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理解Android Binder机制(3/3)：Java层

發(fā)布時間：2025/3/15 Android 48 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了理解Android Binder机制(3/3)：Java层小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

本文是Android Binder機制解析的第三篇，也是最后一篇文章。本文會講解Binder Framework Java部分的邏輯。

Binder機制分析的前面兩篇文章，請移步這里：

理解Android Binder機制(1/3)：驅(qū)動篇

理解Android Binder機制(2/3)：C++層)：驅(qū)動篇

下文所講內(nèi)容的相關源碼，在AOSP源碼樹中的路徑如下：

// Binder Framework JNI /frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.h /frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp /frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.h /frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp// Binder Framework Java接口 /frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java /frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java /frameworks/base/core/java/android/os/IInterface.java /frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java

主要結(jié)構(gòu)

Android應用程序使用Java語言開發(fā)，Binder框架自然也少不了在Java層提供接口。

前文中我們看到，Binder機制在C++層已經(jīng)有了完整的實現(xiàn)。因此Java層完全不用重復實現(xiàn)，而是通過JNI銜接了C++層以復用其實現(xiàn)。

下圖描述了Binder Framework Java層到C++層的銜接關系。

這里對圖中Java層和JNI層的幾個類做一下說明( 關于C++層的講解請看這里?)：

名稱類型說明

IInterface	interface	供Java層Binder服務接口繼承的接口
IBinder	interface	Java層的IBinder類，提供了transact方法來調(diào)用遠程服務
Binder	class	實現(xiàn)了IBinder接口，封裝了JNI的實現(xiàn)。Java層Binder服務的基類
BinderProxy	class	實現(xiàn)了IBinder接口，封裝了JNI的實現(xiàn)。提供transact方法調(diào)用遠程服務
JavaBBinderHolder	class	內(nèi)部存儲了JavaBBinder
JavaBBinder	class	將C++端的onTransact調(diào)用傳遞到Java端
Parcel	class	Java層的數(shù)據(jù)包裝器，見C++層的Parcel類分析

這里的IInterface，IBinder和C++層的兩個類是同名的。這個同名并不是巧合：它們不僅僅同名，它們所起的作用，以及其中包含的接口都是幾乎一樣的，區(qū)別僅僅在于一個是C++層，一個是Java層而已。

除了IInterface，IBinder之外，這里Binder與BinderProxy類也是與C++的類對應的，下面列出了Java層和C++層類的對應關系：

C++Java層

IInterface	IInterface
IBinder	IBinder
BBinder	Binder
BpProxy	BinderProxy
Parcel	Parcel

JNI的銜接

JNI全稱是Java Native Interface，這個是由Java虛擬機提供的機制。這個機制使得native代碼可以和Java代碼互相通訊。簡單來說就是：我們可以在C/C++端調(diào)用Java代碼，也可以在Java端調(diào)用C/C++代碼。

關于JNI的詳細說明，可以參見Oracle的官方文檔：Java Native Interface?，這里不多說明。

實際上，在Android中很多的服務或者機制都是在C/C++層實現(xiàn)的，想要將這些實現(xiàn)復用到Java層，就必須通過JNI進行銜接。AOSP源碼中，/frameworks/base/core/jni/ 目錄下的源碼就是專門用來對接Framework層的JNI實現(xiàn)的。

看一下Binder.java的實現(xiàn)就會發(fā)現(xiàn)，這里面有不少的方法都是用native關鍵字修飾的，并且沒有方法實現(xiàn)體，這些方法其實都是在C++中實現(xiàn)的：

public static final native int getCallingPid();public static final native int getCallingUid();public static final native long clearCallingIdentity();public static final native void restoreCallingIdentity(long token);public static final native void setThreadStrictModePolicy(int policyMask);public static final native int getThreadStrictModePolicy();public static final native void flushPendingCommands();public static final native void joinThreadPool();

在android_util_Binder.cpp文件中的下面這段代碼，設定了Java方法與C++方法的對應關系：

static const JNINativeMethod gBinderMethods[] = {{ "getCallingPid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingPid },{ "getCallingUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingUid },{ "clearCallingIdentity", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingIdentity },{ "restoreCallingIdentity", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingIdentity },{ "setThreadStrictModePolicy", "(I)V", (void*)android_os_Binder_setThreadStrictModePolicy },{ "getThreadStrictModePolicy", "()I", (void*)android_os_Binder_getThreadStrictModePolicy },{ "flushPendingCommands", "()V", (void*)android_os_Binder_flushPendingCommands },{ "init", "()V", (void*)android_os_Binder_init },{ "destroy", "()V", (void*)android_os_Binder_destroy },{ "blockUntilThreadAvailable", "()V", (void*)android_os_Binder_blockUntilThreadAvailable } };

這種對應關系意味著：當Binder.java中的getCallingPid方法被調(diào)用的時候，真正的實現(xiàn)其實是android_os_Binder_getCallingPid，當getCallingUid方法被調(diào)用的時候，真正的實現(xiàn)其實是android_os_Binder_getCallingUid，其他類同。

然后我們再看一下android_os_Binder_getCallingPid方法的實現(xiàn)就會發(fā)現(xiàn)，這里其實就是對接到了libbinder中了：

static jint android_os_Binder_getCallingPid(JNIEnv* env, jobject clazz) {return IPCThreadState::self()->getCallingPid(); }

這里看到了Java端的代碼是如何調(diào)用的libbinder中的C++方法的。那么，相反的方向是如何調(diào)用的呢？最關鍵的，libbinder中的BBinder::onTransact是如何能夠調(diào)用到Java中的Binder::onTransact的呢？

這段邏輯就是android_util_Binder.cpp中JavaBBinder::onTransact中處理的了。JavaBBinder是BBinder子類，其類結(jié)構(gòu)如下：

JavaBBinder::onTransact關鍵代碼如下：

virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0) {JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);IPCThreadState* thread_state = IPCThreadState::self();const int32_t strict_policy_before = thread_state->getStrictModePolicy();jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,code, reinterpret_cast<jlong>(&data), reinterpret_cast<jlong>(reply), flags);... }

請注意這段代碼中的這一行：

jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,code, reinterpret_cast<jlong>(&data), reinterpret_cast<jlong>(reply), flags);

這一行代碼其實是在調(diào)用mObject上offset為mExecTransact的方法。這里的幾個參數(shù)說明如下：

mObject 指向了Java端的Binder對象
gBinderOffsets.mExecTransact 指向了Binder類的execTransact方法
data 調(diào)用execTransact方法的參數(shù)
code, data, reply, flags都是傳遞給調(diào)用方法execTransact的參數(shù)

而JNIEnv.CallBooleanMethod這個方法是由虛擬機實現(xiàn)的。即：虛擬機會提供native方法來調(diào)用一個Java Object上的方法（關于Android上的Java虛擬機，今后我們會專門講解）。

這樣，就在C++層的JavaBBinder::onTransact中調(diào)用了Java層Binder::execTransact方法。而在Binder::execTransact方法中，又調(diào)用了自身的onTransact方法，由此保證整個過程串聯(lián)了起來：

private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj,int flags) {Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);boolean res;try {res = onTransact(code, data, reply, flags);} catch (RemoteException|RuntimeException e) {if (LOG_RUNTIME_EXCEPTION) {Log.w(TAG, "Caught a RuntimeException from the binder stub implementation.", e);}if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) {if (e instanceof RemoteException) {Log.w(TAG, "Binder call failed.", e);} else {Log.w(TAG, "Caught a RuntimeException from the binder stub implementation.", e);}} else {reply.setDataPosition(0);reply.writeException(e);}res = true;} catch (OutOfMemoryError e) {RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e);reply.setDataPosition(0);reply.writeException(re);res = true;}checkParcel(this, code, reply, "Unreasonably large binder reply buffer");reply.recycle();data.recycle();StrictMode.clearGatheredViolations();return res; }

Java Binder服務舉例

和C++層一樣，這里我們還是通過一個具體的實例來看一下Java層的Binder服務是如何實現(xiàn)的。

下圖是ActivityManager實現(xiàn)的類圖:

下面是上圖中幾個類的說明：

類名說明

IActivityManager	Binder服務的公共接口
ActivityManagerProxy	供客戶端調(diào)用的遠程接口
ActivityManagerNative	Binder服務實現(xiàn)的基類
ActivityManagerService	Binder服務的真正實現(xiàn)

看過Binder C++層實現(xiàn)之后，對于這個結(jié)構(gòu)應該也是很容易理解的，組織結(jié)構(gòu)和C++層服務的實現(xiàn)是一模一樣的。

對于Android應用程序的開發(fā)者來說，我們不會直接接觸到上圖中的幾個類，而是使用android.app.ActivityManager中的接口。

這里我們就來看一下，android.app.ActivityManager中的接口與上圖的實現(xiàn)是什么關系。我們選取其中的一個方法來看一下：

public void getMemoryInfo(MemoryInfo outInfo) {try {ActivityManagerNative.getDefault().getMemoryInfo(outInfo);} catch (RemoteException e) {throw e.rethrowFromSystemServer();} }

這個方法的實現(xiàn)調(diào)用了ActivityManagerNative.getDefault()中的方法，因此我們在來看一下ActivityManagerNative.getDefault()返回到到底是什么。

static public IActivityManager getDefault() {return gDefault.get(); }private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {protected IActivityManager create() {IBinder b = ServiceManager.getService("activity");if (false) {Log.v("ActivityManager", "default service binder = " + b);}IActivityManager am = asInterface(b);if (false) {Log.v("ActivityManager", "default service = " + am);}return am;} };

這段代碼中我們看到，這里其實是先通過IBinder b = ServiceManager.getService("activity");?獲取ActivityManager的Binder對象（“activity”是ActivityManagerService的Binder服務標識），接著我們再來看一下asInterface(b)的實現(xiàn)：

static public IActivityManager asInterface(IBinder obj) {if (obj == null) {return null;}IActivityManager in =(IActivityManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);if (in != null) {return in;}return new ActivityManagerProxy(obj); }

這里應該是比較明白了：首先通過queryLocalInterface確定有沒有本地Binder，如果有的話直接返回，否則創(chuàng)建一個ActivityManagerProxy對象。很顯然，假設在ActivityManagerService所在的進程調(diào)用這個方法，那么queryLocalInterface將直接返回本地Binder，而假設在其他進程中調(diào)用，這個方法將返回空，由此導致其他調(diào)用獲取到的對象其實就是ActivityManagerProxy。而在拿到ActivityManagerProxy對象之后在調(diào)用其方法所走的路線我想讀者應該也能明白了：那就是通過Binder驅(qū)動跨進程調(diào)用ActivityManagerService中的方法。

這里的asInterface方法的實現(xiàn)會讓我們覺得似曾相識。是的，因為這里的實現(xiàn)方式和C++層的實現(xiàn)是一樣的模式。

Java層的ServiceManager

源碼路徑：

frameworks/base/core/java/android/os/IServiceManager.java frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/BinderInternal.java frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp

有Java端的Binder服務，自然也少不了Java端的ServiceManager。我們先看一下Java端的ServiceManager的結(jié)構(gòu)：

通過這個類圖我們看到，Java層的ServiceManager和C++層的接口是一樣的。

然后我們再選取addService方法看一下實現(xiàn)：

public static void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated) {try {getIServiceManager().addService(name, service, allowIsolated);} catch (RemoteException e) {Log.e(TAG, "error in addService", e);} }private static IServiceManager getIServiceManager() {if (sServiceManager != null) {return sServiceManager;}// Find the service managersServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());return sServiceManager; }

很顯然，這段代碼中，最關鍵就是下面這個調(diào)用：

ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

然后我們需要再看一下BinderInternal.getContextObject()和ServiceManagerNative.asInterface兩個方法。

BinderInternal.getContextObject()是一個JNI方法，其實現(xiàn)代碼在android_util_Binder.cpp中：

static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz) {sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);return javaObjectForIBinder(env, b); }

而ServiceManagerNative.asInterface的實現(xiàn)和其他的Binder服務是一樣的套路：

static public IServiceManager asInterface(IBinder obj) {if (obj == null) {return null;}IServiceManager in =(IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);if (in != null) {return in;}return new ServiceManagerProxy(obj); }

先通過queryLocalInterface查看能不能獲得本地Binder，如果無法獲取，則創(chuàng)建并返回ServiceManagerProxy對象。

而ServiceManagerProxy自然也是和其他Binder Proxy一樣的實現(xiàn)套路：

public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated)throws RemoteException {Parcel data = Parcel.obtain();Parcel reply = Parcel.obtain();data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);data.writeString(name);data.writeStrongBinder(service);data.writeInt(allowIsolated ? 1 : 0);mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);reply.recycle();data.recycle(); }

有了上文的講解，這段代碼應該都是比較容易理解的了。

關于AIDL

作為Binder機制的最后一個部分內(nèi)容，我們來講解一下開發(fā)者經(jīng)常使用的AIDL機制是怎么回事。

AIDL全稱是Android Interface Definition Language，它是Android SDK提供的一種機制。借助這個機制，應用可以提供跨進程的服務供其他應用使用。AIDL的詳細說明可以參見官方開發(fā)文檔：https://developer.android.com/guide/components/aidl.html 。

這里，我們就以官方文檔上的例子看來一下AIDL與Binder框架的關系。

開發(fā)一個基于AIDL的Service需要三個步驟：

定義一個.aidl文件

實現(xiàn)接口

暴露接口給客戶端使用

aidl文件使用Java語言的語法來定義，每個.aidl文件只能包含一個interface，并且要包含interface的所有方法聲明。

默認情況下，AIDL支持的數(shù)據(jù)類型包括：

基本數(shù)據(jù)類型（即int，long，char，boolean等）
String
CharSequence
List（List的元素類型必須是AIDL支持的）
Map（Map中的元素必須是AIDL支持的）

對于AIDL中的接口，可以包含0個或多個參數(shù)，可以返回void或一個值。所有非基本類型的參數(shù)必須包含一個描述是數(shù)據(jù)流向的標簽，可能的取值是：in，out或者inout。

下面是一個aidl文件的示例：

// IRemoteService.aidl package com.example.android;// Declare any non-default types here with import statements/** Example service interface */ interface IRemoteService {/** Request the process ID of this service, to do evil things with it. */int getPid();/** Demonstrates some basic types that you can use as parameters* and return values in AIDL.*/void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,double aDouble, String aString); }

這個文件中包含了兩個接口：

getPid 一個無參的接口，返回值類型為int
basicTypes，包含了幾個基本類型作為參數(shù)的接口，無返回值

對于包含.aidl文件的工程，Android IDE（以前是Eclipse，現(xiàn)在是Android Studio）在編譯項目的時候，會為aidl文件生成對應的Java文件。

針對上面這個aidl文件生成的java文件中包含的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

在這個生成的Java文件中，包括了：

一個名稱為IRemoteService的interface，該interface繼承自android.os.IInterface并且包含了我們在aidl文件中聲明的接口方法
IRemoteService中包含了一個名稱為Stub的靜態(tài)內(nèi)部類，這個類是一個抽象類，它繼承自android.os.Binder并且實現(xiàn)了IRemoteService接口。這個類中包含了一個onTransact方法
Stub內(nèi)部又包含了一個名稱為Proxy的靜態(tài)內(nèi)部類，Proxy類同樣實現(xiàn)了IRemoteService接口

仔細看一下Stub類和Proxy兩個中包含的方法，是不是覺得很熟悉？是的，這里和前面介紹的服務實現(xiàn)是一樣的模式。這里我們列一下各層類的對應關系：

C++Java層AIDL

BpXXX	XXXProxy	IXXX.Stub.Proxy
BnXXX	XXXNative	IXXX.Stub

為了整個結(jié)構(gòu)的完整性，最后我們還是來看一下生成的Stub和Proxy類中的實現(xiàn)邏輯。

Stub是提供給開發(fā)者實現(xiàn)業(yè)務的父類，而Proxy的實現(xiàn)了對外提供的接口。Stub和Proxy兩個類都有一個asBinder的方法。

Stub類中的asBinder實現(xiàn)就是返回自身對象：

@Override public android.os.IBinder asBinder() {return this; }

而Proxy中asBinder的實現(xiàn)是返回構(gòu)造函數(shù)中獲取的mRemote對象，相關代碼如下：

private android.os.IBinder mRemote;Proxy(android.os.IBinder remote) {mRemote = remote; }@Override public android.os.IBinder asBinder() {return mRemote; }

而這里的mRemote對象其實就是遠程服務在當前進程的標識。

上文我們說了，Stub類是用來提供給開發(fā)者實現(xiàn)業(yè)務邏輯的父類，開發(fā)者者繼承自Stub然后完成自己的業(yè)務邏輯實現(xiàn)，例如這樣：

private final IRemoteService.Stub mBinder = new IRemoteService.Stub() {public int getPid(){return Process.myPid();}public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean,float aFloat, double aDouble, String aString) {// Does something} };

而這個Proxy類，就是用來給調(diào)用者使用的對外接口。我們可以看一下Proxy中的接口到底是如何實現(xiàn)的：

Proxy中getPid方法實現(xiàn)如下所示：

@Override public int getPid() 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);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPid, _data, _reply, 0);_reply.readException();_result = _reply.readInt();} finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result; }

這里就是通過Parcel對象以及transact調(diào)用對應遠程服務的接口。而在Stub類中，生成的onTransact方法對應的處理了這里的請求：

@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_getPid: {data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _result = this.getPid();reply.writeNoException();reply.writeInt(_result);return true;}case TRANSACTION_basicTypes: {data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _arg0;_arg0 = data.readInt();long _arg1;_arg1 = data.readLong();boolean _arg2;_arg2 = (0 != data.readInt());float _arg3;_arg3 = data.readFloat();double _arg4;_arg4 = data.readDouble();java.lang.String _arg5;_arg5 = data.readString();this.basicTypes(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4, _arg5);reply.writeNoException();return true;}}return super.onTransact(code, data, reply, flags); }

onTransact所要做的就是：

根據(jù)code區(qū)分請求的是哪個接口

通過data來獲取請求的參數(shù)

調(diào)用由子類實現(xiàn)的抽象方法

有了前文的講解，對于這部分內(nèi)容應當不難理解了。

到這里，我們終于講解完Binder了。

恭喜你，已經(jīng)掌握了Android系統(tǒng)最復雜的模塊，的其中之一了：）

– 以上 –

參考資料和推薦讀物

Android Binder
Android Interface Definition Language
Android Bander設計與實現(xiàn) - 設計篇
Binder系列—開篇
徹底理解Android Binder通信架構(gòu)
binder驅(qū)動——-之內(nèi)存映射篇
Android Binder機制(一) Binder的設計和框架

Android Binder 分析——內(nèi)存管理

原文：?http://qiangbo.space/2017-03-15/AndroidAnatomy_Binder_Java/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的理解Android Binder机制(3/3)：Java层的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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