android進程間通訊(2)–理解Binder及AIDL使用
前言：之前一篇文章記錄了Bundle和文件共享的方式來進行進程間通訊，但并不是所有場景都適用的，比如A進程正在進行一個計算，計算完成后要啟動B進程并把計算結果傳遞給B進程，但是計算結果不支持放入Bundle，又或者A進程有個封裝好的方法,B進程想要調用A進程里面的方法，使用Bundle則行不通了。因此android提供了一種進程間通訊方式Binder。Binder是Android系統(tǒng)最主要的IPC方式，其中Messenger，AIDL，ContentProvider底層實現(xiàn)都是Binder。由于Binder的實現(xiàn)比較復雜，這里只記錄基本原理。
1.Binder機制
了解binder首先要解決幾個疑問：1.什么是Binder？ 2.Binder的實現(xiàn)原理？3.Binder的具體應用有哪些？
(1).什么是binder
直觀來說，Binder是android中的一個類，它實現(xiàn)了IBinder接口。從IPC角度說，Binder是android中的一種跨進程通訊方式。Binder可以理解為一種虛擬的物理設備，它的設備驅動是/dev/binder，該通訊的方式在Linux中沒有。從Android Framework角度來說，Binder是ServiceManager連接各種Manager比如ActivityManager，WindowManager，InputManager，ResourceManager等等和相應的ManagerService的橋梁。從安卓應用層來說，Binder是客戶端和服務端進行通訊的媒介。
(2).Binder實現(xiàn)原理
個人覺得想要理解Binder的實現(xiàn)原理，首先要理解以下兩個方面的東西。1.Android的體系架構；2.計算機的內存管理。
<1>.Android體系架構
首先來看一下android架構圖，圖片來自網(wǎng)絡。
1.內核層：Linux 內核和各類硬件設備的驅動，binder驅動/dev/binder位于這一層
2.類庫層：由于類庫層多是c/c++編寫的native代碼，所以又叫C庫層
3.應用程序框架層：這一層可以理解為 Android SDK，提供四大組件，View 繪制體系等平時開發(fā)中用到的基礎部件，因為該層主要是java編寫，所以又叫java庫層
4.應用層：開發(fā)人員開發(fā)的應用程序層
其實在內核層和類庫層還有一層是HAL，硬件抽象層：封裝「內核層」硬件驅動，提供可供「系統(tǒng)服務層」調用的統(tǒng)一硬件接口
<2>計算機內存管理
1.早期的機器并沒有任何的虛擬地址的概念，被稱為“實模式”內存管理。而后期發(fā)展出來的設備提供了虛擬地址的硬件實現(xiàn)。最早的操作系統(tǒng)中，并沒有嚴格意義的內存保護機制，對于內存的訪問約束完全在于程序編寫者的自覺性，這種做法并不靠譜。為了管理內存和保護內存，提出了虛擬內存和進程概念。虛擬內存是一個抽象的概念，它為每個進程提供了一個假象，即每個進程都在獨占的使用主存，每個進程看到的內存都是一致的，稱為虛擬地址空間。如下圖所示，在Linux中，地址空間的最上面區(qū)域是保留給操作系統(tǒng)的代碼和數(shù)據(jù)的，這對所有進程來說都一樣，地址空間的底部區(qū)域存放用戶進程定義的代碼和數(shù)據(jù)。
也正是因為這樣，每個進程都有自己獨立的內存空間，沒有辦法直接訪問它管轄以外的內存空間，所以進程間通訊要通過系統(tǒng)提供的IPC方式進行通訊。而Binder則是android上主要的IPC方式。
從內存訪問的角度來看，Binder的作用就是讓兩個進程可以訪問同一塊內存空間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，如圖：圖片來自http://gityuan.com/2015/10/31/binder-prepare/
每個Android的進程，只能運行在自己進程所擁有的虛擬地址空間。對應一個4GB的虛擬地址空間，其中3GB是用戶空間，1GB是內核空間，當然內核空間的大小是可以通過參數(shù)配置調整的。對于用戶空間，不同進程之間彼此是不能共享的，而內核空間卻是可共享的。Client進程向Server進程通信，恰恰是利用進程間可共享的內核內存空間來完成底層通信工作的，Client端與Server端進程往往采用ioctl等方法跟內核空間的驅動進行交互
<3>Binder實現(xiàn)機制
Android系統(tǒng)Binder機制中的四個組件Client、Server、Service Manager和Binder驅動程序的關系如下圖所示：
1. Client、Server和Service Manager實現(xiàn)在用戶空間中，Binder驅動程序實現(xiàn)在內核空間中
2. Binder驅動程序和Service Manager在Android平臺中已經(jīng)實現(xiàn)，開發(fā)者只需要在用戶空間實現(xiàn)自己的Client和Server
3. Binder驅動程序提供設備文件/dev/binder與用戶空間交互，Client、Server和Service Manager通過open和ioctl文件操作函數(shù)與Binder驅動程序進行通信
4. Client和Server之間的進程間通信通過Binder驅動程序間接實現(xiàn)
5. Service Manager是一個守護進程，用來管理Server，并向Client提供查詢Server接口的能力
2.Binder具體應用
從Binder的實現(xiàn)機制可以知道，使用Binder需要創(chuàng)建Client(客戶端)和Server(服務端)。應用層使用Binder進行進程間通訊具體實現(xiàn)有Messenger，AIDL，ContentProvider，由于Messenger底層是AIDL，Contentprovider涉及到數(shù)據(jù)庫。這里只記錄AIDL的使用方式。
服務端創(chuàng)建：
步驟1.首先新建一個工程，并在app的module的mian文件下創(chuàng)建文件夾aidl，如圖：
步驟2：創(chuàng)建.aidl文件，如圖中的hdcPearAIDL.aidl文件，并添加兩個方法，hdcPearAIDL.aidl內容如下：
package pear.cn.hdcsdktest;
interface hdcPearAIDL {
void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,
double aDouble, String aString);
int add(int a,int b);
void shellCommand(String cmd);
}
build項目之后會在build>generated->source->aidl->debug->下面生成hdcPearAIDL的java文件，這文件是系統(tǒng)自動生成的，如下圖：
步驟3.創(chuàng)建服務并注冊，如下圖：
服務內容如下,AidlService繼承Service，重寫onBind()方法，并返回IBinder的實例。并在iBinder里面實現(xiàn)接口定義的方法，提供給其他進程調用。
/**
* Created by hdc on 2016/11/28.
*
*/
public class AidlService extends Service {
@Nullable
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
return iBinder;
}
private IBinder iBinder = new hdcPearAIDL.Stub() {
@Override
public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean,
float aFloat, double aDouble, String aString) throws RemoteException {
}
@Override
public int add(int a, int b) throws RemoteException {
LogUtil.i("hdcTest"," use the method "+a+"/"+b);
return a+b;
}
@Override
public void shellCommand(String cmd) throws RemoteException {
LogUtil.i("hdcTest"," use the method shellCommand "+cmd);
ShellUtil.execCommand(cmd,ShellUtil.checkSuRoot());
}
};
}
別忘記在AndroidManifest中注冊AidlService。
<service android:name=".services.AidlService">
<intent-filter>
<action android:name="pear.cn.hdcsdktest.services.AidlService"/>
</intent-filter>
</service>
客戶端創(chuàng)建：
步驟1：同樣在app的module的mian文件夾下面創(chuàng)建aidl文件夾和相同包名，相同名字的aidl文件，可以將服務端的aidl文件直接copy過來，如下圖：
步驟2：綁定服務，在客戶端的activity的onCreate方法里面綁定服務,在onServiceConnected()方法返回hdcPearAIDL對象，可以使用aidl對象來調用服務端的方法。
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private hdcPearAIDL aidl;
private ServiceConnection serviceConnection =new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
aidl= hdcPearAIDL.Stub.asInterface(service);
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
aidl=null;
}
};
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
bindService();
}
private void bindService() {
Intent intent = new Intent();
//綁定服務端的service
intent.setAction("pear.cn.hdcsdktest.services.AidlService");
//新版本（5.0后）必須顯式intent啟動 綁定服務
intent.setComponent(new ComponentName("pear.cn.hdcsdktest","pear.cn.hdcsdktest.services.AidlService"));
//綁定的時候服務端自動創(chuàng)建
bindService(intent,serviceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
unbindService(serviceConnection);
}
}
總結
1.Binder是android中最主要的IPC方式
2.Binder實現(xiàn)原理涉及到android框架體系以及操作系統(tǒng)的內存管理機制
3.Messager，AIDL,ContentProvider的底層原理是Binder
