Java层Binder机制详解
来源:互联网 发布:网络ping大包丢包 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 05:14
本文是我阅读《Android内核剖析》一书的笔记,在此写下来是希望能够加深理解,也希望朋友们能够指出其中的不足。
Binder是一种基于C/S的架构,主要包括四个部分:服务端(Server),客户端(Client),Binder驱动,ServiceManager。Binder是Android系统中非常重要的一种IPC机制,如果你想研究Frameworks,必须先对Binder机制诱有一定的认识,否则是无法看懂Frameworks源码的。上述四个部分分别在不同的进程中,他们之间的交互都是通过Binder实现,现在站在宏观的角度来分析Server,Client,ServiceManager之间的关系,如下图:
分析上图:
(1) 当一个服务进程启动后,需要将其中的Service注册到ServiceManager中,此时底层会有两个变化:①后台启动一个监听线程,监听Binder驱动发过来的消息 ② 在Binder驱动中生存一个Service的Binder引用
(2) Client想和某一个Service交互,需要向ServiceManager申请获得该Service在Binder中的引用,并存放在自身的mRemote变量中,之后通过mRemote调用。
上图展示了客户端如何和服务端交互:
客户端获取服务端在Binder驱动中的应用,这个引用改写了transact方法(这个方法来自于IBinder),这个方法通过调用onTransact方法实现如下功能:首先向服务端发送一个消息调用,并挂起当前线程,然后等待服务端执行完毕返回,最后继续执行客户端线程。
下面使用AIDL工具生成一个简单的服务端和客户端吧。在一个包中新建一个ImusicPlayerService.aidl文件,这时在R.java目录下回自动生成一个ImusicPlayerService.java文件。
ImuiscPlayerService.aidl
interface IMusicPlayerService{void start(String path);void stop();}
ImusicPlayerService.java文件
public interface IMusicPlayerService extends android.os.IInterface{/** Local-side IPC implementation stub class. */public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.binder.demo.IMusicPlayerService{private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.binder.demo.IMusicPlayerService";/** Construct the stub at attach it to the interface. */public Stub(){this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);}/** * Cast an IBinder object into an com.binder.demo.IMusicPlayerService interface, * generating a proxy if needed. */public static com.binder.demo.IMusicPlayerService asInterface(android.os.IBinder obj){if ((obj==null)) {return null;}android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.binder.demo.IMusicPlayerService))) {return ((com.binder.demo.IMusicPlayerService)iin);}return new com.binder.demo.IMusicPlayerService.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_start:{data.enforceInterface(DESCRIPTOR);java.lang.String _arg0;_arg0 = data.readString();boolean _result = this.start(_arg0);reply.writeNoException();reply.writeInt(((_result)?(1):(0)));return true;}case TRANSACTION_stop:{data.enforceInterface(DESCRIPTOR);this.stop();reply.writeNoException();return true;}}return super.onTransact(code, data, reply, flags);}private static class Proxy implements com.binder.demo.IMusicPlayerService{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 boolean start(java.lang.String filePath) throws android.os.RemoteException{android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();boolean _result;try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeString(filePath);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_start, _data, _reply, 0);_reply.readException();_result = (0!=_reply.readInt());}finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}@Override public void stop() throws android.os.RemoteException{android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_stop, _data, _reply, 0);_reply.readException();}finally {_reply.recycle();_data.recycle();}}}static final int TRANSACTION_start = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);static final int TRANSACTION_stop = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);}public boolean start(java.lang.String filePath) throws android.os.RemoteException;public void stop() throws android.os.RemoteException;}
我们来重点分析一下两个重要的类:
class Stub extends android.os.Binderimplements com.binder.demo.ImusicPlayerService
private static class Proxy implementscom.binder.demo.ImusicPlayerService
对照上面一个图很容易知道Stub这个类对应的是Server端,而Proxy对应的是客户端,那么首先从客户端分析:
在客户端中,我们看到一个私有变量mRemote,它存放的就是服务端在Binder驱动中的一个引用。接下来分析start方法:为了查看方便,我再次将start方法代码贴出来:
public boolean start(java.lang.String filePath) throws android.os.RemoteException{android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();boolean _result;try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeString(filePath);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_start, _data, _reply, 0);_reply.readException();_result = (0!=_reply.readInt());}finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}
发现start里面其实就是调用的mRemote中的transact方法,这不就是一种典型的代理模式吗?我想这里之所以使用代理模式,是为了在将参数打包发送到服务端去之前,固定各个参数在包中的顺序,方便服务端去除数据。至于其中的Stub.TRANSACTION_start是在Stub类中定义的一个变量,用来标示函数的。
static final int TRANSACTION_start =(android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
transact函数经改写后,本质就是调用了Stub中的onTransact函数,那么我们来分析一下服务端的onTransact函数吧。同样为了方便,再次贴出:
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_start:{data.enforceInterface(DESCRIPTOR);java.lang.String _arg0;_arg0 = data.readString();boolean _result = this.start(_arg0);reply.writeNoException();reply.writeInt(((_result)?(1):(0)));return true;}
由于传入的code是TRANSACTION_start,所以服务端首先从包中按照客户端的写入顺序读出数据,然后调用自己的start方法,也就是说我们已经完成在客户端调用服务端的方法了,然后将返回数据写入到reply包中,Binder驱动接到这个通知后,就会继续执行客户端线程从这个包中去除数据。
细心的朋友可能会发现一个问题,还有一个非常关键的问题没有解决,客户端是如何拿到服务端的Binder应用的,下面就来分析一下这个问题
在写程序的时候,经常会使用getSystemService这个函数来获取一个XXXManager,例如我需要获得一个InputMethodManager,那么我会这么做:
InputMethodManagerwm=(InputMethodManager)context.getSystemService(“input_method”);getSystemService这个函数是在ContextImpl中实现的,部分源码如下:} else if (INPUT_METHOD_SERVICE.equals(name)) { return InputMethodManager.getInstance(this);进入到getInstance(this)看看源码:static public InputMethodManager getInstance(Looper mainLooper) { synchronized (mInstanceSync) { if (mInstance != null) { return mInstance; } IBinder b = ServiceManager.getService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE); IInputMethodManager service = IInputMethodManager.Stub.asInterface(b); mInstance = new InputMethodManager(service, mainLooper); } return mInstance;}
代码中通过使用ServiceManager中的getService方法获取到一个Binder对象,然后通过这个Binder对象new 一个InputMethodManager出来并返回,这里我们不得不猜想这个Binder对象就是一个服务端的引用,为了验证猜想,继续进入到getService看看
public static IBinder getService(String name) { try { IBinder service = sCache.get(name); if (service != null) { return service; } else { return getIServiceManager().getService(name); } } catch (RemoteException e) { Log.e(TAG, "error in getService", e); } return null; }
还挺复杂的,我们进入getIServiceManager中看看吧,估计第一次学习Binder的同学已经晕了,没事多看几遍就很清晰的。
private static IServiceManager getIServiceManager() { if (sServiceManager != null) { return sServiceManager; } // Find the service manager sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject()); return sServiceManager;}
到了这里就涉及到几点知识点了,容我慢慢道来:
(1) ServiceManager本身就是一个Service,那么我们的客户端再和它交互之前也必须获取到它在Binder中的引用,说道这里可能有些朋友就会想,我们不是要通过ServiceManager获取Binder应用吗,那么他自己的Binder应用怎么获取呢,呵呵,这个问题解决起来很简单,Android中提供了BinderInternal.getContextObject()函数返回ServiceManger的引用,说白了就是这个意思:ServiceManager的Binder引用通过上面这个函数获得,而其他Service的Binder引用需要通过ServiceManager获得。
(2) 这里有一个asInterfaec函数,它的代码大家可以查看Stub类中的asInterface,在这里我只说明一下它的作用。前面已经说过,一个Service说到底就是一个Binder对象,一个Binder对象创建后,就会在Binder驱动中形成一个引用,客户端就是通过这个引用和服务端交互,但是如果在这个Service进程内部调用这个Service,那么就没有必要使用IPC,直接可以使用这个Service对象(Binder对象),也就是说这个函数就是对外界提供了统一的接口,不管是远程调用还是本地调用,使用的都是同样的代码,
到这里我们会发现,在XXXManager里面有一个IXXX类型的变量,如果是远程调用,那么就是Proxy累,如果是本地调用,存放的就是Stub类
总结:
(1) Server所在进程启动后,需要将其中的Servic注册到ServiceManager,这样Client就可以通过ServiceManager找到对应的Binder引用,而ServiceManager自身的Binder引用时通过BinterInternal.getContextObject()函数获得
(2) 我们在写程序时,通过getSystemService获得XXXManager,在XXXManager中保存了一个IXXX变量,这个变量可能是Proxy类型,也可能是Stub类型,这个过程被asInterface函数屏蔽了。
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