Binder工作原理分析

Binder主要用于Service中，包括AIDL和Messenger，其中普通Service中的Binder不涉及进程间通信，所以较为简单，无法触及Binder的核心，而Messenger的底层其实是AIDL，所以这儿选择用AIDL来分析Binder的工作原理

思维导图

一、AIDL的生成

//Book.java
package com.aidl.aidltest;

import android.os.Parcel;
import android.os.Parcelable;

public class Book implements Parcelable {
    public int bookId;
    public String bookName;

    public Book(int bookId, String bookName){
        this.bookId = bookId;
        this.bookName = bookName;
    }

    public int describeContents(){
        return 0;
    }

    public void writeToParcel(Parcel out, int flags){
        out.writeInt(bookId);
        out.writeString(bookName);
    }

    public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>(){
        public Book createFromParcel(Parcel in){
            return new Book(in);
        }

        public Book[] newArray(int size){
            return new Book[size];
        }
    };

    private Book(Parcel in){
        bookId = in.readInt();
        bookName = in.readString();
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "[bookId = " + bookId + ", bookName = " + bookName + "]";
    }
}

// Book.aidl
package com.aidl.aidltest;
parcelable Book;

// IBookManager.aidl
package com.aidl.aidltest;
import com.aidl.aidltest.Book;

interface IBookManager {
    List<Book> getBookList();
    void addBook(in Book book);
} 

完成上述操作后，通过点击clean Project，再点击Rebuild Project即可自动生成IBookManager.java 文件（Android Studio版本不同，可能步骤不一样）

二、自动生成的IBookManager.java

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 */
package com.aidl.aidltest;
public interface IBookManager extends android.os.IInterface
{
  /** Default implementation for IBookManager. */
  public static class Default implements com.aidl.aidltest.IBookManager
  {
    @Override public java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> getBookList() 
                 throws android.os.RemoteException
    {
      return null;
    }
    @Override public void addBook(com.aidl.aidltest.Book book) throws android.os.RemoteException
    {
    }
    @Override
    public android.os.IBinder asBinder() {
      return null;
    }
  }
  /** Local-side IPC implementation stub class. */
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.aidl.aidltest.IBookManager
  {
    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.aidl.aidltest.IBookManager";
    /** Construct the stub at attach it to the interface. */
    public Stub()
    {
      this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }
    /**
     * Cast an IBinder object into an com.aidl.aidltest.IBookManager interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
    public static com.aidl.aidltest.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj)
    {
      if ((obj==null)) {
        return null;
      }
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.aidl.aidltest.IBookManager))) {
        return ((com.aidl.aidltest.IBookManager)iin);
      }
      return new com.aidl.aidltest.IBookManager.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
    {
      java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
      switch (code)
      {
        case INTERFACE_TRANSACTION:
        {
          reply.writeString(descriptor);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_getBookList:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> _result = this.getBookList();
          reply.writeNoException();
          reply.writeTypedList(_result);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_addBook:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          com.aidl.aidltest.Book _arg0;
          if ((0!=data.readInt())) {
            _arg0 = com.aidl.aidltest.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
          }
          else {
            _arg0 = null;
          }
          this.addBook(_arg0);
          reply.writeNoException();
          return true;
        }
        default:
        {
          return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
      }
    }
    private static class Proxy implements com.aidl.aidltest.IBookManager
    {
      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.util.List<com.aidl.aidltest.Book> getBookList() 
                  throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> _result;
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            return getDefaultImpl().getBookList();
          }
          _reply.readException();
          _result = _reply.createTypedArrayList(com.aidl.aidltest.Book.CREATOR);
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
        return _result;
      }
      @Override public void addBook(com.aidl.aidltest.Book book) throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          if ((book!=null)) {
            _data.writeInt(1);
            book.writeToParcel(_data, 0);
          }
          else {
            _data.writeInt(0);
          }
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            getDefaultImpl().addBook(book);
            return;
          }
          _reply.readException();
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
      }
      public static com.aidl.aidltest.IBookManager sDefaultImpl;
    }
    static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    public static boolean setDefaultImpl(com.aidl.aidltest.IBookManager impl) {
      if (Stub.Proxy.sDefaultImpl == null && impl != null) {
        Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
        return true;
      }
      return false;
    }
    public static com.aidl.aidltest.IBookManager getDefaultImpl() {
      return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
    }
  }
  public java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;
  public void addBook(com.aidl.aidltest.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

三、具体分析

IBookManager.java类，继承IInterface接口。通过这个类我们可以清楚地了解到Binder的工作机制。

• 首先，它声明了两个方法getBookList()和addBook()，显然这就是我们在IBookManager.aidl中所声明的方法。

  public java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;
  public void addBook(com.aidl.aidltest.Book book) throws android.os.RemoteException;

• 同时它还声明了两个整型的id（TRANSACTION_getBookList和TRANSACTION_addBook）分别用于标识这两个方法，这两个id用于标识在transact过程中客户端所请求的到底是哪个方法。
  

    static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);

• 接着它声明了一个内部类Stub，这个Stub就是一个Binder类，当客户端和服务端都位于同一个进程时，方法调用不会走跨进程的transact过程，而当两者位于不同进程时，方法调用需要走transact过程，这个逻辑是由Stub的内部代理类Proxy来完成。

  public static abstract class Stub extends android.os.Binder 
            implements com.aidl.aidltest.IBookManager
  {
    ......
    private static class Proxy implements com.aidl.aidltest.IBookManager
    {
       ......
    }

1、DESCRIPTOR

Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示，比如本例汇总的“com.aidl.aidltest.IBookManager”

    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.aidl.aidltest.IBookManager";

2、asInterface(android.os.IBinder obj)

用于将服务器的Binder对象转换成客户端所需的AIDL接口类型的对象，这种转换过程时区别进程的，如果客户端和服务器位于同一进程，那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身，否则返回的就是系统封装后的Stub.proxy对象。

    /**
     * Cast an IBinder object into an com.aidl.aidltest.IBookManager interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
    public static com.aidl.aidltest.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj)
    {
      if ((obj==null)) {
        return null;
      }
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.aidl.aidltest.IBookManager))) {
        return ((com.aidl.aidltest.IBookManager)iin);
      }
      return new com.aidl.aidltest.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
    }

3、asBinder()

此方法用于返回当前Binder对象

    @Override public android.os.IBinder asBinder()
    {
      return this;
    }

4、onTransact()

这个方法运行在服务端中的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由该方法来处理。该方法的原型是public Boolean onTransact (int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags)。服务端通过code可以确定客户端所请求的目标方法是什么，接着从data中取出目标方法所需的参数，然后执行目标方法。当目标方法执行完毕后，就向reply中写入返回值（如果目标方法有返回值的话），并返回true。

    @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 TRANSACTION_getBookList:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> _result = this.getBookList();
          reply.writeNoException();
          reply.writeTypedList(_result);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_addBook:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          com.aidl.aidltest.Book _arg0;
          if ((0!=data.readInt())) {
            _arg0 = com.aidl.aidltest.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
          }
          else {
            _arg0 = null;
          }
          this.addBook(_arg0);
          reply.writeNoException();
          return true;
        }
        default:
        {
          return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
      }
    }

注意：如果此方法返回false，那么客户端的请求会失败，因此我们可以利用这个特性来做权限验证，毕竟我们也不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

5、Proxy#getBookList()

      @Override public java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> getBookList() 
                  throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        java.util.List<com.aidl.aidltest.Book> _result;
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            return getDefaultImpl().getBookList();
          }
          _reply.readException();
          _result = _reply.createTypedArrayList(com.aidl.aidltest.Book.CREATOR);
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
        return _result;
      }

这个方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法时，它的内部实现是这样的：

• 首先创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data、输出型Parcel对象_reply和返回值对象List；
  
• 然后把该方法的参数信息写入_data中（如果有参数的话）；
• 接着调用transact()方法来发起RPC（远程过程调用）请求，同时当前线程挂起；
• 然后服务端的onTransact()方法会被调用，直到RPC过程返回后，当前线程继续执行，并从_reply中取出RPC过程的返回结果；
• 最后返回_reply中的数据。

6、Proxy#addBook()

这个方法运行在客户端，它的执行过程和getBookList()是一样的，addBook()没有返回值，所以它不需要从_reply中取出返回值。

      @Override 
      public void addBook(com.aidl.aidltest.Book book) throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          if ((book!=null)) {
            _data.writeInt(1);
            book.writeToParcel(_data, 0);
          }
          else {
            _data.writeInt(0);
          }
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            getDefaultImpl().addBook(book);
            return;
          }
          _reply.readException();
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
      }

注意：

• 当客户端发起远程请求时，由于当前线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时很耗时的，那么不能再UI线程中发起此远程请求；
• 由于服务端的Binder()方法运行在Binder线程池中，所以Binder()方法不管是否耗时都应该采用同步的方法去实现，因为它已经运行在一个线程中。

四、手动实现一个Binder

• 声明一个AIDL性质的接口，只需要继承IInterface接口即可，IInterface接口中只有一个asBinder()方法。这个接口的实现如下：
  

public interface IBookManager_ extends IInterface {
    static final String DESCRIPTOR = "com.aidl.aidltest.IBookManager_";
    static final int TRANSACTION_getBookList = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0;
    static final int TRANSACTION_addBook = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1;

    public List<Book> getBookLst() throws RemoteException;
    public void addBook(Book book) throws RemoteException;
}

可以看出，在接口中声明了一个Binder描述符和另外两个id，这两个id分别表示的是getBookList()和addBook()方法，这段代码原来也是系统生成的，我们仿照系统生成的规则去手动书写这部分代码。

如果我们有三个方法，应该怎么做呢？很显然，我们要再声明一个id，然后按照固定模式声明这个新方法即可。

• 实现Stub类和Stub类中的Proxy代理类，这段diamante我们可以自己写，但是写出来会发现和系统自动生成的代码是一样的，因此这个Stub类我们只需要参考系统生成的代码即可，只是结构上做一下调整，调整后的代码如下：

public class BookManagerImpl extends Binder implements IBookManager_ {
    /** Construct the stub at attach it to the interface */
    public BookManagerImpl(){
        this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }

    /**
     * Cast an IBinder object into an IBookManager interface, generating a proxy
     * if needed.
     */
    public static IBookManager_ asInterface(IBinder obj){
        if(obj == null){
            return null;
        }
        android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
        if((iin != null) && (iin instanceof IBookManager_)){
            return (IBookManager_)iin;
        }
        return new BookManagerImpl.Proxy(obj);
    }

    @Override
    public IBinder asBinder(){
        return this;
    }

    @Override
    public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException{
        switch (code){
            case  INTERFACE_TRANSACTION:{
                reply.writeString(DESCRIPTOR);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_getBookList:{
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                List<Book> result = this.getBookList();
                reply.writeNoException();
                reply.writeTypedList(result);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_addBook:{
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                Book arg0;
                if(0 != data.readInt()){
                    arg0 = Book.CREATOR.createFromParcel(data);
                }else {
                    arg0 = null;
                }
                this.addBook(arg0);
                reply.writeNoException();
                return true;
            }
        }
        return super.onTransact(code, data, reply, flags);
    }

    @Override
    public List<Book> getBookList() throws RemoteException{
        //TODO 待实现
        return null;
    }

    @Override
    public void addBook(Book book) throws RemoteException{
        //TODO 待实现
    }

    private static class Proxy implements IBookManager_{
        private IBinder mRemote;
        Proxy(IBinder remote){
            mRemote = remote;
        }

        @Override
        public IBinder asBinder(){
            return mRemote;
        }

        public java.lang.String getInterfaceDescriptor(){
            return DESCRIPTOR;
        }

        @Override
        public List<Book> getBookList() throws RemoteException{
            Parcel data = Parcel.obtain();
            Parcel reply = Parcel.obtain();
            List<Book> result;
            try{
                data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                mRemote.transact(TRANSACTION_getBookList, data, reply, 0);
                reply.readException();
                result = reply.createTypedArrayList(Book.CREATOR);
            }finally {
                reply.recycle();
                data.recycle();
            }
            return result;
        }

        @Override
        public void addBook(Book book) throws RemoteException{
            Parcel data = Parcel.obtain();
            Parcel reply = Parcel.obtain();
            try{
                data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                if(book != null){
                    data.writeInt(1);
                    book.writeToParcel(data, 0);
                } else{
                    data.writeInt(0);
                }
                mRemote.transact(TRANSACTION_addBook, data, reply, 0);
            }finally {
                reply.recycle();
                data.recycle();
            }
        }
    }
}

注意：

手动实现的Binder机制，没有写Stub类，而是将Stub类单独分离出来，即上面的BookManagerImpl类。

手动实现Binder的过程可以让我们更加理解Binder的工作原理，同时也提供了一种不通过AIDL来实现Binder的新方式。

对应的demo：源程序

本文内容来源于：任玉刚的《Android开发艺术探索》