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Android?Binder進程間通信工具AIDL使用示例深入分析_Android

作者：devnn ? 更新時間： 2022-12-12 編程語言

前言

眾所周知，Android進程間通信采用的是Binder機制。Binder是Android系統獨有的進程間通信方式，它是采用mmp函數將進程的用戶空間與內核空間的一塊內存區域進行映射，免去了一次數據拷貝，相比Linux上的傳統IPC具有高效、安全的優點。本文結合AIDL與bindService函數，在Android體系的應用層和Framework層，對Binder通信進行深入剖析，以加深對Binder的了解。

AIDL

AIDL是Android接口描述語言，它也是一個工具，能幫助我們自動生成進程間通信的代碼，省去了很多工作。既然它是一個工具，其實也不是必需的。筆者結合AIDL生成的代碼進行剖析，分析它生成的代碼是如何進程IPC通信的。

AIDL示例

服務端

創建PersonController.aidl文件：

在src目錄包名com.devnn.libservice上右鍵點擊創建AIDL文件并全名為PersonController，就會在aidl目錄下創建同名的aidl文件。

// PersonController.aidl
package com.devnn.libservice;
import com.devnn.libservice.Person;
// Declare any non-default types here with import statements
interface PersonController {
    /**
     * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
     * and return values in AIDL.
     */
    List<Person> getPersons();
    void addPerson(inout Person person);
}

形參上的inout修飾表示數據可以發送到服務端進程，而且服務端進程對數據的修改，也會同步到客戶端進程。還有另外兩個方式in和out，表示單向的傳輸。當使用in時，服務端對person對象的修改，客戶端是無法感知的。當使用out時，客戶端發送過去的字段是空的，返回的數據是服務端的。

創建Person.aidl文件:

// Person.aidl
package com.devnn.libservice;
// Declare any non-default types here with import statements
parcelable Person;

創建Person.java文件，Person類需要實現Parcelable接口：

package com.devnn.libservice
import android.os.Parcel
import android.os.Parcelable
class Person(var name: String?, var age: Int) : Parcelable {
    constructor(parcel: Parcel) : this(parcel.readString(), parcel.readInt()) {
    }
 	/**
     * 字段寫入順序和讀取順序要保持一致
     */
    override fun writeToParcel(parcel: Parcel, flags: Int) {
        parcel.writeString(name)
        parcel.writeInt(age)
    }
	/**
     * readFromParcel不是必需的，在aidl文件中函數參數類型是inout時需要。
     */
    fun readFromParcel(parcel: Parcel) {
        name = parcel.readString()
        age = parcel.readInt()
    }
	/**
     * 默認即可
     */
    override fun describeContents(): Int {
        return 0
    }
    companion object CREATOR : Parcelable.Creator<Person> {
        override fun createFromParcel(parcel: Parcel): Person {
            return Person(parcel)
        }
        override fun newArray(size: Int): Array<Person?> {
            return arrayOfNulls(size)
        }
    }
}

創建MyService類繼承Service類：

package com.devnn.libservice
import android.app.Application
import android.app.Service
import android.content.Intent
import android.os.Binder
import android.os.IBinder
import android.os.Build
import android.util.Log
import java.util.ArrayList
class MyService : Service() {
    override fun onCreate() {
        super.onCreate()
        Log.d("MyService", "onCreate")
		/**
         * 為了證明是在新進程中運行，將進程名打印出來
         * 在android 33設備上運行的。
         */
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28) {
            val processName = Application.getProcessName()
            Log.d("MyService", "processName=$processName")
        }
    }
    override fun onBind(intent: Intent): IBinder? {
        Log.d("MyService", "onBind")
        return binder
    }
	private val binder: Binder = object : PersonController.Stub() {
          override fun getPersons(): List<Person> {
              Log.d("MyService", "getPersons")
              val list: MutableList<Person> = ArrayList()
              list.add(Person("張三", 20))
              list.add(Person("李四", 21))
              return list
          }
          override fun addPerson(person: Person) {
              Log.d("MyService", "addPerson")
              Log.d("MyService", "name=${person.name},age=${person.age}")
            }
        }
}

為了讓MyService在獨立進程運行，在Manifest聲明時需要注明是新進程：

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.devnn.libservice">
    <application>
        <service
            android:name=".MyService"
            android:process="com.devnn.libservice.MyService"></service>
    </application>
</manifest>

android:process=“com.devnn.libservice.MyService” 表示是獨立進程，用冒號開頭就示是子進程或叫私有進程，不用冒號開頭表示是獨立進程。注意進程名中間不能用冒號，比如這種就不行：com.devnn.xxx:MyService。

以上代碼是在單獨的libservice module中編寫的，結構如下：

客戶端

在appmodule中創建客戶端代碼，命名為ClientActivity，只有三個按鈕，id分別btn1、btn2、btn3，功能分別對應bindService、getPersons、addPersons，代碼如下：

package com.devnn.demo
import android.content.ComponentName
import android.content.Context
import android.content.Intent
import android.content.ServiceConnection
import android.os.Bundle
import android.os.IBinder
import android.util.Log
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import com.devnn.libservice.Person
import com.devnn.libservice.PersonController
import com.devnn.demo.databinding.ActivityClientBinding
class ClientActivity : AppCompatActivity() {
    private val binding by lazy {
        ActivityClientBinding.inflate(this.layoutInflater)
    }
    private lateinit var personController: PersonController
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(binding.root)
        //bindService
        binding.btn1.setOnClickListener {
            val intent = Intent().apply {
                component =
                    ComponentName(this@ClientActivity.packageName, "com.devnn.libservice.MyService")
            }
            bindService(intent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)
        }
        //getPersons
        binding.btn2.setOnClickListener {
            personController?.let {
                val list = it.persons;
                list?.map {
                    Log.i("ClientActivity", "person:name=${it.name},age=${it.age}")
                }
            }
        }
        //addPerson
        binding.btn3.setOnClickListener {
            personController?.let {
                val person = Person("王五", 22)
                it.addPerson(person)
            }
        }
    }
    private val serviceConnection = object : ServiceConnection {
        override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
            Log.i("ClientActivity", "onServiceConnected")
            personController = PersonController.Stub.asInterface(service)
        }
        override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
            Log.i("ClientActivity", "onServiceDisconnected")
        }
    }
}

運行界面如下：

客戶端與服務端進程的aidl文件要保持一致，可以將服務端的aidl拷貝到客戶端。如果客戶端在單獨module，并且依賴了service所在的module，也可以不用拷貝aidl。

運行日志

運行后，點擊bindService按鈕輸出日志如下：

在Logcat查看進程列表也出現了2個：

點擊getPersons按鈕，輸出日志如下:

可以看到，客戶端進程可以正常獲取服務端進程的數據。

點擊addPerson按鈕，輸出日志如下：

可以看到，服務端進程可以正常接收客戶端進程的發來的數據。

以上是AIDL使用的一個例子，下面分析AIDI通信的過程。

AIDL通信過程分析

項目build后就會自動在build目錄下生成對應的Java代碼：

PersonController.java代碼如下：

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 */
package com.devnn.libservice;
// Declare any non-default types here with import statements
public interface PersonController extends android.os.IInterface
{
  /** Default implementation for PersonController. */
  public static class Default implements com.devnn.libservice.PersonController
  {
    /**
         * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
         * and return values in AIDL.
         */
    @Override public java.util.List<com.devnn.libservice.Person> getPersons() throws android.os.RemoteException
    {
      return null;
    }
    @Override public void addPerson(com.devnn.libservice.Person person) throws android.os.RemoteException
    {
    }
    @Override
    public android.os.IBinder asBinder() {
      return null;
    }
  }
  /** Local-side IPC implementation stub class. */
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.devnn.libservice.PersonController
  {
    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.devnn.libservice.PersonController";
    /** Construct the stub at attach it to the interface. */
    public Stub()
    {
      this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }
    /**
     * Cast an IBinder object into an com.devnn.libservice.PersonController interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
    public static com.devnn.libservice.PersonController asInterface(android.os.IBinder obj)
    {
      if ((obj==null)) {
        return null;
      }
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.devnn.libservice.PersonController))) {
        return ((com.devnn.libservice.PersonController)iin);
      }
      return new com.devnn.libservice.PersonController.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_getPersons:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          java.util.List<com.devnn.libservice.Person> _result = this.getPersons();
          reply.writeNoException();
          reply.writeTypedList(_result);
          return true;
        }
        case TRANSACTION_addPerson:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          com.devnn.libservice.Person _arg0;
          if ((0!=data.readInt())) {
            _arg0 = com.devnn.libservice.Person.CREATOR.createFromParcel(data);
          }
          else {
            _arg0 = null;
          }
          this.addPerson(_arg0);
          reply.writeNoException();
          if ((_arg0!=null)) {
            reply.writeInt(1);
            _arg0.writeToParcel(reply, android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);
          }
          else {
            reply.writeInt(0);
          }
          return true;
        }
        default:
        {
          return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
      }
    }
    private static class Proxy implements com.devnn.libservice.PersonController
    {
      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;
      }
      /**
           * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
           * and return values in AIDL.
           */
      @Override public java.util.List<com.devnn.libservice.Person> getPersons() throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        java.util.List<com.devnn.libservice.Person> _result;
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPersons, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            return getDefaultImpl().getPersons();
          }
          _reply.readException();
          _result = _reply.createTypedArrayList(com.devnn.libservice.Person.CREATOR);
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
        return _result;
      }
      @Override public void addPerson(com.devnn.libservice.Person person) throws android.os.RemoteException
      {
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          if ((person!=null)) {
            _data.writeInt(1);
            person.writeToParcel(_data, 0);
          }
          else {
            _data.writeInt(0);
          }
          boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addPerson, _data, _reply, 0);
          if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
            getDefaultImpl().addPerson(person);
            return;
          }
          _reply.readException();
          if ((0!=_reply.readInt())) {
            person.readFromParcel(_reply);
          }
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
      }
      public static com.devnn.libservice.PersonController sDefaultImpl;
    }
    static final int TRANSACTION_getPersons = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_addPerson = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
    public static boolean setDefaultImpl(com.devnn.libservice.PersonController impl) {
      // Only one user of this interface can use this function
      // at a time. This is a heuristic to detect if two different
      // users in the same process use this function.
      if (Stub.Proxy.sDefaultImpl != null) {
        throw new IllegalStateException("setDefaultImpl() called twice");
      }
      if (impl != null) {
        Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
        return true;
      }
      return false;
    }
    public static com.devnn.libservice.PersonController getDefaultImpl() {
      return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
    }
  }
  /**
       * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
       * and return values in AIDL.
       */
  public java.util.List<com.devnn.libservice.Person> getPersons() throws android.os.RemoteException;
  public void addPerson(com.devnn.libservice.Person person) throws android.os.RemoteException;
}

仔細觀察會發現，這個接口有個Stub靜態抽象內部類，里面有一個asInterface方法、onTransact方法，Proxy靜態內部類是我們要關注的。

客戶端進程調用 PersonController.Stub.asInterface(service)這個代碼實際上就返回了Proxy這個代理對象，當調用getPersons和addPerson方法時，也相當于調用Proxy代理類里的對應的方法。

拿addPerson方法舉例，這個方法實際上把JavaBean對象轉成了Pacel類型的對象，然后調用IBinder的transact方法開始進程間通信。

addPerson方法進程間通信調用的方法如下：

mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPersons, _data, _reply, 0);

mRemote就是通過binderService獲取到的服務端進程的IBinder對象。

第一個參數Stub.TRANSACTION_getPersons表示要調用的方法ID。

第二個參數_data就是要發送給服務端的數據

第三個參數_reply就是服務端返給客戶端的數據。

第四個參數0表示是同步的，需要等待服務端返回數據，1表示異步不需要等待服務端返回數據。

整體來說Proxy這個類就是給客戶端使用的代碼。

Stub這個類是給服務端使用的代碼。

注意：誰主動發起通信誰就是客戶端，接收通信是服務端。有時候一個進程同時充當客戶端和服務端，比如app與ams的通信，app既充當客戶端也充當服務端。

Stub類的onTransact方法就是服務端被調用時的回調函數。

boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags)

第一個參數code表示調用的方法ID

第二個參數data表示調用方發來的數據

第三個參數reply表示服務端需要回傳的數據

第四個參數flags表示同步還是異步。

注意這個onTransact方法是在binder服務端的binder線程池被調用的，也就是在子線程調用的。所以上面的MyService里的getPersons和addPersons方法是在子線程里運行的，如果需要與主線程通信還得使用Handler。

經過以上分析，可以發現進程間通信實際上是拿到對方的IBinder引用后，通過調用IBinder的transact方法發送和接收Parcel類型數據進行通信。AIDL實際上是簡化了Binder調用的過程，幫助我們自動生成了通信代碼。我們也可以根據需要，自己編寫相關代碼通信。

那么客戶端調用bindServcie方法是如何拿到服務端進程的IBinder對象呢？這部分涉及到android framewok層，這里把它大致流程分析一下。

bindService流程分析

調用bindService方法時，實際是調用ContextWrapper的bindService方法，Activity是繼承于ContextWrapper。下面基于Android 10的源碼，用流程圖表示這個調用鏈。

整體來說，客戶端進程需要與服務端進程通信，先要獲取服務端的binder對象，這中間需要經過AMS(Activity Manager Service)服務作為中介。先向AMS發起請求(bindService，攜帶ServiceConnection對象)，AMS再跟服務端進程通信，服務端進程把binder給到AMS，AMS再通過ServiceConnection的onServiceConnected回調把binder發送給客戶端進程。客戶端獲取到binder就可以調用transact方法發送數據。

OK，關于AIDL和Binder進程間通信就介紹到這了。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/devnn/article/details/127028386

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