Binder工作过程和源码解析

古嘉明同学
339 阅读12分钟

一. 前言

Binder是个很深入的话题，上到应用层，下到linux kernel底层，都能见到Binder的身影。要想用一篇文章对整个Binder的原理叙述清楚，是不可能的。本文从应用层的角度出发，为大家剖析Binder的工作过程。为了避免深入代码细节无法自拔，本文的源码解析也是点到为止，从一个整体上，让大家对Binder有更进一步的理解。

二. 什么是Binder?

直观来说，Binder是Android中的一个类，它实现了IBinder接口。从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信的方式，是Linux IPC中没有的；从Android Framework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager(AcitivtyManager、WindowManager等)和相应的ManagerService的桥梁；从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介。

在Android开发中，Binder主要被应用在Service中。我们常常通过定义AIDL文件让系统自动生成相应的Binder类，来实现不同进程间的跨进程通信。

这里我们也通过AIDL文件的形式创建Binder，通过分析系统为我们生成的代码，更好的理解Binder的工作过程。

三. 正式开始

首先，我们需要先创建IPeopleManager.aidl，Person.aidl，以及相应的Person.java文件，Person类需要实现parcelable接口才能在Binder中传输，具体的代码如下:

// IPeopleManager.aidl
import com.example.essay.binder.Person;
interface IPeopleManager {

  // 给binder定义的需要实现的方法
    void addPerson(in Person person);
    List<Person> getPeople();

}

// Person.aidl
parcelable Person;

// Person.java
public class Person implements Parcelable {

    public int gender;
    public String name;
  
  // ...省略实现parcelable接口的方法，以及相应的构造函数
}

一些小伙伴可能之前没创建过aidl类型的文件，看到现在可能有点迷糊。其实不用担心，不晓得aidl文件的创建并不影响我们理解Binder的工作原理，这里只是借助aidl，让系统帮助我们创建一个Binder类而已。接着往下看：

我们已经有了aidl文件，点击编译后，AS就会在app/build/generated/aidl_source_output_dir/debug/out目录下的com/example/essay/binder/，生成IPeopleManager.java文件。这文件里的代码就是我们要着重分析的了，先来整体的看看IPeopleManager.java的代码结构吧，先有个整体的认识，才能更好理解具体方法内部的实现。

public interface IPeopleManager extends android.os.IInterface
{

  public static class Default implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
  {
   // ...IPeopleManager的默认实现类，其实都是空实现，里面啥也没干
  }
  
  // IPeopleManager 的内部实现类，同时继承了Binder
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
  {
    
    // Stub的内部类，同样实现了IPeopleManager接口
    private static class Proxy implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
    {
 			// ...
    }
		// ...
  }
  
  // 我们在aidl文件中定义的方法，都是以接口的形式，空实现
  public void addPerson(com.example.essay.binder.Person person) throws android.os.RemoteException;
  public java.util.List<com.example.essay.binder.Person> getPeople() throws android.os.RemoteException;
}

我先把具体的代码细节省略了，是不希望太多的细节影响我们对IPeopleManager整体的分析；可以看到IPeopleManger中有好几个类，分别是Default、Stub、Proxy类。其中Default和Stub是IpeopleManager的直接子类，Proxy是Stub的直接子类，是IPeopleManager的间接子类。

这些类，除了Default，都在Binder通信中起着重要作用，后面我们会逐个分析。系统给我们把这些类都生成在了同一个文件夹里，事实上把它们各个类都独立分离出来也是可以的。

接下来我们再逐个单独提取一个类进行分析。

1. IPeopleManager

public interface IPeopleManager extends android.os.IInterface
{
  	// 默认的空实现类
    public static class Default implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
    {
    @Override public void addPerson(com.example.essay.binder.Person person) throws android.os.RemoteException
    {
    }
    @Override public java.util.List<com.example.essay.binder.Person> getPeople() throws android.os.RemoteException
    {
      return null;
    }
    @Override
    public android.os.IBinder asBinder() {
      return null;
    }
  }
  
  public void addPerson(com.example.essay.binder.Person person) throws android.os.RemoteException;
  public java.util.List<com.example.essay.binder.Person> getPeople() throws android.os.RemoteException;
}

可以看到，IPeopleManager是个接口，并继承了android.os.IInterface接口。事实上，所有能在Binder上面传输的接口都必须继承IIterface接口。同时它还定义了两个接口方法getPeople()和addPerson()，这两个方法其实就是我们在IPeopleManager.aidl文件中定义的，系统帮我们自动生成了。IpeopleManager只是定义了服务端要提供的方法。

2. Stub

接下来我们看的Stub类，它是个抽象类，继承了Binder，并实现了IPeopleManager接口

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
{
  private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.essay.binder.IPeopleManager";

  public Stub()
  {
    this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
  }
  
  /**
   * Cast an IBinder object into an com.example.essay.binder.IPeopleManager interface,
   * generating a proxy if needed.
   */
  public static com.example.essay.binder.IPeopleManager asInterface(android.os.IBinder obj)
  {
    if ((obj==null)) {
      return null;
    }
    android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
    if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.essay.binder.IPeopleManager))) {
      return ((com.example.essay.binder.IPeopleManager)iin);
    }
    return new com.example.essay.binder.IPeopleManager.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_addPerson:
      {
        data.enforceInterface(descriptor);
        com.example.essay.binder.Person _arg0;
        if ((0!=data.readInt())) {
          _arg0 = com.example.essay.binder.Person.CREATOR.createFromParcel(data);
        }
        else {
          _arg0 = null;
        }
        this.addPerson(_arg0);
        reply.writeNoException();
        return true;
      }
      case TRANSACTION_getPeople:
      {
        data.enforceInterface(descriptor);
        java.util.List<com.example.essay.binder.Person> _result = this.getPeople();
        reply.writeNoException();
        reply.writeTypedList(_result);
        return true;
      }
      default:
      {
        return super.onTransact(code, data, reply, flags);
      }
    }
  }
  
  static final int TRANSACTION_addPerson = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
  static final int TRANSACTION_getPeople = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
  
  public static boolean setDefaultImpl(com.example.essay.binder.IPeopleManager impl) {
    if (Stub.Proxy.sDefaultImpl == null && impl != null) {
      Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
      return true;
    }
    return false;
  }
  public static com.example.essay.binder.IPeopleManager getDefaultImpl() {
    return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
  }
  
  private static class Proxy implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
  {
    // ...
    public static com.example.essay.binder.IPeopleManager sDefaultImpl;
  }
}

哇，好长一串代码。是的，Stub类虽然是个抽象类，本身也并没有具体实现IPeopleManager中定义的接口方法，但它因为继承了Binder，本身是一个Binder类。

当客户端和服务端位于同一个进程时，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，方法调用需要先进入transact()方法，而这个逻辑由Stub的内部代理类Proxy完成，上面代码中，这个类被暂时省略了，后面会仔细解析。可以先说的是，Proxy这个类是专门用于当客户端与服务端不在同一进程时，客户端能够远程调用服务端方法的入口。下面先介绍Stub类中每个方法的含义。

2.1 Stub()

这个方法内部只有一句话

this.attachInterface(this, DESCRIPTOR)

首先，我们要知道DESCRIPTOR的含义，每一个Binder类都有一个DESCRIPTOR用来唯一标识这个Binder，一般来说都用当前的Binder类名表示。这个标识是为了后来，当客户端需要调用服务端方法时，在系统底层的Binder驱动会通过这个标识，找到当前Binder实例的引用并返回给客户端。总结一句话就是说，有了这个标识，客户端就可以通过这个标识获取服务端Binder的引用了。

DESCRIPTOR我们是说清楚了，那上面这行代码到底有什么用呢？为啥要在创建Binder实例的时候调用呢？我们进入到方法里面看看：

/**
 * Convenience method for associating a specific interface with the Binder.
 * After calling, queryLocalInterface() will be implemented for you
 * to return the given owner IInterface when the corresponding
 * descriptor is requested.
 */
public void attachInterface(@Nullable IInterface owner, @Nullable String descriptor) {
    mOwner = owner;
    mDescriptor = descriptor;
}

这方法里面好像也没有做什么啊？无疑就是对一些属性进行初始化操作，具体有什么用呢？我们看看这个方法的注释，或许能给我们些提示。噔噔瞪，一串英文，我来给大家翻译下：

这是一个将特定的接口和Binder联系起来的便捷方法。调用后，queryLocalInterface()就能够返回descriptor对应的IInterface。

现在应该很清楚了，其实这个方法就是将IInterface和descriptor绑定起来，当调用queryLocalInterface()方法时，就返回当前的IInterface对象，通过这个对象，就可以调用我们的addPerson()和getPeople()方法。

2.2 asInterface(android.os.IBinder obj)

这个方法，一般由客户端调用，用于将服务端的Binder对象转换成客户端所需的AIDL接口类型的对象。这种转换时区分进程的，如果客户端和服务端位于同一进程，那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身，否则返回的是系统封装后的Stub.Proxy对象。核心代码如下：

public static com.example.essay.binder.IPeopleManager asInterface(android.os.IBinder obj)
    {
      ...
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.essay.binder.IPeopleManager))) {
        return ((com.example.essay.binder.IPeopleManager)iin);
      }
      return new com.example.essay.binder.IPeopleManager.Stub.Proxy(obj);
}

2.3 asBinder()

asBinder()是IInterface接口中唯一定义的方法，用于返回当前的Binder对象。

2.4 onTransact

这个方法一般运行在服务端的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此方法处理。该方法参数列表为(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags)，服务端通过code客户端请求的目标方法是什么，这些code也已经在Stub中定义好，分别对应两个方法：

static final int TRANSACTION_addPerson = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_getPeople = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);

接着从data中取出目标方法所需的参数（如果目标方法中有的话），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），onTransact返回值标志着客户端请求是否成功，返回true则成功，false则失败。无论返回什么结果，Binder线程池都已经完成了客户端所要求的的任务，并将结果存储在了reply中，这个在上面代码中也能看出来。关于客户端请求成功或者失败，其实是由Proxy类控制的，具体如何控制，其实很简单，我们稍后解析。

2.5 setDefaultImpl(IPeopleManager impl) & getDefaultImpl()

这个方法是sDefaultImpl属性的get和set方法。它是个静态属性，但值得一提的是，这个属性是被定义在Proxy类内部类中的，而它的get和set方法却在外部类中。虽然静态属性被定义在外部类和内部类效果是相同的，但为啥系统不把它生成在外部类中呢？莫非sDefaultImpl这个属性这么表示是在暗示什么？接着往下看。

**3 Proxy **

按照惯例，我们需要将Proxy整个类的结构梳理一遍，下面是Proxy类的完整代码：

private static class Proxy implements com.example.essay.binder.IPeopleManager
{
  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 void addPerson(com.example.essay.binder.Person person) throws android.os.RemoteException
  {
    ...
  }
  @Override public java.util.List<com.example.essay.binder.Person> getPeople() throws android.os.RemoteException
  {
    ...
  }
  public static com.example.essay.binder.IPeopleManager sDefaultImpl;
}

Proxy类就没有Stub类复杂了，它是一个Binder代理类，可以看到，它只继承了IPeopleManager接口，并实现了接口的asBinder()方法，asBinder()返回一个mRemote，这个mRemote是在构造方法中被初始化的，而这个构造方法是被Stub类的asInterface()方法中调用，并把客户端传入的IBinder对象作为参数传入，最终赋值给mRemote。

前文说了，Proxy类是客户端远程调用服务端方法的入口类，相关的判断客户端业务请求成功与否，也是由Proxy类共同完成。这些都是怎么完成的？带着问题，我们一起来看Proxy类具体的内部方法：

3.1 Proxy#getPeople()

@Override public java.util.List<com.example.essay.binder.Person> getPeople() throws android.os.RemoteException
  {
    android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
    android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
    java.util.List<com.example.essay.binder.Person> _result;
    try {
      _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
      boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPeople, _data, _reply, 0);
      if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
        return getDefaultImpl().getPeople();
      }
      _reply.readException();
      _result = _reply.createTypedArrayList(com.example.essay.binder.Person.CREATOR);
    }
    finally {
      _reply.recycle();
      _data.recycle();
    }
    return _result;
  }
  public static com.example.essay.binder.IPeopleManager sDefaultImpl;
}

这个方法，由客户端调用，运行在客户端。当客户端远程调用此方法时：首先，方法内部创建了三个对象_data和_reply，_result，接着将方法的参数写入_data中，然后执行mRemote.transact()进入远程过程调用（RPC），客户端当前的执行线程被挂起，同时服务端的onTransact()方法会被调用，执行完Stub.TRANSACTION_getPeople指定的方法后，服务端将结果写入_reply，并把onTransact()执行结果返回给_status，此时客户端当前的执行进程继续执行。

然后判断_status的状态：如果为false（服务端判定客户端的请求失败）且getDefaultImpl()不为空时，就会调用sDefaultImpl对象的getPeople()方法，而不去取_reply中的结果，直接结束。反之，_status状态为true，从_reply中取出结果，并创建List对象，将结果返回。

而对于**Proxy#addPerson(Person person)**方法，其内部处理逻辑和getPeople()类似，这里就不在详细介绍了，小伙伴们可以自己创建个adil文件，生成个Binder类，自己分析下。


认真的小伙伴看到现在，是不是有种恍然大悟的感觉！？好像之前好几个疑惑的地方到这里都得到了验证！？都有些啥？我们总结下：

  1. Proxy类绝对是处理客户端远程调用请求的入口，当客户端与服务端不在同一进程时，就会返回一个Proxy对象给客户端。

  2. 只要服务端接收到客户端RPC请求，服务端就会做出相应的动作，并将方法结果写入_reply，无论服务端最终返回true还是false。

    同时，如果服务端返回false，我们也可以尝试给sDefaultImpl赋值，通过调用sDefaultImpl对象的方法，来达到类似服务端的效果。不过我并没有这么用过，事实上对于这个sDefaultImpl的使用场景在哪，我也不清楚，希望有知道的小伙伴，能给我留言告诉我！非常感谢！！

四. 结尾

到这里，Binder的工作过程我们算是解析的差不多了。再总结一下：如果客户端与服务端在同一进程，则直接queryLocalInterface返回本地的Binder对象，直接调用具体的方法.反之两者不在同一进程，服务端返回给客户端一个Binder的代理对象Proxy，由这个Proxy对象向服务端发起远程过程调用请求，最终返回结果给客户端。

还是如开头所说，本文对Binder的解析，并没有从更深的角度去剖析Binder，没有提到一点Binder驱动或者ServiceManager等，事实上这些都是实现Binder远程通信的核心所在。

有兴趣更深入了解Binder的工作原理的同学，可以看看下面的文章：

写给 Android 应用工程师的 Binder 原理剖析

Android Bander设计与实现 - 设计篇

还有就是任玉刚大佬所著的Android开发艺术探索中，关于Binder部分的知识也非常精炼。

这些文章都在我写这一篇文章时，提供了参考和建议，感谢这些作者！

 

兄dei，如果觉得我写的还不错，麻烦帮个忙呗 :-)

  1. 给俺点个赞被，激励激励我，同时也能让这篇文章让更多人看见，(#.#)
  2. 不用点收藏，诶别点啊，你怎么点了？这多不好意思！
  3. 噢！还有，我维护了一个路由库。。没别的意思，就是提一下，我维护了一个路由库 =.= !！

拜托拜托，谢谢各位同学！

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