目錄：
Android Binder 完全解析（一）概述
Android Binder 完全解析（二）設(shè)計(jì)詳解
Android Binder 完全解析（三）AIDL實(shí)現(xiàn)原理分析
如遇圖片無法顯示的情況维蒙，請點(diǎn)擊上面的鏈接進(jìn)行查看，我原來用的圖床太不穩(wěn)定了果覆，23333颅痊。
在前面一些細(xì)節(jié)概念的鋪墊下，大體上知道 Binder Framework 是怎么運(yùn)作的局待，在這邊文章中斑响，將詳細(xì)說明下 Binder Framework 的具體實(shí)現(xiàn)，這一套機(jī)制如何盤活整個(gè) Android 系統(tǒng)燎猛。
IBinder 與 Binder
一個(gè)在同進(jìn)程的對象的抽象是 Object恋捆，但這個(gè)對象是不能被跨進(jìn)程使用的，要想跨進(jìn)程使用重绷，在 Android 中就必須依附于 Binder Framework沸停。基于抽象設(shè)計(jì)的原理昭卓，Android系統(tǒng)將一個(gè)可遠(yuǎn)程操作的應(yīng)用定義為 IBinder愤钾，在這個(gè)接口中定義了一個(gè)可遠(yuǎn)程調(diào)用對象應(yīng)該具有的屬性和方法，在代碼中實(shí)際使用的Binder 也都是繼承自 IBinder 對象候醒。我們接下來分析 IBinder 中定義了那些接口能颁，是怎么抽象出可遠(yuǎn)程調(diào)用相關(guān)的方法的。
public interface IBinder {
... ...
// 查看 binder 對應(yīng)的進(jìn)程是否存活
public boolean pingBinder();
// 查看 binder 是否存活倒淫，需要注意的是伙菊，可能在返回的過程中，binder 不可用
public boolean isBinderAlive();
/**
* 執(zhí)行一個(gè)對象的方法敌土，
*
* @param 需要執(zhí)行的命令
* @param 傳輸?shù)拿顢?shù)據(jù)镜硕，這里一定不能為空
* @param 目標(biāo) Binder 返回的結(jié)果，可能為空
* @param 操作方式返干，0 等待 RPC 返回結(jié)果兴枯，1 單向的命令，最常見的就是 Intent.
*/
public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException;
// 注冊對Binder死亡通知的觀察者矩欠，在其死亡后财剖，會收到相應(yīng)的通知
// 這里先跳過，后續(xù)
public void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags) throws RemoteException;
... ...
}
如注釋中所述癌淮，最重要的方法是 transact 方法躺坟，要理解這個(gè)方法是干嘛的，得看 ipcthreadstate.cpp 源代碼里的說明该默。
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
uint32_t code, const Parcel& data,
Parcel* reply, uint32_t flags)
{
status_t err = data.errorCheck();
flags |= TF_ACCEPT_FDS;
... ...
if (err == NO_ERROR) {
LOG_ONEWAY(">>>> SEND from pid %d uid %d %s", getpid(), getuid(),
(flags & TF_ONE_WAY) == 0 ? "READ REPLY" : "ONE WAY");
err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
}
if (err != NO_ERROR) {
if (reply) reply->setError(err);
return (mLastError = err);
}
if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
... ...
if (reply) {
err = waitForResponse(reply);
} else {
Parcel fakeReply;
err = waitForResponse(&fakeReply);
}
... ...
} else {
err = waitForResponse(NULL, NULL);
}
return err;
}
這是截取過后的源碼瞳氓，刨除了一些支線邏輯，從這個(gè)代碼里面可以看到的主要邏輯就是：根據(jù)Uid 和 Pid （用戶id和進(jìn)程id）進(jìn)行相應(yīng)的校驗(yàn)栓袖，校驗(yàn)通過后匣摘，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入 writeTransactionData，其后在 waitForResponse 里面讀取前面寫入的值裹刮，并執(zhí)行相應(yīng)的方法音榜，最后返回結(jié)果。
總結(jié)地來說捧弃，就是 IBinder 抽象了遠(yuǎn)程調(diào)用的接口赠叼，任何一個(gè)可遠(yuǎn)程調(diào)用的對象都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。由于 IBinder 對象是一個(gè)高度抽象的結(jié)構(gòu)违霞，直接使用這個(gè)接口對于應(yīng)用層的開發(fā)者而言學(xué)習(xí)成本太高嘴办，需要涉及到不少本地實(shí)現(xiàn)，因而 Android 實(shí)現(xiàn)了 Binder 作為 IBinder 的抽象類买鸽，提供了一些默認(rèn)的本地實(shí)現(xiàn)涧郊，當(dāng)開發(fā)者需要自定義實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，只需要重寫 Binder 中的
protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) 方法即可眼五。
看了一些繁瑣的概念后妆艘，再看一個(gè)美女放松下，稍后繼續(xù)看幼。
](https://ooo.0o0.ooo/2016/05/30/574c711ae77c2.jpg)
自動售貨機(jī)的故事
先偏一個(gè)題批旺，夏天一到，天氣也變得炎熱诵姜，地鐵旁邊的自動售貨機(jī)開始有更多的人關(guān)顧了汽煮。那么售貨機(jī)是怎么工作的了？通過對這個(gè)分析棚唆，可以對Binder Proxy/Stub 模式更好地理解暇赤。
和我們打交道得是售貨機(jī)，而不是背后的零售商瑟俭，道理很簡單翎卓，零售商的位置是固定的，也就意味著有很大的交通成本摆寄，而和售貨機(jī)打交道就輕松很多失暴，畢竟售貨機(jī)就在身邊。因而從客戶端的角度上看微饥，只需要知道售貨機(jī)即可逗扒。
再從零售商的角度來看，要和為數(shù)眾多的售貨機(jī)打交道也是不容易的事情欠橘，需要大量的維護(hù)和更新成本矩肩，如果將起交由另一個(gè)中介公司，就能夠省心不少肃续。零售商只關(guān)心這個(gè)中介公司黍檩，按時(shí)發(fā)貨叉袍，檢查營收，這就是所有它應(yīng)該完成的工作刽酱。
如上圖所示喳逛，在 Binder Framework 中也采用了類似的結(jié)構(gòu)，Proxy 就相當(dāng)于前面提及的售貨機(jī)棵里，Stub 相當(dāng)于這里的中介公司润文，在這樣的設(shè)計(jì)下，客戶端只需要和 Proxy 打交道殿怜，服務(wù)端只需要和 Stub 打交道典蝌，調(diào)理清晰很多。這種模式又被稱為 Proxy / Stub 模式头谜，這種模式也值得我們在日后的開發(fā)中借鑒骏掀。另外需要注意的是，為了開發(fā)的需要乔夯，通常 Proxy 和 Stub 實(shí)現(xiàn)了相同的接口砖织。
在這里 Stub 是具體的遠(yuǎn)程方法實(shí)現(xiàn)，也被稱為存根末荐，Proxy 繼承了相應(yīng)的接口侧纯，但只是在這里面調(diào)用遠(yuǎn)程方法，并返回相應(yīng)的結(jié)果甲脏。
AIDL 是什么眶熬？它是如何運(yùn)作的？
雖然上述的模式幫助我們將遠(yuǎn)程方法調(diào)用與服務(wù)具體實(shí)現(xiàn)解耦開來块请，但是這里面還是又不少代碼需要實(shí)現(xiàn)娜氏，而且遠(yuǎn)程方法調(diào)用這一塊應(yīng)該是重復(fù)代碼，那么有什么方法來幫我們簡化這個(gè)步驟嗎墩新？
Android 的設(shè)計(jì)者在一開始也意識到這個(gè)問題贸弥，推出了 AIDL，如下圖所示
現(xiàn)在我們來分析下海渊，Android Framework 是如何把 AIDL 運(yùn)行起來的绵疲，首先來看看一個(gè)大數(shù)相乘的例子，想把這個(gè)耗時(shí)的操作臣疑，放到另一個(gè)進(jìn)程上來調(diào)用盔憨，于是定義了下面的 IMultiply.aidl 文件。
// IMultiply.aidl
package com.wandoujia.baymax.aidl;
interface IMultiply {
long multiply(long left, long right);
}
在 Android Studio 中點(diǎn)擊 Clean / Rebuild Project 之后讯沈，可以在 build / genreated / Source 的目錄里面找到 IMultiply.java 文件郁岩，具體的代碼如下：
/*
* This file is auto-generated. DO NOT MODIFY.
* Original file: /Users/QisenTang/Program/Wandoulabs/baymax/packages/baymax/src/main/aidl/com/wandoujia/baymax/aidl/IMultiply.aidl
*/
package com.wandoujia.baymax.aidl;
// Declare any non-default types here with import statements
public interface IMultiply extends android.os.IInterface {
/**
* Local-side IPC implementation stub class.
*/
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply {
private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply";
/**
* Construct the stub at attach it to the interface.
*/
public Stub() {
this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}
/**
* Cast an IBinder object into an com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply interface,
* generating a proxy if needed.
*/
public static com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply asInterface(android.os.IBinder obj) {
if ((obj == null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin != null) && (iin instanceof com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply))) {
return ((com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply) iin);
}
return new com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply.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 {
switch (code) {
case INTERFACE_TRANSACTION: {
reply.writeString(DESCRIPTOR);
return true;
}
case TRANSACTION_multiply: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
long _arg0;
_arg0 = data.readLong();
long _arg1;
_arg1 = data.readLong();
long _result = this.multiply(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
reply.writeLong(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
private static class Proxy implements com.wandoujia.baymax.aidl.IMultiply {
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 long multiply(long left, long right) throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
long _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeLong(left);
_data.writeLong(right);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_multiply, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readLong();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
}
static final int TRANSACTION_multiply = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
}
public long multiply(long left, long right) throws android.os.RemoteException;
}
這段自動的生成的代碼，可讀性上不是很好，但不影響我們進(jìn)行分析问慎。這段自動生成的代碼中萍摊，最重要的是三個(gè)部分，Proxy蝴乔，Stub和asInterface记餐。
首先看看Proxy的實(shí)現(xiàn)驮樊，首先是將遠(yuǎn)程的Binder作為參數(shù)傳入進(jìn)來薇正，再來看看 multiply 這個(gè)方法里面的下面幾個(gè)步驟。首先是將left 和 right的參數(shù)寫入到_data中去囚衔，同時(shí)在 遠(yuǎn)程binder 調(diào)用結(jié)束后挖腰，得到返回的 _reply ，在沒有異常的情況下练湿，返回_reply.readLong()的結(jié)果猴仑。根據(jù) Android Binder 完全解析（一）概述 提到的內(nèi)容，這里可以粗略地將 Binder 看做遠(yuǎn)程服務(wù)拋出的句柄肥哎，通過這個(gè)句柄就可以執(zhí)行相應(yīng)的方法了辽俗。這里需要額外說明的是，寫入和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)篡诽，都是 Parcelable崖飘，Android Framework 中提供的
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeLong(left);
_data.writeLong(right);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_multiply, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readLong();
再來看看Stub里面的實(shí)現(xiàn)，Stub本身繼承了Binder抽象類杈女，本身將作為一個(gè)句柄朱浴，實(shí)現(xiàn)在服務(wù)端，但傳遞給客戶端使用达椰。同樣也看看 onTransact里面的方法翰蠢，首先是通過 long _arg0; _arg0 = data.readLong(); 讀取 left 和 right 參數(shù)，在this.multiply(_arg0, _arg1)計(jì)算過后啰劲，將結(jié)果寫入到reply中梁沧。
細(xì)心的讀者，可以從上面的描述中蝇裤，發(fā)現(xiàn)一些有意思的東西廷支。Proxy 是寫入?yún)?shù)，讀取值猖辫；Stub 是讀取參數(shù)酥泞，寫入值。正好是一對啃憎，那因此我們是不是可以做出這樣的論斷呢芝囤？Proxy 和 Stub 操作的是一份數(shù)據(jù)？恭喜你，答對了悯姊。
在前文提及的內(nèi)容里羡藐，用戶空間和內(nèi)核空間是互相隔離的，客戶端和服務(wù)端在同一用戶空間悯许，而 Binder Driver 在內(nèi)核空間中仆嗦，常見的方式是通過 copy_from_user 和 copy_to_user 兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來完成，但 Android Framework 考慮到這種方式涉及到兩次內(nèi)存拷貝先壕，在嵌入式系統(tǒng)中不是很合適瘩扼，于是 Binder Framework 通過 ioctl 系統(tǒng)調(diào)用，直接在內(nèi)核態(tài)進(jìn)行了相關(guān)的操作垃僚，節(jié)省了寶貴的空間集绰。
可能大家也注意點(diǎn) Proxy 這里是private權(quán)限的，外部是無法訪問的谆棺，但這里是 Android 有意為之栽燕，拋出了 asInterface 方法，這樣避免了對 Proxy可能的修改改淑。
系統(tǒng)使用AIDL的場景
AIDL 被Android 系統(tǒng)廣泛使用碍岔，在許多地方都能看到相應(yīng)的場景，這里以 電話服務(wù) 作為例子朵夏，來簡單說明下如何在系統(tǒng)沒有提供掛斷電話的API的情況下強(qiáng)行掛電話蔼啦。
通過的 ITelephony.aidl 的查看，可以在里面找到相應(yīng)的接口侍郭，不過這個(gè)類是 internal 包里面的询吴，應(yīng)用層無法訪問。那怎么來完成這個(gè)操作了亮元？
/**
* End call if there is a call in progress, otherwise does nothing.
*
* @return whether it hung up
*/
boolean endCall();
首先在相同包名下申明同樣的AIDL文件猛计，再通過編譯后，就會生成相應(yīng)的 Stub 文件爆捞。其次通過反射拿到 TELEPHONY_SERVICE 的binder奉瘤。這個(gè) binder 就是可以操作另一個(gè)進(jìn)程來掛斷電話的句柄。將這個(gè)binder 作為 Proxy 的參數(shù)煮甥，并通過 asInterface 注入進(jìn)去盗温，從何獲得相應(yīng)的接口，最后調(diào)用 telephony.endCall() 即可完成操作成肘。
Method method = Class.forName("android.os.ServiceManager").getMethod("getService", String.class);
IBinder binder = (IBinder) method.invoke(null, new Object[]{TELEPHONY_SERVICE});
ITelephony telephony = ITelephony.Stub.asInterface(binder);
telephony.endCall();
參考文獻(xiàn)
- https://developer.android.com/guide/components/aidl.html
- http://8204129.blog.51cto.com/8194129/1357365
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