从AIDL开始谈Android进程间Binder通信机制

本文首先概述了Android的进程间通信的Binder机制，然后结合一个AIDL的例子，对Binder机制进行了解析。

概述

我们知道，在Android app中的众多activity，service等组件可以运行在同一进程中，也可以运行在不同进程中。当组件运行在同一进程中进行通信就显得比较简单，在之前的Android线程间通信机制中已经讲过了；而当它们运行在不同的进程中时，就需要使用我们本文中所要介绍的Binder机制了。

Binder作为一种进程间通信机制，负责提供远程调用的功能（RPC），它的系统组件主要包括四种：Client, Server, ServiceManager, Binder Driver. 它们之间的关系如下图所示：

从图中我们可以看出，Client, Server, ServiceManager运行在系统的用户态，而Binder Driver运行在内核态。为了完成Client端到Server端的通信任务，用户空间的需要操作Binder Driver提供的/dev/binder文件来完成交互。那么ServiceManager的工作是什么呢？ServiceManager负责管理Server并向Client端提供一个Server的代理接口（proxy）。通过代理接口中定义的方法，Client端就可以使用Server端提供的服务了。整个过程如下：

- Client端调用代理接口的方法，将Client的参数打包为parcel对象发送给内核空间中BinderDriver；
- Server端读取到BinderDriver中的请求数据，将parcel对象解包并处理；
- 处理好后，将处理结果打包返回给BinderDriver，再交给Client端。

另外，Client端与Server端的调用过程是同步的，即在Server返回结果之前，Client端是阻塞的。调用过程如下所示：

OK，下面我们通过AIDL的一个例子来分析一下以上过程时如何进行的。

AIDL小栗子

首先，创建一个aidl文件“ICalculateAIDL.aidl”，这个接口里面定义了要对外提供的服务，我们这里定义了计算加法和减法的函数：

package com.cqumonk.calculate.aidl;interface ICalculateAIDL {    int add(int a,int b);        int minus(int a,int b);}

创建好后，rebuild一下我们的项目，可以生成同名的java文件。这是一个接口，里面包含了一个名为Stub的静态抽象类，以及我们在aidl文件中定义的加减法函数。里面详细代码在后面分析，接口文件结构如下：

然后我们需要实现服务端方面的功能，创建一个service，我们顺手把生命周期中各方法都打印出来，并完成加法和减法函数的实现：

public class CalculateService extends Service {    private static final String TAG="SERVER";    public CalculateService() {    }    @Override    public void onCreate() {        super.onCreate();        Log.e(TAG,"OnCreate");    }    @Override    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {        Log.e(TAG,"onStartCommand");        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);    }    @Override    public IBinder onBind(Intent intent) {        Log.e(TAG,"onBind");        return mBinder;    }    @Override    public void onDestroy() {        super.onDestroy();        Log.e(TAG,"onDestroy");    }    @Override    public boolean onUnbind(Intent intent) {        Log.e(TAG,"onUnbind");        return super.onUnbind(intent);    }    @Override    public void onRebind(Intent intent) {        Log.e(TAG,"onRebind");        super.onRebind(intent);    }    private final ICalculateAIDL.Stub mBinder=new ICalculateAIDL.Stub(){        @Override        public int add(int a, int b) throws RemoteException {            return a+b;        }        @Override        public int minus(int a, int b) throws RemoteException {            return a-b;        }    };}

在service中，我们使用刚刚生成的ICalculateAIDL.Stub静态抽象类创建了一个Binder对象，实现了其中有关计算的业务方法，并在onBind方法中返回它。另外我们还需要在manifest文件中对该服务进行注册：

这时候，我们的服务端工作就完成了。我们开始编写客户端的代码来调用这个服务。首先，我们定义一个activity，包含四个按钮：

然后我们可以在activity中启动之前定义好的service并调用它所提供的服务：

public class MainActivity extends Activity implements View.OnClickListener {   Button mBind;   Button mUnbind;    Button mAdd;    Button mMinus;    TextView txt_res;    private static final String TAG="CLIENT";    private ICalculateAIDL mCalculateAIDL;   private boolean binded=false;   @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        mBind= (Button) findViewById(R.id.btn_bind);        mUnbind= (Button) findViewById(R.id.btn_unbind);        mAdd= (Button) findViewById(R.id.btn_add);        mMinus= (Button) findViewById(R.id.btn_minus);        txt_res= (TextView) findViewById(R.id.txt_res);        mBind.setOnClickListener(this);        mUnbind.setOnClickListener(this);        mAdd.setOnClickListener(this);        mMinus.setOnClickListener(this);    }   @Override    protected void onStop() {        super.onStop();       unbind();    }    private void unbind(){        if (binded){            unbindService(mConnection);            binded=false;        }    }    @Override    public void onClick(View v) {        int id=v.getId();       switch (id){            case R.id.btn_bind:                Intent intent=new Intent();               intent.setAction("com.cqumonk.adil.calculate");                bindService(intent,mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);                break;            case R.id.btn_unbind:                unbind();                break;            case R.id.btn_add:                if(mCalculateAIDL!=null){                    try {                        int res=mCalculateAIDL.add(3,3);                        txt_res.setText(res+"");                    } catch (RemoteException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }else{                    Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();                }                break;            case R.id.btn_minus:                if(mCalculateAIDL!=null){                    try {                     int res=mCalculateAIDL.minus(9,4);                     txt_res.setText(res+"");                   }catch (RemoteException e) {                      e.printStackTrace();                  }               }else{                  Toast.makeText(this,"please rebind",Toast.LENGTH_SHORT).show();               }               break;        }    }   private ServiceConnection mConnection=new ServiceConnection() {        @Override        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {            Log.e(TAG,"connect");            binded=true;            mCalculateAIDL=ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);        }        @Override        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {           Log.e(TAG,"disconnect");            mCalculateAIDL=null;            binded=false;        }    };}

当我们点击绑定按钮，观察日志：

点击加法和减法按钮，都可以完成计算并返回值。然后点击解绑按钮：

我们并未发现有连接断开的日志打印，这时候，我们继续点击加减法按钮，发现仍然可以完成计算功能，这又是为毛呢？我们看到unbind和destroy的日志打印，说明连接已经断开，service已经被销毁，但是我们返回的stub对象仍然是可以继续使用的。而并不是说service仍然在运行。

过程分析

首先，我们调用bindservice方法来启动了service：

一方面连接成功时调用了serviceConnection的onServiceConnected方法。我们从该方法中获取到一个Binder对象（注意，这个binder并不是我们在service中实现的那个哦。当service时本apk中的service时，这里返回的是同一个binder），我们通过此binder来与server进行通信。为了区分，我们称为clientBinder。

public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {            Log.e(TAG,"connect");            binded=true;            mCalculateAIDL= ICalculateAIDL.Stub.asInterface(service);       }

另一方面，onBind方法返回了我们实现的Stub对象，其实也是一个Binder，用于和Client进行通信。（之前我们定义了一个aidl接口文件，并根据它生成了ICalculateAIDL接口。这个接口中有我们定义的两个方法以及一个静态抽象内部类Stub，它是一个Binder的子类。）我们来看一下Stub是如何定义的：

public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL

它继承了Binder类也实现了ICalculateAIDL接口，我们实现了定义的add和minus方法。我们仍然要强调一下它并不是clientBinder，在负责与clientBinder进行通信交互的同时，它也维护了service描述符与服务端service的映射。

我们在Client中的onServiceConnected里调用了stub对象的asInterface方法，并将之前得到的clientBinder传入：

public static com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL asInterface(android.os.IBinder obj) {            if ((obj == null)) {                          return null;            }            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);//根据包名获取本地实现的一个接口的实例，如果是本地service则可以获取到            if (((iin != null) && (iin instanceof com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL))) {                    return ((com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL) iin);  //如果得到的实例是ICalculateAIDL的对象，则返回            }                        return new com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL.Stub.Proxy(obj);//如果无法得到本地实现的对象则会返回一个代理对象}

在这个方法中，首先在系统中查找注册的的service，如果没有找到，那么一定是别的apk实现的service，于是返回一个此service的静态代理类对象供Client调用。我们来看一下这个代理，创建时我们将clientBinder传入了，同时也它实现了ICalculateAIDL接口：

private static class Proxy implements com.cqumonk.calculate.aidl.ICalculateAIDL {            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 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 {                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);                    _data.writeInt(a);  //将参数打包                   _data.writeInt(b);                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);  //调用binderDriver的提供的方法将参数发给服务端                    _reply.readException();                    _result = _reply.readInt();  //读取到返回结果                } finally {                    _reply.recycle();                    _data.recycle();                }                return _result;             }             @Override             public int minus(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 {                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);                     _data.writeInt(a);                     _data.writeInt(b);                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_minus, _data, _reply, 0);                     _reply.readException();                     _result = _reply.readInt();                 } finally {                     _reply.recycle();                    _data.recycle();                 }                 return _result;             }         }

代理中也实现了ICalculateAIDL接口定义的方法，我们以add方法为例，里面将参数打包发送给Server端。在Server端收到请求后，会调用service中我们实现的那个stub对象（mBinder）的onTransact方法：

public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {           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); //调用我们实现好的方法                   reply.writeNoException();                   reply.writeInt(_result); //把结果返回                   return true;               }               case TRANSACTION_minus: {                   data.enforceInterface(DESCRIPTOR);                   int _arg0;                   _arg0 = data.readInt();                   int _arg1;                   _arg1 = data.readInt();                   int _result = this.minus(_arg0, _arg1);                   reply.writeNoException();                   reply.writeInt(_result);                   return true;               }            }            return super.onTransact(code, data, reply, flags);        }

调用完成后把结果打包返回给Poxy处理，最后返回给客户端。

总结

由上面的例子我们可以看出，在跨进程通信的时候，Client端使用的Poxy里面封装了一个binder与Server端的stub（也是一个binder对象）进行交互，两个binder作为接口调用BinderDriver的transact来发送数据包，以及onTransact接收处理数据包。

通过结合AIDL例子，我们对Android进程间的通信机制进行了分析，如果有错误的地方，欢迎指正。

概述

AIDL小栗子

总结

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