户端提供 addUser和getUser的能力。UserManager可以理解为，服务端和客户端的共同约定，两者能进行怎么样的交互
package com.gitcode.server;
// 在这里要导入传递对象的类型，例如User
import com.gitcode.server.User;
interface UserManager {
void addUser(inout User user);
User getUser(int index);
}
定义UserManager.aidl文件后，系统默认会生成UserManager.java文件。
UserManager.java的代码如下，为了减少篇幅，去掉了一些实现。 public interface UserManager extends android.os.IInterface {
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.gitcode.server.UserManager {
private static final String DESCRIPTOR = "com.gitcode.server.UserManager";
public Stub() {
this.attachInterface(this,DESCRIPTOR);
}
public static com.gitcode.server.UserManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
if ((obj == null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin != null) && (iin instanceof com.gitcode.server.UserManager))) {
return ((com.gitcode.server.UserManager) iin);
}
return new 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 {
......
}
private static class Proxy implements com.gitcode.server.UserManager {
private android.os.IBinder mRemote;
Proxy(android.os.IBinder remote) {
mRemote = remote;
}
@Override
public android.os.IBinder asBinder() {
return mRemote;
}
public String getInterfaceDescriptor() {
return DESCRIPTOR;
}
@Override
public void addUser(com.gitcode.server.User user) throws android.os.RemoteException {
......
}
@Override
public com.gitcode.server.User getUser(int index) throws android.os.RemoteException {
.....
}
}
static final int TRANSACTION_addUser = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_getUser = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
}
public void addUser(com.gitcode.server.User user) throws android.os.RemoteException;
public com.gitcode.server.User getUser(int index) throws android.os.RemoteException;
}
从上文可知，UserManager本身是一个接口，并继承IInterface接口。UserManager.java声明了 package com.gitcode.server; parcelable User; 在服务端中，服务一般以Service体现，定义UserServcie,继承Service。 public class UserService extends Service {
private static final String TAG = "Server";
private List<User> list = new ArrayList<>();
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
list.add(new User("GitCode","深圳"));
}
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
Log.i(TAG,"on Bind");
return stub;
}
private UserManager.Stub stub = new UserManager.Stub() {
@Override
public void addUser(User user) throws RemoteException {
list.add(user);
Log.i(TAG,"add user:"+user);
}
@Override
public User getUser(int index) throws RemoteException {
Log.i(TAG,"get user,index:"+index);
return list.size() > index && index >= 0 ? list.get(index) : null;
}
};
}
在AndroidManifest.xml文件声明Service，以两个组件形成单独的app来体现两个进程，通过AIDL进行数据交互。在客户端通过 <service android:name="com.gitcode.server.UserService"
android:enabled="true"
android:exported="true">
<intent-filter>
<action android:name="com.gitcode.server.userservice"/>
<category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
</intent-filter>
</service>
3、客户端的实现客户端主要是通过共同的约定（UserManger.aidl）向服务端进行请求，服务端响应客户端的请求。为了提高效率和减少出错，通过拷贝来实现客户端的AIDL文件。将服务端的aidl整个文件拷贝到客户端的main目录下，不做任何修改。
在客户端建立与服务端User类同包的目录，并将User类拷贝过来，不做任何修改。
在Activity中绑定服务端的Service，绑定成功后进行数据交互。 public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "Client";
private UserManager mUserManager;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
toBindService();
}
private void toBindService() {
Intent intent = new Intent("com.gitcode.server.userservice");
intent.setPackage("com.gitcode.server");
bindService(intent,connection,Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
private ServiceConnection connection = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name,IBinder service) {
mUserManager = UserManager.Stub.asInterface(service);
try {
User user = mUserManager.getUser(0);
Log.e(TAG,user.toString());
mUserManager.addUser(new User("张三","北京"));
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
}
};
}
运行效果： 客户端：
服务端：
4、小结客户端调用服务的方法，被调用的方法运行在服务端的的Binder线程池，同时客户端会被挂起，如果服务端方法执行耗时操作，就会导致客户端ANR,所以不要在客户端主线程访问远程服务方法。同时服务端不应该自己新建新建线程运行服务方法，因为方法会交由线程池处理，同时对数据也要做好并发访问处理。 三、BinderBinder是Android系统提供的一种IPC机制。由于Android是基于Linux内核，因此，除了Binder以外，还有其他的IPC机制，例如Socket，共享内存，管道和消息队列等。之所有不使用原有的 IPC机制，是因为使用Binder机制，能从性能、稳定性、安全性带来更好的效果。例如，Socket是一套通用的接口，传输速率低下，适合网络传输这种情况，而管道和消息队列需要数据的两次拷贝，共享内容难以管控等。而Binder对数据只需要一次拷贝，使用C/S架构，职责明确，容易维护和使用。
在Binder机制中，主要涉及到Client、Server、ServiceManger三个端，三者通过Binder进行跨进程通信，支持着Android这个大网络。它们的关系如下图。
Server Server进程需要注册一些Service到ServiceManger中，以对外告知其可提供的服务。例如上文AIDL中，会注册UserService，并为Client提供添加User和获取User的操作。注册的过程，Server进程就是客户端，而ServiceManger就是服务端。 Client 对Sever进程进行业务逻辑操作。通过Service的名称在ServiceManger查找对应的Service。 ServiceManager ServiceManger集中管理系统内的所有Service，服务通过注册Service到ServiceManger的查找表中，当Client根据Service名称请求ServiceManger在查找表中查询对应的Service。 图表示三者的C/S架构，例如Client查询向ServiceManger查询Service时，Client就是客户端，而ServiceManger就是服务端。而虚线则表示两者之间通过Binder进行进程间的通信，因此通过了解一条虚线的流程，就可以知道Binder的机制。 1、Service的注册过程通过Server进程的注册Service过程，可以了解到Binder机制的工作原理。
BpServcieManger和BnServcieManger是客户端与服务端进程业务层辑实现的封装，而BpBinder和BBinder是IPC机制的方式。此时Server进程是客户端，ServiceManger是服务端。 1.1 ProcessState 每个进程通过单例模式创建了唯一的ProcessState对象,在其构造器中，通过 open_driver()方法打开了/dev/binder设备，相当于Server进程打开了与内核的Binder驱动交互的通道，并设置最大支持线程数为15。binder设备是Android在内核中为完成进程间通信而专门设置的一个虚拟设备。1.2 BpBinder和BBinder BpBinder与BBinder都是Android与Binder通信相关的代表，两者一一对应，都从IBinder派生而来。如果说BpBinder代表客户端，那么BBinder就代表服务端，一个BpBinder通过handler标识与对应的BBinder进行交互。在Binder系统，handler标识为0代表着ServiceManger所对应的BBinder。BpBinder与BBinder并没有直接操作ProcessState打开的binder设备。 1.3 BpServiceManger和BnserviceManger 两者继承至IServiceManger,与业务逻辑相关，可以说将业务层的逻辑架构到Binder机制上。BnserviceManger从IServiceManger BBinder派生而来，可直接参与Binder的通信，而BpServiceManger通过mRemote指向BpBinder。 1.4 注册相关Service 通过上文三小节，BpServiceManger对象实现对IServiceManger的业务函数，又有BpBinder作为通信代表，下面分析一下注册的过程。 将字符串名字和Service对象作为参数传到BpServiceManger对象的 addService()函数，该方法将参数数据打包后传递给BpBidner的transact()函数。业务层的逻辑到此就结束，主要作用是将请求信息打包交给通信层去处理。在BpBinder的 transact()函数调用了IPCThreadState对象的 transact() 函数，所以说BpBinder本身没有参与Binder设备的交互。每个线程都有一个IPCThreadState对象，其拥有一个mOut、mIn的缓冲区，mOut用来存储转发Binder设备的数据，而mIn用来接收Binder设备的数据。通过ioctl方式与Binder设备进行交互。
1.5 小结通过上文Service的注册过程，分析了Binder的机制。Binder只是通信机制，业务可以基于Binder机制，也可以基于其他IPC方式的机制，也就是上文为啥有BpServiceManger和BpBinder。Binder之所以复杂，是Android通过层层的封装，巧妙的将业务与通信融合在一起。主要还是设计理想很牛逼。
2、ServiceManger通过1小节的分析，是否应该也有一个类继承自BnServiceManger来处理远方请求呢？
3、ClientClient想要使用Server进程提供的Service，又该进行哪些步骤呢？ 四、总结通过对Binder机制的学习，了解Android是如何通过层层封装将Binder机制集成要应用程序，对Binder机制有一个较深入的理解。可以通过第Java层AIDL的使用，加深对Binder机制的理解。 （编辑：李大同） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
