Android aidl及binder基础知识巩固

作者：义华

1、什么是binder

binder是android framework提供的，用于跨进程方法调用的机制，具有安全高效等特点。

我们知道，在 Android 系统中，每个应用程序都运行在一个独立的进程中，各个进程之间需要进行数据交换和调用，以实现各种功能。为了实现这个目的，binder应运而生。

2、binder的历史

android基于linux内核，linux提供了非常多的跨进程机制。为什么android要使用binder而不使用linux已有的ipc机制呢，这个抉择在android内部团队中有过争论。部分工程师认为binder内部的线程等待带来了系统开销，同时没有显示出更好的用处。但最后binder还是凭借其优势胜出了。其实，binder是部分android工程师在PalmSource工作时开源的一种ipc机制，负责开发ipc的工程师直接在此binder上进行了移植和开发。

在《Android传奇》一书中有介绍binder的相关历史。

3、binder基本使用

binder是一种架构，这种架构提供了服务端接口、binder驱动和客户端三个模块。

客户端通过binder远程调用服务端接口，binder驱动负责完成这次远程调用。在android framework中提供了Binder类，一个类如果扩展Binder类，那么该类就有提供远程服务的能力，该类对象一旦创建，其内部就会创建一个隐藏的线程，用来接收binder驱动发送的消息，从而调用Binder类的onTransact()方法。

binder驱动从表现上看，就是在客户端和服务端传递各种消息，以完成跨进程调用。在任意一个服务端binder对象创建时，同时也会在binder驱动中创建一个对应的mRemote对象，该对象也是binder类型。客户端就是通过mRemote对象来访问远程服务的，相当于经过了一层代理。这种机制提供了更好的安全性。

客户端通过获取远程服务在binder驱动中对应的mRemote对象，通过调用mRemote.transact方法从而实现对远程服务的调用。

从整个架构上看，就是服务端提供binder，binder驱动负责转发消息，客户端获取binder引用并调用。粗略看很简单，细节是魔鬼。

摘抄一个书中的例子，从demo理解binder的调用过程。比如要提供一个音乐播放的远程调用，可以提供一个MusicPlayerService，代码如下：

public class MusicPlayerService extends Binder {
    
    public void startPlay(String filePath) {
    
    }
    
    public void stop() {
    
    }
    
    @Override
    public void onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flag) {
        // 这个方法很重要，由binder驱动调用
        // 根据约定的code值分别调用不同的业务方法，此处是startPlay和stop
        if (code == 0x100) {
            this.startPlay(file_path)
        } else if (code == 0x101) {
            this.stop()
        }
    }
}

如上MusicPlayerService就可以提供了远程调用服务了。但是客户端如何使用呢。通过binder架构知道，要想远程调用，必须获取远程服务在binder驱动中对应的binder代理对象。此处假设已经获取到相关的引用mRemote，那么客户端便可以如下调用。

IBinder mRemote = null;
String filePath = "xxx";
int code = 0x100;

Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain(); // 接收远程调用的结果
data.writeString(filePath);
mRemote.transact(code, data, reply, 0)

如上便完成了客户端对服务端的远程调用。从这个demo就可以看出跨进程调用其实就是要通过Binder驱动来中转一下调用。以前没看过这个示例时老是不理解aidl生成的规则，不断的复习也总是记不住规则。但是通过这个示例一下就明白了这个过程，在理解的基础上再去手动编写binder类就水到渠成了（虽然一般也用不到手动去写binder类）。

现在就只剩如何获取远程服务对应的binder对象了。为了简化这个过程，android frameworks通过service提供这个能力。在service的生命周期方法中有一个onBind方法返回IBinder对象，方法签名如下：

override fun onBind(intent: Intent?): IBinder? {

在调用context.bindService方法进行绑定时，要求传入一个ServiceConnection的对象，在服务绑定成功时会回调onServiceConnection方法，一并传回服务端的Binder代理对象。如下：

Intent it = new Intent(this, xxxService.class);
context.bindService(intent, new ServiceConnection() {
    @Override
    public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
        // 此处就拿到了远程服务对应的binder了，客户端通过此binder就可以调用远程服务的方法了。 
       
    }

    @Override
    public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
        
    }
}, Service.BIND_AUTO_CREATE);

仔细想想，应用开发好像也只有这么一条路获取服务端的binder。但是最初我们定义的MusicPlayerService并不是一个真正的service，无法使用bindService方法，故需要改造一下，让MusicPlayerService继承Service类。如下：

public class MusicPlayerService extends Service {
       
    private XXXBinder mBinder;
    
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mBinder;  // 此处返回服务端的binder
    }
    
    public void startPlay(String filePath) {
    
    }
    
    public void stop() {
    
    }
   
    // 由于android应用开发上只能通过service进行远程调用，故在service内部类创建binder，方便调用service定义的业务方法。 
    public xxxBinder extends Binder {
        @Override
        public void onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flag) {
            // 这个方法很重要，由binder驱动调用
            // 根据约定的code值分别调用不同的业务方法，此处是startPlay和stop
            if (code == 0x100) {
                startPlay(file_path)
            } else if (code == 0x101) {
                stop()
            }
        }
    }
}

由于java不能多继承，继承了service类就不能继承Binder类了。那么可以在MusicPlayerService类内部构建一个内部类，继承binder，并通过onBind返回binder对象给客户端。这个代码架构便是使用binder的基本雏形了。但是，在日常开发过程中，为了扩展性和解耦，一般将业务方法通过接口抽象出来。如下抽象出播放接口。

public interface IPlayer {
    public void startPlay(String filePath);
    public void stop();
}

通过上面的代码可以发现，播放的实现放在XXXBinder类或者MusicPlayerService都是可行的。为了方便binder调用业务方法，尝试用binder实现接口并实现业务。改造后的代码如下：

public class MusicPlayerService extends Service {
       
    private XXXBinder mBinder;
    
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mBinder;  // 此处返回服务端的binder
    }
    
    // binder实现了IPlayer业务接口
    public xxxBinder extends Binder implemention IPlayer {
        @Override
        public void onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flag) {
            // 这个方法很重要，由binder驱动调用
            // 根据约定的code值分别调用不同的业务方法，此处是startPlay和stop
            if (code == 0x100) {
                this.startPlay(file_path)
            } else if (code == 0x101) {
                this.stop()
            }
        }
        
        public void startPlay(String filePath) {
            Log.i("test", "startPlay");
        }
    
        public void stop() {
            Log.i("test", "stop");
        }
    }
}

至此，使用binder的代码结构就较为清晰了。以上demo一步步的改造，其实就是为了更加深刻的理解binder的使用，并向aidl靠拢，从而更好的理解aidl生成的代码。从上代码可以看出，使用binder的代码接口基本是固定的，所以android framewrok提供了一个aidl的工具来简化这个过程。

4、aidl的使用

在对应模块上右键选择aidl，会弹出创建aidl的对话框，输入名字as会自动生成对应的aidl文件。在aidl文件中加入自己的业务接口即可。 build一下as就会根据aidl自动生成相应的接口类和binder类，具体文件此处省略。

需要注意的是，aidl中只支持Parcelable对象和原子类，如果有自定义的类需要跨进程访问时需要实现Parcelable接口。

客户端通过如下代码获取接口对象并实现调用。

class MusicClient {
    private var mIMusicPlayer: IMusicPlayer? = null

    private var mServiceConnection = object: ServiceConnection {
        override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
            // 这个方法中提供了是本地通信还是跨进程通信的判断
            // 这里就客户端进程就获取了远程服务的binder引用了。 aidl工具生成了Stub及Proxy类封装了直接通过binder.transact调用的逻辑，让开发者只需和接口交互即可。 不必关心binder交互的细节。 
            mIMusicPlayer = IMusicPlayer.Stub.asInterface(service)
        }

        override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {

        }
    }

    fun bindMusicService(context: Context) {
        val intent = Intent(context, PlayerService::class.java)
        context.bindService(intent, mServiceConnection, Service.BIND_AUTO_CREATE)
    }
}

注意在使用aidl时，如果客户端和服务端在不同的工程时，两端的aidl文件要是一样的。实际中可以直接拷贝。

5、binder架构

此处摘抄一张binder架构图

从这张图就可以清晰看到客户端、驱动及服务端的职责，也能更好的理解binder的交互过程。这么看下来，感觉binder驱动其实就是负责对消息进行了转发，同时对交互的过程进行了一定控制。

6、总结

1.一个类要想序列化就要实现Serializable或Parcelable接口，同理一个类要想提供跨进程服务，就必须继承binder类。 binder就像一个标记类一样，只要继承了，就有资格在进程间通信了。
2.一个binder跨进程的通信包含了客户端、服务端和binder驱动三方。
3.在应用开发中主要通过aidl工具、Service及Context.bindService实现跨进程访问。
4.aidl是一个命令行工具，协助生成跨进程调用的样板代码。

想了解Framework底层知识点的小伙伴可以参考一下，在学习过程中我也查阅和收集了一堆的参考学习文档，比如有Handler、Binder、AMS、WMS、PMS、事件分发机制、UI绘制……等等，为了便于自己查阅，将其知识点整合在一起并命名为了《Android Framework 核心学习手册》：https://qr18.cn/AQpN4J

《Framework 核心知识点汇总手册》:`https://qr18.cn/AQpN4J`

Handler 机制实现原理部分：
1.宏观理论分析与Message源码分析
2.MessageQueue的源码分析
3.Looper的源码分析
4.handler的源码分析
5.总结

Binder 原理：
1.学习Binder前必须要了解的知识点
2.ServiceManager中的Binder机制
3.系统服务的注册过程
4.ServiceManager的启动过程
5.系统服务的获取过程
6.Java Binder的初始化
7.Java Binder中系统服务的注册过程