Binder机制 在Android中的具体实现原理

Binder机制在 Android中的实现主要依靠 Binder类,其实现了IBinder 接口 下面会详细说明

实例说明:Client进程 需要调用 Server进程的函数 即:

  1. Client进程 需要传两个整数给 Server进程
  2. Server进程 需要把相加后的结果 返回给Client进程
  3. 具体步骤 下面,我会根据Binder 跨进程通信机制 模型的步骤进行分析

步骤1:注册服务 

  • 过程描述 Server进程 通过Binder驱动 向 Service Manager进程 注册服务
  • 代码实现 Server进程 创建 一个 Binder 对象
    1. Binder 实体是 Server进程 在 Binder 驱动中的存在形式
    2. 该对象保存 ServerServiceManager 的信息(保存在内核空间中)
    3. Binder 驱动通过 内核空间的Binder 实体 找到用户空间的Server对象

代码分析:

    Binder binder = new Stub();
    // 步骤1:创建Binder对象 ->>分析1

    // 步骤2:创建 IInterface 接口类 的匿名类
    // 创建前,需要预先定义 继承了IInterface 接口的接口 -->分析3
    IInterface plus = new IPlus(){

          // 确定Client进程需要调用的方法
          public int add(int a,int b) {
               return a+b;
         }

          // 实现IInterface接口中唯一的方法
          public IBinder asBinder(){ 
                return null ;
           }
};
          // 步骤3
          binder.attachInterface(plus,"add two int");
         // 1. 将(add two int,plus)作为(key,value)对存入到Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中
         // 2. 之后,Binder对象 可根据add two int通过queryLocalIInterface()获得对应IInterface对象(即plus)的引用,可依靠该引用完成对请求方法的调用
        // 分析完毕,跳出


<-- 分析1:Stub类 -->
    public class Stub extends Binder {
    // 继承自Binder类 ->>分析2

          // 复写onTransact()
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // 具体逻辑等到步骤3再具体讲解,此处先跳过
          switch (code) { 
                case Stub.add: { 

                       data.enforceInterface("add two int"); 

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();

                       int  result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0,  arg1); 

                        reply.writeInt(result); 

                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 

}
// 回到上面的步骤1,继续看步骤2

<-- 分析2:Binder 类 -->
 public class Binder implement IBinder{
    // Binder机制在Android中的实现主要依靠的是Binder类,其实现了IBinder接口
    // IBinder接口:定义了远程操作对象的基本接口,代表了一种跨进程传输的能力
    // 系统会为每个实现了IBinder接口的对象提供跨进程传输能力
    // 即Binder类对象具备了跨进程传输的能力

        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor);
        // 作用:
          // 1. 将(descriptor,plus)作为(key,value)对存入到Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中
          // 2. 之后,Binder对象 可根据descriptor通过queryLocalIInterface()获得对应IInterface对象(即plus)的引用,可依靠该引用完成对请求方法的调用

        IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) ;
        // 作用:根据 参数 descriptor 查找相应的IInterface对象(即plus引用)

        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags);
        // 定义:继承自IBinder接口的
        // 作用:执行Client进程所请求的目标方法(子类需要复写)
        // 参数说明:
        // code:Client进程请求方法标识符。即Server进程根据该标识确定所请求的目标方法
        // data:目标方法的参数。(Client进程传进来的,此处就是整数a和b)
        // reply:目标方法执行后的结果(返回给Client进程)
         // 注:运行在Server进程的Binder线程池中;当Client进程发起远程请求时,远程请求会要求系统底层执行回调该方法

        final class BinderProxy implements IBinder {
         // 即Server进程创建的Binder对象的代理对象类
         // 该类属于Binder的内部类
        }
        // 回到分析1原处
}

<-- 分析3:IInterface接口实现类 -->

 public interface IPlus extends IInterface {
          // 继承自IInterface接口->>分析4
          // 定义需要实现的接口方法,即Client进程需要调用的方法
         public int add(int a,int b);
// 返回步骤2
}

<-- 分析4:IInterface接口类 -->
// 进程间通信定义的通用接口
// 通过定义接口,然后再服务端实现接口、客户端调用接口,就可实现跨进程通信。
public interface IInterface
{
    // 只有一个方法:返回当前接口关联的 Binder 对象。
    public IBinder asBinder();
}
  // 回到分析3原处

注册服务后,Binder驱动持有 Server进程创建的Binder实体

步骤2:获取服务

  • Client进程 使用 某个 service前(此处是 相加函数),须 通过Binder驱动 向 ServiceManager进程 获取相应的Service信息
  • 具体代码实现过程如下:

 此时,Client进程与 Server进程已经建立了连接

步骤3:使用服务

Client进程 根据获取到的 Service信息(Binder代理对象),通过Binder驱动 建立与 该Service所在Server进程通信的链路,并开始使用服务

  • 过程描述
    1. Client进程 将参数(整数a和b)发送到Server进程
    2. Server进程 根据Client进程要求调用 目标方法(即加法函数)
    3. Server进程 将目标方法的结果(即加法后的结果)返回给Client进程
  • 代码实现过程

步骤1: Client进程 将参数(整数a和b)发送到Server进程

// 1. Client进程 将需要传送的数据写入到Parcel对象中
// data = 数据 = 目标方法的参数(Client进程传进来的,此处就是整数a和b) + IInterface接口对象的标识符descriptor
  android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
  data.writeInt(a); 
  data.writeInt(b); 

  data.writeInterfaceToken("add two int");;
  // 方法对象标识符让Server进程在Binder对象中根据"add two int"通过queryLocalIInterface()查找相应的IInterface对象(即Server创建的plus),Client进程需要调用的相加方法就在该对象中

  android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
  // reply:目标方法执行后的结果(此处是相加后的结果)

// 2. 通过 调用代理对象的transact() 将 上述数据发送到Binder驱动
  binderproxy.transact(Stub.add, data, reply, 0)
  // 参数说明:
    // 1. Stub.add:目标方法的标识符(Client进程 和 Server进程 自身约定,可为任意)
    // 2. data :上述的Parcel对象
    // 3. reply:返回结果
    // 0:可不管

// 注:在发送数据后,Client进程的该线程会暂时被挂起
// 所以,若Server进程执行的耗时操作,请不要使用主线程,以防止ANR


// 3. Binder驱动根据 代理对象 找到对应的真身Binder对象所在的Server 进程(系统自动执行)
// 4. Binder驱动把 数据 发送到Server 进程中,并通知Server 进程执行解包(系统自动执行)

步骤2:Server进程根据Client进要求 调用 目标方法(即加法函数)

// 1. 收到Binder驱动通知后,Server 进程通过回调Binder对象onTransact()进行数据解包 & 调用目标方法
  public class Stub extends Binder {

          // 复写onTransact()
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // code即在transact()中约定的目标方法的标识符

          switch (code) { 
                case Stub.add: { 
                  // a. 解包Parcel中的数据
                       data.enforceInterface("add two int"); 
                        // a1. 解析目标方法对象的标识符

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();
                       // a2. 获得目标方法的参数

                       // b. 根据"add two int"通过queryLocalIInterface()获取相应的IInterface对象(即Server创建的plus)的引用,通过该对象引用调用方法
                       int  result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0,  arg1); 

                        // c. 将计算结果写入到reply
                        reply.writeInt(result); 

                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
      // 2. 将结算结果返回 到Binder驱动

步骤3:Server进程 将目标方法的结果(即加法后的结果)返回给Client进程

  // 1. Binder驱动根据 代理对象 沿原路 将结果返回 并通知Client进程获取返回结果
  // 2. 通过代理对象 接收结果(之前被挂起的线程被唤醒)

    binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0);
    reply.readException();;
    result = reply.readInt();
          }
}
  • 总结 下面,我用一个原理图 & 流程图来总结步骤3的内容

5. 优点

对比 LinuxAndroid基于Linux)上的其他进程通信方式(管道、消息队列、共享内存、 信号量、Socket),Binder 机制的优点有:

6. 总结

  • 本文主要详细讲解 跨进程通信模型 Binder机制 ,总结如下:

定义

特别地,对于从模型结构组成的Binder驱动来说: