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Android Binder机制

日期:2018-10-02点击:336

Binder简介

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Binder简介
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Binder驱动
  • binder使用内存映射(mmap)来实现进程间传递数据,比较传统的进程间通信.

  • binder只需要进行一次的数据拷贝(copy_from_user()).

  • 传统进程通信需要经过两次数据拷贝(copy_from_user(),copy_to_user())

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模型原理图

Binder跨进程通信的调用过程

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Binder通信
  1. client进程将数据写入 Parcelable对象中
  2. client进程通过代理的Binder对象的transact()方法将数据传递给Binder驱动.
  3. client进程中的调用线程被挂起(直到server进程返回结果)
  4. Binder驱动根据Binder代理对象找到该真正的Binder对象对应的server进程.
  5. Binder驱动把数据发送到server进程中,并通知server进程执行解包
  6. server进程从Binder线程池中取出目标线程.
  7. server进程通过 onTransact()回调进行数据解包
  8. server进程执行目标方法
  9. server进程返回数据
  10. Binder驱动通知Binder代理对象返回结果
  11. client进程中的执行线程被唤醒
  12. client进程通过Binder代理对象接收到返回结果

说明 :

服务端的Binder指的是Binder的本地对象
客户端的Binder指的是Binder代理对象,它只是Binder本地对象的一个远程代理.

一个例子来解释上述的binder机制

通过aidl自动生成的java类来分析binder机制.

  1. 使用Parcelable来定义一个传输数据类.
package cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl import android.os.Parcel import android.os.Parcelable class User : Parcelable { var id: Long = 0 var name: String? = "" var age = 0 constructor(parcel: Parcel) { id = parcel.readLong() name = parcel.readString() age = parcel.readInt() } constructor(id: Long, name: String, age: Int) { this.id = id this.name = name this.age = age } override fun writeToParcel(parcel: Parcel, flags: Int) { parcel.writeLong(id) parcel.writeString(name) parcel.writeInt(age) } override fun describeContents(): Int = 0 companion object CREATOR : Parcelable.Creator<User> { override fun createFromParcel(parcel: Parcel): User = User(parcel) override fun newArray(size: Int): Array<User?> = arrayOfNulls(size) } } 
  1. 使用 aidl文件声明 跨进程对象
// User.aidl package cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl; parcelable User; 
  1. 使用 aidl 编写数据传输接口.
// IUserManager.aidl package cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl; import cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User; // Declare any non-default types here with import statements interface IUserManager { /** * Demonstrates some basic types that you can use as parameters * and return values in AIDL. */ User getUserById(long id); } 

需要注意的是 非基本类型的数据,需要使用import导入,不管是否在同一个包中.

非基本类型的参数,需要使用 in,out,inout来标记. 该标记表示数据的流向.

in 表示从客户端流向服务端的数据.

out 表示从服务端流向客户端的数据.

您应该将方向限定为真正需要的方向,因为编组参数的开销极大。

到此,对 aidl进行编译,会得到一份自动生成的IUserManager.java文件.

接下来分析,这份自动生成的文件内容.

自动生成的类方法剖析

服务端使用的类-->Stub:

Stub是一个继承IBinder和实现 数据接口的抽象方法.

服务端需要实现该方法,来创建一个真正的binder对象.

onTransact()方法 :

该方法是在客户端和服务端不在同一个进程中,才会被调用.用于传递客户端定位方法和参数.
该方法是在binder驱动中binder线程池分配的一个线程中运行,服务端可以接收到客户端传来的方法参数和定位到调用的方法.
服务端在根据这些参数,来调用真实的服务端数据接口.

注意,客户端的调用线程会等待服务端调用结束,得到数据返回

客户端通过Stub的静态方法asInterface来获取数据接口:

Stub.asInterface() :

  • 该静态方法是提供给客户端调用,用来获取所需的数据接口对象.
  • 如果客户端和服务端在同一个进程,那么客户端服务端共享一个binder,则直接返回 Stub本身

注意此时客户端和服务端操作的是同一个对象.

  • 如果客户端和服务端在不同的进程中,那么返回一个服务端binder的代理对象.

注意此时客户端和服务端操作的不是同一个对象.

  • 客户端通过代理对象把需要调用的方法和参数数据传递给binder驱动,binder驱动通知服务端调用真正的的binder方法.
  • 然后将调用的返回值再传递给binder驱动,binder驱动又将数据的返回给代理对象.
  • 这样客户端就能从代理对象中获取跨进程数据的返回

代理对象的数据接口实现:

getUserById(long id)方法 :

  • 跨进程过程中,客户端调用的数据接口方法
  • 该方法将方法调用的参数 传递给binder驱动进而传递给远程服务的binder对象
  • 远程服务器进而调用真正的数据接口方法,此时会阻塞当前线程,直到远程服务把返回值通过binder驱动写入到reply中

请看 完整的实现:

package cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl; // Declare any non-default types here with import statements public interface IUserManager extends android.os.IInterface { /** * 服务端需要实现 Stub类,来创建一个真正的binder对象 */ public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager { private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager"; public Stub() { this.attachInterface(this, DESCRIPTOR); } /** * 该静态方法是提供给客户端调用,用来获取所需的数据接口对象. * <p> * 如果客户端和服务端在同一个进程,那么客户端服务端共享一个binder,直接返回 共享的数据接口, * 注意此时客户端和服务端操作的是同一个对象. * <p> * 如果客户端和服务端在不同的进程中,那么返回一个服务端binder的代理对象. * 注意此时客户端和服务端操作的不是同一个对象. * <p> * 客户端通过代理对象把需要调用的方法和参数数据传递给binder驱动,binder驱动通知服务端调用真正的的binder方法. * 然后将调用的返回值再传递给binder驱动,binder驱动又将数据的返回给代理对象. * 这样客户端就能从代理对象中获取跨进程数据的返回 */ public static cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager asInterface(android.os.IBinder obj) { if ((obj == null)) { return null; } android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); // 判断是同一进程,则直接返回服务端的调用接口 if (((iin != null) && (iin instanceof cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager))) { return ((cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager) iin); } // 使用代理返回调用接口 return new cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager.Stub.Proxy(obj); } @Override public android.os.IBinder asBinder() { return this; } /** * 如果客户端和服务端在同一个进程 , 将不会回调到该函数. * 因为 在同一个进程将不会调用 Proxy类,代理类中 调用 `transact()`函数, 服务端将回调此函数 */ @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; // 根据code来判断远程调用的方法 switch (code) { case INTERFACE_TRANSACTION: { reply.writeString(descriptor); return true; } case TRANSACTION_getUserById: { // 该方法和 writeInterfaceToken()方法,配合进行数据有效性验证 data.enforceInterface(descriptor); // 获取传递的方法参数 long _arg0 = data.readLong(); // 调用服务端binder中真实有效的方法 cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User _result = this.getUserById(_arg0); reply.writeNoException(); if ((_result != null)) { // 返回数据有效,写入标志位 reply.writeInt(1); // 将返回的数据写入到 reply中 _result.writeToParcel(reply, android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE); } else { // 返回数据无效,写入标志位 reply.writeInt(0); } return true; } default: { return super.onTransact(code, data, reply, flags); } } } /** * 数据接口的代理对象,当需要进行跨进程通信时,客户端的调用对象 */ private static class Proxy implements cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.IUserManager { 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; } /** * 跨进程过程中,客户端调用的数据接口方法 * 该方法将方法调用的参数 传递给binder驱动进而传递给远程服务的binder对象 * 远程服务器进而调用真正的数据接口方法,此时会阻塞当前线程,直到远程服务把返回值通过binder驱动写入到reply中 */ @Override public cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User getUserById(long id) throws android.os.RemoteException { // 方法参数 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); // 方法返回值 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); // 返回的结果数据 cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User _result; try { // 写入描述符,用于数据验证 _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); // 写入参数 _data.writeLong(id); // 传递参数数据和返回数据到远程,此时当前线程将被阻塞,等待远程调用结束 mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getUserById, _data, _reply, 0); _reply.readException(); if ((0 != _reply.readInt())) { // 数据正确返回,将其写入到_result中 _result = cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User.CREATOR.createFromParcel(_reply); } else { _result = null; } } finally { // 数据回收 _reply.recycle(); _data.recycle(); } return _result; } } static final int TRANSACTION_getUserById = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0); } /** * Demonstrates some basic types that you can use as parameters * and return values in AIDL. */ public cn.jimmie.learn.art.ipc.aidl.User getUserById(long id) throws android.os.RemoteException; } 

至此, binder机制的运转流程已经很明了了.

可以看出, aidl 是非必须的, 只要我们自己编写 IUserManager接口,也能过实现binder跨进程通信的功能.

参考

  1. Android开发艺术探索(任玉刚)
  2. Android跨进程通信:图文详解 Binder机制 原理
原文链接:https://yq.aliyun.com/articles/666850
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