Android 应用工程师的 Binder 原理剖析（四）AIDL

派大星不吃蟹2023-09-21 21:30

AIDL可以生成C++ 文件，哈哈，不仅仅是可以生成java文件哦，当然，要在android的比较新的版本上面才能够实现这点，目前需要在api-29之后。

概述

aidl是常用的android IPC方式，本文将根据一个demo来解析下AIDL的原理。

为了便于读者理解，本文不会探究Binder的实现细节，可以认为Binder在此文的分析中被看做是一个"黑盒"。有一定经验的读者可以直接到文末看总结，最终流程图如下：

Demo讲解一下AIDL

demo实现内容：MainActivity通过AIDL实现IPC来调用另一个进程中RemoteTestService的一个方法。主要有以下几个文件：

  1. MainActivity.java

自定义ServiceConnection，然后将ServiceConnection传入bindService，获取到IBinder后实现远程调用。

  1. RemoteTestService.java在ITestServer.Stub中实现需要远程调用的方法testFunction()，在onBind中返回。
  2. IServer.aidl定义一个aidl文件和需要远程调用的方法
  3. AndroidManifest.xml在此设置RemoteTestService在remote进程。

先看MainActivity.java

java 复制代码 
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

 private IServer iServer;
 private ServiceConnection serviceConnection = new ServiceConnection() {
   @Override
   public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
     iServer = IServer.Stub.asInterface(service);
     System.out.println("onServiceConnected");

     try {
       int a = iServer.testFunction("test string");
       Log.i("test", "after testFunction a:" + a);
    } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
    }
  }

   @Override
   public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
     Log.i("test", "onServiceDisconnected");
  }
};

 @Override
 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
   super.onCreate(savedInstanceState);
   setContentView(R.layout.activity_main);

   Intent intent = new Intent(MainActivity.this, RemoteTestService.class);
   bindService(intent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
}

接下来看RemoteTestService.java

scala 复制代码 
public class RemoteTestService extends Service {

 private IServer.Stub serverBinder = new IServer.Stub() {
   @Override public int testFunction(String s) throws RemoteException {
     Log.i("test","testFunction s= " + s);
     return 0;
  }
};

 @Nullable @Override
 public IBinder onBind(Intent intent) {
   return serverBinder;
}
}

再看IServer.aidl

arduino 复制代码 
interface IServer {
   int testFunction(String s);
}

再看 AndroidManifest.xml

ini 复制代码 
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
   package="com.example.bindservicetest">

 <application
     android:allowBackup="true"
     android:icon="@mipmap/ic_launcher"
     android:label="@string/app_name"
     android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
     android:supportsRtl="true"
     android:theme="@style/AppTheme">
   <activity android:name=".MainActivity">
     <intent-filter>
       <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

       <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
     </intent-filter>
   </activity>

   <service
       android:name=".RemoteTestService"
       android:process=":remote" />
 </application>
</manifest>

aidl自动生成的文件定义完aidl文件，编译会自动生成一个java接口文件。这个接口文件在build目录下，具体路径如下：

打开文件，我们就可以看到aidl自动生成的代码。

java 复制代码 
public interface IServer extends android.os.IInterface
{
 /** Default implementation for IServer. */
 public static class Default implements com.example.bindservicetest.IServer
{
   @Override public int testFunction(java.lang.String s) throws android.os.RemoteException
  {
     return 0;
  }
   @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.example.bindservicetest.IServer
{
   private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.bindservicetest.IServer";
   /** Construct the stub at attach it to the interface. */
   public Stub()
  {
     this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
  }
   /**
    * Cast an IBinder object into an com.example.bindservicetest.IServer interface,
    * generating a proxy if needed.
    */
   public static com.example.bindservicetest.IServer asInterface(android.os.IBinder obj)
  {
     if ((obj==null)) {
       return null;
    }
     android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
     if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.bindservicetest.IServer))) {
       return ((com.example.bindservicetest.IServer)iin);
    }
     return new com.example.bindservicetest.IServer.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_testFunction:
      {
         data.enforceInterface(descriptor);
         java.lang.String _arg0;
         _arg0 = data.readString();
         int _result = this.testFunction(_arg0);
         reply.writeNoException();
         reply.writeInt(_result);
         return true;
      }
       default:
      {
         return super.onTransact(code, data, reply, flags);
      }
    }
  }
   private static class Proxy implements com.example.bindservicetest.IServer
  {
     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 int testFunction(java.lang.String s) throws android.os.RemoteException
    {
       android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
       android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
       int _result;
       try {
         _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
         _data.writeString(s);
         boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_testFunction, _data,
                                            _reply, 0);
         if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
           return getDefaultImpl().testFunction(s);
        }
         _reply.readException();
         _result = _reply.readInt();
      }
       finally {
         _reply.recycle();
         _data.recycle();
      }
       return _result;
    }
     public static com.example.bindservicetest.IServer sDefaultImpl;
  }
   static final int TRANSACTION_testFunction =
  (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
   public static boolean setDefaultImpl(com.example.bindservicetest.IServer impl) {
     if (Stub.Proxy.sDefaultImpl == null && impl != null) {
       Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
       return true;
    }
     return false;
  }
   public static com.example.bindservicetest.IServer getDefaultImpl() {
     return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
  }
}
 public int testFunction(java.lang.String s) throws android.os.RemoteException;
}

上面的代码有些乱七八糟的，毕竟是aidl工具生成的，大家看核心部分就好了，那些try，那些if else 大可不必关注。所以核心代码就在下面：

Stub 里面的关键函数1-asInterface：

typescript 复制代码 
public static com.example.testservice.IServer asInterface(android.os.IBinder obj)
{
   if ((obj==null)) {
  return null;
  }
   android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
   if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.testservice.IServer))) {
  return ((com.example.testservice.IServer)iin);
  }
   return new com.example.testservice.IServer.Stub.Proxy(obj);//核心代码 1
}

该核心代码就是创建一个Proxy对象，同时将IBinder对象的obj传值给Proxy。

Stub类中的关键函数2-onTransact():

java 复制代码 
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_testFunction:
      {
         data.enforceInterface(descriptor);
         java.lang.String _arg0;
         _arg0 = data.readString();
         int _result = this.testFunction(_arg0); //核心代码2
         reply.writeNoException();
         reply.writeInt(_result);
         return true;
      }
       default:
      {
         return super.onTransact(code, data, reply, flags);
      }
    }
  }

onTransact函数功能主要是接收来自binder底层的调用，通过binder底层调用onTransact函数，将函数执行到核心代码2，具体的流程请看后面的小结。

Prox类里面的关键函数1 testFunction：

ini 复制代码 
public int testFunction(java.lang.String s) throws android.os.RemoteException
    {
       android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
       android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
       int _result;
       try {
         _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
         _data.writeString(s);
         boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_testFunction, _data,
                           _reply, 0); // 核心代码3
         if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
           return getDefaultImpl().testFunction(s);
        }
         _reply.readException();
         _result = _reply.readInt();
      }
       finally {
         _reply.recycle();
         _data.recycle();
      }
       return _result;
    }

这个函数是和aidl文件里面定义的函数名字是一样的，后面进行跨进程通信会引用到这个函数，这个的功能是创建一个Parcel 数据_data，为什么必须是Parcel数据了，因为android跨进程传递的数据必须序列化，而序列化所采用的方式就是Parcel。大家如果研究过Parcel序列化，你们会发现它的主要实现是在native层，而Binder通信最主要的部分是在native层。另外，如果跨进程的调用testFunction有返回值，那么这个返回值讲以 _replay来存储和传递。

类的结构图如下：

以上是aidl生成的java代码的介绍，其实在android api 29之后，aidl可以生成C++的代码，具体的生成的代码的逻辑和java代码的逻辑一模一样，只是语言有修改而已。

小结

在运用AIDL通信的过程中，首先Client端（某个acitivty）先会发起bindService的请求，此时Server端（某service）会将自己的binder给Client端，也就是如下代码：

首先，Activity会执行下面的代码：

scss 复制代码 
Intent intent = new Intent(MainActivity.this, RemoteTestService.class);
bindService(intent, serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);//核心代码

bindServcie会去绑定服务"RemoteTestService"，在执行bindService的时候会回调到connection中去，而connection的代码如下：

typescript 复制代码 
private ServiceConnection connection = new ServiceConnection() {
       @Override
       public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
           myService =  IServer.Stub.asInterface(service);//proxy
           Log.d(TAG, "onServiceConnected: ");
      }

       @Override
       public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
//           unbindService(connection);
           Log.d(TAG, "onServiceDisconnected: ");
      }
  };

当绑定成功就会执行onServiceConnected 回调函数，回调函数就会有一个IBinder对象service，此时通过asInterface函数，会将这个IBinder对象（service）转换成为一个Proxy对象。所以，我们Client去进行跨进程函数调用的时候就是使用这个proxy对象进行。

总结

binder基于AIDL的通信流程图如下：

Client端：MainActivity；

Server端：Service；

Service的对外aidl接口如上面的案例所示，

MainActivity已经通过BindService拿到了Service的IBinder对象。

aidl通信的基本步骤如下：

  1. Client通过ServiceConnection获取到Server的Binder，并且封装成一个Proxy。
  2. 通过Proxy来同步调用IPC方法（testFunction），同时通过Parcel将参数传给Binder，最终触发Binder的transact方法。
  3. Binder的transact方法最终会触发到Server上Stub的onTransact方法。
  4. Server上Stub的onTransact方法中，会先从Parcel中解析中参数，然后将参数带入真正的方法中执行，然后将结果写入Parcel后传回。
  5. 请注意：Client的Ipc方法中，执行Binder的transact时，是阻塞等待的，一直到Server逻辑执行结束后才会继续执行。当然，如果IPC方法是oneWay的方式，那么就是非阻塞的等待。
  6. 当Server返回结果后，Client从Parcel中取出返回值，于是实现了一次IPC调用。

所以，aidl 文件会生成一个java文件，这个java文件的意义在于将核心的binder驱动封装成为java层可以直接调用的代码，同时也处理了将java层的数据格式转换为Parcel格式数据进行跨进程传递的一个功能。所以，aidl是一个使用binder的标准方案，该方案的代码同样的可以通过用户自己编写的方式完成。

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