Binder牌胶水

作者: passiontim | 来源:发表于2020-05-18 22:09 被阅读0次

Binder牌胶水，如雷贯耳，在Android中无处不在，是每个Android程序猿居家旅行必备。有了它的存在，我们甚至可以不用深入了解App进程和系统进程、用户空间和内核空间、跨进程通讯等概念也可以做好应用层开发。但是呢，阅读本文之前，还是建议先看看《Binder学习指南》了解下这些概念。

Binder属于“问题领域”的命名？见名知意，作为胶水，“粘合”是他的主要职责。在Androd世界里，他到底粘合了什么？比如我们经常使用的startActivity()就涉及到进程通讯，Binder粘合了这些进程，弱化了我们对进程的感知，降低了开发难度。

本文来聊聊四瓶Binder胶水，他们功效不同，配方却完全一致。此文的重点有两个，其一，介绍下他们的配方，也就是类图模型，了解他们，对我们阅读Android源码，寻找源码的位置有很大的帮助；其二，既然作为胶水，我们要研究下他粘合了什么东西，粘合了哪些进程。这四瓶胶水的功效和配方分别是：

AIDL：
IInterface--Stub--Proxy--Stub具体实现
ContentProvider：
IContentProvider--ContentProviderNative--ContentProviderProxy--ContentProvider.Transport
管理四大组件的AMS：
IActivityManager--ActivityManagerNative--ActivityManagerProxy--ActivityManagerService
负责ActivityThread和AMS之间的通讯
IApplicationThread--ApplicationThreadNative--ApplicationThreadProxy--ApplicationThread

Binder文章很多，很难写出彩，相比于一言不合就晒C++代码，晒cpp文件的，本文重点还是从Java层出发解释Binder机制。本文所有代码在此：
https://github.com/geniusmart/binder-project

Binder胶水的原始配方

image

如上图，IInterface/IBinder/Binder/BinderProxy是Binder机制的核心api，理解这些接口/类，是研究Binder的前提。

接口通常代表所具备的能力，比如我们熟悉的Api里，Serializable和Parcelable代表其实现类是可序列化的；Iterable代表可迭代遍历，因此其实现类HashSet和ArrayList可使用Iterator进行遍历。

在这个类图的最顶层，有两个接口，IInterface和IBinder。IBinder代表跨进程传输的能力，而IInterface则代表远程服务端具备的能力。

Binder是IBinder的实现类，因此它具备跨进程传输的能力，它实际上就是远程Server端的Binder对象本身。

Binder对象是给Server端对象本身，是Server进程用的，与此对应的BinderProxy则是远程Binder的代理对象，给Client进程用的（源码位于Binder类内部）。在跨越进程的时候，Binder驱动会自动完成这两个对象的转换。

以上都是冷冰冰的理论，读到这里我们仍然很困惑，我们需要能亲手掌控两个进程：Client进程和Server进程，并进行通讯，以此来熟悉Binder机制。因此，第一瓶胶水应运而生——AIDL，AIDL能实现这个需求。

以上四个类是android.os包给我们提供的Binder机制相关的api，基于这四个类，我们可以扩展出各种各样的Binder模型，实现各种各样的跨进程传输的场景。而本文所描述的四瓶胶水便是基于此套api的四种实现。

第一瓶胶水AIDL

假设你已经熟练掌握了AIDL，首先写个ICompute.aidl，代码很简单，如下：

// ICompute.aidl
package com.geniusmart.binder.aidl;

interface ICompute {
    int add(int a,int b);
}

此时，编译器会帮我们生成一个ICompute.java文件，这个类的可读性很差，为方便大家查阅，我将代码做了格式化，并拷贝一份放在temp包下，点击这里查看。

这个类的细节我不打算多讲，大家可以查看一下文章开篇的那篇文章。对照着生成出来的ICompute.java文件，绘制如下Binder模型图：

image

1. 熟悉的配方：ICompute-Proxy-Stub-Stub具体实现

通过上图，我们发现AIDL的Binder模型是基于原始配方的扩展。当我们写完ICompute.aidl之后，ICompute，Stub，Proxy已经自动生成出来，他们的作用如下：

ICompute接口继承了IInterface，并写了add(a,b)的方法，代表Server端进程具备计算两数相加的能力。此方法将在Stub的具体实现类中重写。
Stub是一个抽象类，他本质是一个Binder，他存在的目的之一是约定好asInterface，asBinder，onTransact方法，减少我们开发具体Binder对象的工作量。此外，Stub即需要跨进程传输，又需要约定远端服务端具备的能力，因此他需要同时实现IInterface和IBinder接口，通过上文的类图可以看得出来。
Proxy是代理对象，它在Client进程中使用，作用是以假乱真。他持有BinderProxy对象，BinderProxy能帮我们访问服务端Binder对象（本例中即Stub具体实现类）的能力。

AIDL让我们可以饭来张口衣来伸手，但是，服务端具备的具体能力，AIDL是没法给的，需要我们自力更生，所以接下来我们来写个Stub的具体实现，并验证下这个Binder模型的准确性。

2.验证远程对象和代理对象

在Server进程启动一个Service，定义Stub的实现类ComputeBinder，等待Client进程的连接，代码如下：

public class ComputeService extends Service {

    public static final String TAG = "Server进程";

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return new ComputeBinder();
    }

    private static class ComputeBinder extends ICompute.Stub {

        @Override
        public int add(int a, int b) throws RemoteException {
            Log.i(TAG, TAG + this.getClass().getName() + "执行add()");
            return a + b;
        }
    }
}

接下来，我们来写连接远程服务的代码，核心代码如下：(完整代码点击查看)

private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {
    @Override
    public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
        Log.i(TAG, TAG + "触发onServiceConnected : " + service.getClass().getName());
        mICompute = ICompute.Stub.asInterface(service);
        Log.i(TAG, TAG + "触发asInterface : " + mICompute.getClass().getName());
        Log.i(TAG, TAG + "触发add() : 远程方法执行结果为" + mICompute.add(3, 5));
    }
};

这里我设计了两种场景，分别让Server进程和Client进程执行连接远程服务，输出结果如下：

Client进程绑定Server进程的Service获取Binder
(1)Client进程输出日志：

Client进程触发onServiceConnected : android.os.BinderProxy
Client进程触发asInterface : ICompute$Stub$Proxy
Client进程触发add() : result = 8

(2)Server进程输出日志：

Server进程ComputeService$ComputeBinder执行add()

Server进程绑定自身进程内的Service获取Binder
Server进程输出日志：

Server进程触发onServiceConnected : ComputeService$ComputeBinder
Server进程触发asInterface : ComputeService$ComputeBinder
Server进程ComputeService$ComputeBinder执行add()
Server进程触发add() : 远程方法执行结果为8

结论：

当Client进程连接远程时，会经过如下步骤：客户端获得BinderProxy对象->转换为ICompute$Stub$Proxy->服务端ComputeService$ComputeBinder执行相应的方法，并将数据返回给客户端->客户端取得数据。
当Server进程连接自身时，始终调用的是Binder本体对象ComputeService$ComputeBinder

3.工作原理

说好了不谈细节，但是对于讲清楚Binder机制来说，不谈细节臣妾真的做不到，受限于篇幅，我还是克制住了，取而代之的是一张基于aidl的工作流程图，与其贴代码讲细节，还不如大家对照源码和流程图自己解析aidl的工作原理。如下：

4. 这瓶胶水粘合了什么？

这个问题对于AIDL来说很简单，他粘合了需要通讯的两个进程，在上文我们称之为Server进程和Client进程，在上文的UML类图中也有所体现。

第二瓶胶水ContentProvider

为了巩固这个模型，Binder牌胶水隆重推出第二个款式ContentProvider。谈起跨进程，我们自然而然会想起内容提供者。即使你不了解ContentProvider的原理，我们平常在使用api的时候，所做的事情就是让内容使用者进程去访问内容提供者进程的数据，所以这第二瓶胶水很贴近我们日常的Android开发生活。

首先先给出结论，也就是有关ContentProvider的Binder模型图：

1. ContentProvider Binder模型来源

接下来我们来分析下这张图是怎么来的：
作为一名Coder，应该永远保持好奇心，使用ContentProvider时，我们经常用这样的api：getContentResolver().query()/insert()/update()/delete()，你只要点进去看看源码，都能很轻易发现这个模型图，这个过程大概是这样的：

(1) 从内容使用者的角度出发，查看insert()源码
(2) 发现关键代码IContentProvider provider = acquireProvider(url);
(3) 活捉一只IInterface的子接口IContentProvider，对应AIDL的ICompute
(4) 那么问题来了，对应的Proxy\Stub\Stub具体实现在哪？一筹莫展中。
(5) 此路不通，换一条路，即从内容提供者角度出发，查看 ContentProvider的源码，找找线索。
(6) AS切换到Structure视图，观察类的结构，此时应该有点运气成分，我们发现了内部类Transport，他的继承关系是：class Transport extends ContentProviderNative{}。虽说此步需要点运气，但是Transport的中文意思为运输，颇有点跨进程传输的意思，所以也并非毫无根据。
(7) 看ContentProviderNative源码，发现其继承关系class ContentProviderNative extends Binder implements IContentProvider{}，这就是我们熟悉的模型啊，对应AIDL中的Stub，而Transport则对应着Stub的具体实现类ComputeBinder。
(8) 在ContentProviderNative内部，与他同一级的还有一个类，即ContentProviderProxy，至此，Binder模型相关的4个类或接口，我们已经集齐完毕。
(9) 最后，召唤神龙，深入学习ContentProvider的原理。

2.验证远程对象和代理对象

ContentProvider与AIDL不一样，AIDL中Binder对象可以轻易拿到，而我们在使用ContentProvider时候，通常都是通过ContentResolver来执行CRUD的操作，显然，他并不是一个Binder对象，追溯其源码，我们可以发现这样一行关键的代码：

public final @Nullable Uri insert(@NonNull Uri url, @Nullable ContentValues values) {
IContentProvider provider = acquireProvider(url);
//省略若干代码..

}

看到返回类型IContentProvider时就是你大声呼喊“真相只有一个”的时候，阅读源码的乐趣就在于抽丝剥茧，轻解衣裳，窥探最本真和纯洁的胴体。。。

这时候问题又来了，acquireProvider(url)是一个@hide方法，没法直接调用。解决办法很简单，即使用反射。核心代码如下：

Uri uri = Uri.parse("[content://com.geniusmart.binder.AccountProvider/account](https://link.jianshu.com?t=content://com.geniusmart.binder.AccountProvider/account)");
ContentResolver contentResolver = getContentResolver();
//通过反射调用hide方法
Method method = ContentResolver.class.getMethod("acquireProvider", new Class[]{Uri.class});
Object object = method.invoke(contentResolver, uri);
//打印Binder类型
Log.i(TAG, object.getClass().toString());

与AIDL中的验证思路一样，我们来分别验证下客户端和服务端执行此段逻辑之后的结果：

Client进程使用Server进程的ContentProvider
输出结果为：class android.content.ContentProviderProxy
Server进程使用自己的ContentProvider
输出结果为：class android.content.ContentProvider$Transport

结论：Client进程通过ContentProviderProxy访问Server进程的ContentProvider$Transport，实现进程间通讯。

以上所有代码均在文章开篇的Github项目里。

3. 这瓶胶水粘合了什么？

这个问题也比较简单，ContentProvider这瓶胶水粘合了内容使用者和内容提供者两个进程，写ContentProvider的这一方称之为Server进程，用ContentResolver的这一方称之为Client进程，两个进程通过Binder进行通讯。

另外两瓶胶水AMS和ApplicationThread

AIDL和ContentProvider这两个Binder模型，都有清晰的Client进程和Server进程，理解起来相对容易，而另外两个Binder模型所涉及到的进程双方则比较模糊。AMS和ApplicationThread有着千丝万缕的关系，所以我们放在一起讲。首先贴一下这两瓶胶水的配方:

AMS的Binder模型

ApplicationThread的Binder模型

看到这两个Binder模型图，真是感慨，这简直是一样的配方，熟悉的味道，所以以后如果有看到类似IXxxx/XxxxProxy/XxxxNative/Xxxx的命名规则，一定要想起这是Binder的配方。

Binder模型来源

这两个Binder模型图从何而来？
在一个夜黑风高的晚上，你我寂寞难耐，准备Fuck Source Code，于是决定挑个并不软的柿子来捏一捏，他就是startActivity()，大概会这么一些个前戏：
(1)context.startActivity()
(2)mBase.startActivity()
(3)ContextImpl.startActivity()
(4)mMainThread.getInstrumentation().execStartActivity()
(5)Instrumentation.execStartActivity()

源码阅到这里已经有一个小高潮了,因为我们发现了如下代码：


//IApplicationThread 是IInterface类型
IApplicationThread whoThread = (IApplicationThread) contextThread;
//ActivityManagerNative是Binder和IInterface类型
ActivityManagerNative.getDefault().startActivityAsUser()

此时Binder机制的雏形我们已经心中有数，之后少侠们可以各自发挥，深入理解这两个Binder机制的作用，获得更多的快感。

所以，理解这个模型的意义在于，当我们看到XxxxProxy执行逻辑时，当前进程所属的角色是Client进程，要查看该逻辑源码的时候，应该找到Server进程的Xxxx类查看。

Activity的启动流程的解析漫长而枯燥，不是此文的重点，大家了解下这两个类的意义即可：

ActivityManagerService
AMS是Android中最核心的服务，主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作。
ApplicationThread
ApplicationThread是ActivityThread的内部类，负责ActivityThread和ActivityManagerService之间的通讯。

这两瓶胶水粘合了哪些进程？

通过Activity启动流程图我们来看下这两个Binder模型是如何发挥作用的，如下图：

Activity启动流程图

注：此张图片来源于这篇文章《startActivity流程分析(一)》，已征得博主同意引用在此处。

在这张图里，我们意识到除了第一、二瓶胶水描述到的App进程之外，Android世界里还有Launcher进程，系统进程等等，而Binder在其中如鱼得水，散发着万丈光芒。

AMS位于系统进程，处于Server进程的位置，Launcher进程和App进程作为Client进程，持有ActivityManagerProxy，与AMS进行通讯，召唤四大组件。而ApplicationThread位于应用进程，处于Server进程的位置，系统进程则作为Client进程，持有ApplicationThreadProxy，使得应用进程中的主线程(ActivityThread)和AMS之间可以进行通讯。

至此，对于Binder机制的认知应该要有所升华。

总结

用一张表格描述一下上文所讲的四个Binder模型：

能力	IInterface	Binder抽象	BinderProxy	Binder
AIDL	`ICompute`	`Stub`	`Proxy`	`ComputeBinder`
内容提供者	`IContentProvider`	`ContentProviderNative`	`ContentProviderProxy`	`ContentProvider.Transport`
AMS	`IActivityManager`	`ActivityManagerNative`	`ActivityManagerProxy`	`ActivityManagerService`
ActivityThread和AMS之间的通讯	`IApplicationThread`	`ApplicationThreadNative`	`ApplicationThreadProxy`	`ApplicationThread`

Binder并不神秘，对于应用层来说，Binder便是上文中我所绘制的各种模型图，我们需要明确两点，第一，Proxy作为代理对象，以假乱真，Client进程通过持有Proxy对象，进而调用Server进程中实际Binder对象的能力；第二，在使用任何一个Binder对象时，我们要明确，此时进行通讯的是哪两个进程，以及哪个进程充当Client或Server进程。

最后多说一句，关于Binder写了那么多，大牛们自成体系自然无需阅读此小文，而小小牛们看完之后也许仍然十分懵懂，所以写Binder文章略显尴尬，而在这个过程中收获最大的其实是作者本人。学习Binder，没有捷径，找准切入点（本文的切入点在于应用层的Binder模型以及每种模型涉及通讯的两个进程），然后Read the Fucking Source Code，最后写写文章做总结。

参考文章

Binder学习指南
 startActivity流程分析(一)
Android应用程序组件Content Provider简要介绍和学习计划
 Android进程间通信（IPC）机制Binder简要介绍和学习计划

作者：geniusmart
链接：https://www.jianshu.com/p/3d053abba04b
来源：简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

Binder牌胶水

Binder胶水的原始配方

第一瓶胶水AIDL

1. 熟悉的配方：ICompute-Proxy-Stub-Stub具体实现

2.验证远程对象和代理对象

3.工作原理

4. 这瓶胶水粘合了什么？

第二瓶胶水ContentProvider

1. ContentProvider Binder模型来源

2.验证远程对象和代理对象

3. 这瓶胶水粘合了什么？

另外两瓶胶水AMS和ApplicationThread

Binder模型来源

这两瓶胶水粘合了哪些进程？

总结

参考文章

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