Android AIDL淺析及非同步使用

来源:https://www.cnblogs.com/cspecialy/archive/2018/05/20/9062384.html
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AIDL:Android Interface Definition Language,即 Android 介面定義語言。 AIDL 是什麼 Android 系統中的進程之間不能共用記憶體，因此，需要提供一些機制在不同進程之間進行數據通信。 為了使其他的應用程式也可以訪問本應用程式提供的服務，Andro ...


AIDL:Android Interface Definition Language,即 Android 介面定義語言。

AIDL 是什麼

Android 系統中的進程之間不能共用記憶體，因此，需要提供一些機制在不同進程之間進行數據通信。

為了使其他的應用程式也可以訪問本應用程式提供的服務，Android 系統採用了遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）方式來實現。與很多其他的基於 RPC 的解決方案一樣，Android 使用一種介面定義語言（Interface Definition Language，IDL）來公開服務的介面。我們知道 Android 四大組件中的 3 種（Activity、BroadcastReceiver和ContentProvider）都可以進行跨進程訪問，另外一種 Android 組件 Service 同樣可以。因此，可以將這種可以跨進程訪問的服務稱為 AIDL（Android Interface Definition Language）服務。

在介紹 AIDL 的使用以及其它特性前，我們先來瞭解下 AIDL 的核心——Binder。

Android 的 Binder 機制淺析

看過一些關於 Binder 的文章，總得來說 Binder 機制的底層實現很複雜，相當複雜，要完全搞清楚，得花大量的時間。從某種角度來說，個人覺得，對於 Binder，我們只需要瞭解其上層原理以及使用方法即可。

直觀來看，從代碼的角度來說，Binder 是 Android 系統源碼中的一個類，它實現了 IBinder 介面；從 IPC 角度來說，Binder 是 Android 中的一種跨進程通信方式；從 Android Framework 角度來講，Binder 是 ServiceManager 連接各種 Manager（ActivityManager、WindowManager 等等）和相應 ManagerService 的橋梁；從 Android 應用層來說，Binder 是客戶端和服務端進行通信的媒介，當 bindService 的時候，服務端會返回一個包含了服務端業務調用的 Binder 對象，通過這個 Binder 對象，客戶端就可以和服務端進行通信，這裡的服務包括普通服務和基於 AIDL 的服務。

接下來，我們通過一個 AIDL 示例，來分析 Binder 的工作機制。在工程目錄中新建一個名為 aidl 的 package，然後新建 Book.Java、Book.aidl（創建此文件時，as 會提示已存在，需要先用其它命令，創建成功後再重命名為 Book.aidl ）和 IBookManager.aidl，代碼如下：

// Book.java
package com.cy.ipcsample.aidl;

import android.os.Parcel;
import android.os.Parcelable;

/**
 * 數據類
 * @author cspecialy
 * @version v1.0.0
 * @date 2018/5/14 21:38
 */
public class Book implements Parcelable {

    public int bookId;
    public String bookName;

    public Book(int bookId, String bookName) {
        this.bookId = bookId;
        this.bookName = bookName;
    }

    protected Book(Parcel in) {
        bookId = in.readInt();
        bookName = in.readString();
    }

    public static final Creator<Book> CREATOR = new Creator<Book>() {
        @Override
        public Book createFromParcel(Parcel in) {
            return new Book(in);
        }

        @Override
        public Book[] newArray(int size) {
            return new Book[size];
        }
    };

    @Override
    public int describeContents() {
        return 0;
    }

    @Override
    public void writeToParcel(Parcel parcel, int i) {
        parcel.writeInt(bookId);
        parcel.writeString(bookName);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Book{" +
                "bookId=" + bookId +
                ", bookName='" + bookName + '\'' +
                '}';
    }
}
1 // Book.aidl
2 package com.cy.ipcsample.aidl;
3 
4 parcelable Book;/
 1 // IBookManager.aidl
 2 package com.cy.ipcsample.aidl;
 3 
 4 import com.cy.ipcsample.aidl.Book;
 5 import com.cy.ipcsample.aidl.IOnNewBookArrivedListener;
 6 
 7 interface IBookManager {
 8     List<Book> getBookList();
 9     void addBook(in Book book);
10     void registerListener(IOnNewBookArrivedListener listener);
11     void unRegisterListener(IOnNewBookArrivedListener listener);
12 }
創建好三個文件之後，編譯一下，as 會在app/build/generated/source/aidl/debug 目錄下的 com.cy.ipcsample 包中生成一個名為 IBookManager.Java 的類，如下圖所示：

 

這是系統生成的 Binder 類，接下來我們要利用這個類來分析 Binder 的工作原理。其代碼如下：（生成的代碼格式很亂，可以格式化代碼之後看）

  1 /*
  2  * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
  3  * Original file: G:\\Android\\Github\\Bugly-Android-Demo\\sample\\ipcsample\\src\\main\\aidl\\com\\cy\\ipcsample
  4  * \\aidl\\IBookManager.aidl
  5  */
  6 package com.cy.ipcsample.aidl;
  7 
  8 public interface IBookManager extends android.os.IInterface {
  9     public java.util.List<com.cy.ipcsample.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;
 10 
 11     public void addBook(com.cy.ipcsample.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;
 12 
 13     /** Local-side IPC implementation stub class. */
 14     public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager {
 15         static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
 16         static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
 17         private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager";
 18 
 19         /** Construct the stub at attach it to the interface. */
 20         public Stub() {
 21             this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
 22         }
 23 
 24         /**
 25          * Cast an IBinder object into an com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager interface,
 26          * generating a proxy if needed.
 27          */
 28         public static com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
 29             if ((obj == null)) {
 30                 return null;
 31             }
 32             android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
 33             if (((iin != null) && (iin instanceof com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager))) {
 34                 return ((com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager) iin);
 35             }
 36             return new com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
 37         }
 38 
 39         @Override
 40         public android.os.IBinder asBinder() {
 41             return this;
 42         }
 43 
 44         @Override
 45         public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws 
 46                 android.os.RemoteException {
 47             switch (code) {
 48                 case INTERFACE_TRANSACTION: {
 49                     reply.writeString(DESCRIPTOR);
 50                     return true;
 51                 }
 52                 case TRANSACTION_getBookList: {
 53                     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
 54                     java.util.List<com.cy.ipcsample.aidl.Book> _result = this.getBookList();
 55                     reply.writeNoException();
 56                     reply.writeTypedList(_result);
 57                     return true;
 58                 }
 59                 case TRANSACTION_addBook: {
 60                     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
 61                     com.cy.ipcsample.aidl.Book _arg0;
 62                     if ((0 != data.readInt())) {
 63                         _arg0 = com.cy.ipcsample.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
 64                     } else {
 65                         _arg0 = null;
 66                     }
 67                     this.addBook(_arg0);
 68                     reply.writeNoException();
 69                     return true;
 70                 }
 71             }
 72             return super.onTransact(code, data, reply, flags);
 73         }
 74 
 75         private static class Proxy implements com.cy.ipcsample.aidl.IBookManager {
 76             private android.os.IBinder mRemote;
 77 
 78             Proxy(android.os.IBinder remote) {
 79                 mRemote = remote;
 80             }
 81 
 82             public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
 83                 return DESCRIPTOR;
 84             }            @Override
 85             public android.os.IBinder asBinder() {
 86                 return mRemote;
 87             }
 88 
 89             @Override
 90             public java.util.List<com.cy.ipcsample.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException {
 91                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
 92                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
 93                 java.util.List<com.cy.ipcsample.aidl.Book> _result;
 94                 try {
 95                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
 96                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
 97                     _reply.readException();
 98                     _result = _reply.createTypedArrayList(com.cy.ipcsample.aidl.Book.CREATOR);
 99                 } finally {
100                     _reply.recycle();
101                     _data.recycle();
102                 }
103                 return _result;
104             }
105 
106             @Override
107             public void addBook(com.cy.ipcsample.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException {
108                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
109                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
110                 try {
111                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
112                     if ((book != null)) {
113                         _data.writeInt(1);
114                         book.writeToParcel(_data, 0);
115                     } else {
116                         _data.writeInt(0);
117                     }
118                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
119                     _reply.readException();
120                 } finally {
121                     _reply.recycle();
122                     _data.recycle();
123                 }
124             }
125 
126 
127         }
128     }
129 }

可見，系統為我們生成了一個 IBookManager 介面，它繼承了 IInterface 這個介面，所以這裡要註意下，所有可以在 Binder 中傳輸的介面，都需要繼承 IInterface 介面。

接下來分析下，該類的工作機制。仔細看，可以發現，該類主要分成三個部分：

  • 定義自身方法（ getBookList 方法和 addBook 方法）；
  • 內部靜態類-Stub，該類繼承 Binder，同時實現 IBookManager 介面
  • Stub的內部代理類-Proxy，也實現 IBookManager 介面

第一部分我們不用管它，主要看 Stub 類和 Proxy 類。在 Stub 中，首先聲明瞭兩個用於標識 IBookManager 方法的整型變數，這兩個變數用於標識在 transact 過程中客戶端所請求的是哪個方法。接著，是 asInterface 方法，該方法用於將服務端的 Binder 對象轉換成客戶端所需的 AIDL 介面類型的對象，該方法通過調用 Binder 的 queryLocalInterface 方法，判斷客戶端和服務端是否處於同一進程，如果客戶端、服務端處於同一進程，那麼此方法直接返回服務端的 Stub，否則，返回 Stub 的代理對象 Proxy。queryLocalInterface 實現如下：

/**
 * Use information supplied to attachInterface() to return the
 * associated IInterface if it matches the requested
 * descriptor.
 */
public @Nullable IInterface queryLocalInterface(@NonNull String descriptor) {
    if (mDescriptor.equals(descriptor)) {
        return mOwner;
    }
    return null;
}

mOwner 是在 Stub 構造函數中傳進去的 this 參數。

接下來是 Stub 的代理類 Stub.Proxy，由上面的分析可知，Stub.Proxy 是運行在客戶端的（由 asInterface 方法返回給客戶端的對象），Stub.Proxy對象創建後，持有服務端的 Binder 對象，用於客戶端請求時調用服務端方法進行遠程調用。客戶端在向服務端發起請求時，調用 Stub.Proxy 的相應方法，Stub.Proxy 方法的流程如下：

  • 首先創建該方法所需要的輸入型 Parcel 對象 _data、輸出型對象 _reply 和返回值對象（如果有）；
  • 然後把該方法的參數信息寫入 _data 中（如果有）；
  • 接著調用 transact 方法進行 RPC（遠程過程調用）請求，同時當前線程掛起；
  • 然後在 transact 方法通過服務端的 Binder 對象調用服務端的 onTransact 方法，即 Stub 中的 onTransact 方法；
  • onTransact 方法返回後，當前線程繼續執行，並從 _reply 中取出 RPC 過程返回的結果；
  • 最後返回 _reply 中的數據（如果客戶端請求方法需要返回值）。

以上，就是系統生成的 IBookManager 的工作過程，需要註意下，服務端的 onTransact 方法是運行在 Binder 線程池中的。由於 IBookManager.Stub 類繼承 Binder，所以上述分析即 Binder 的工作機制，簡單總結下：

  • 在客戶端和服務端連接時（一般通過 bindService 方法），服務端通過 asInterface 方法給客戶端返回一個 IInterface 介面類型的對象（如果客戶端和服務端在同一個進程，則返回服務端的 Binder 對象，否則返回 服務端 Binder 對象的代理）；
  • 客戶端通過該對象向服務端進行請求，如果客戶端和服務端不在同一個進程，則通過該對象所代理的 Binder 對象進行 RPC 請求，否則，直接通過 Binder 對象調用服務端相應方法。

或者參考下圖理解下：

 

由此可見，Binder 在 AIDL 中承載著重要的職能，是 AIDL 的核心，理解了 Binder 的工作機制，其實在很多方面都很有用。

AIDL 的使用

一套 AIDL 服務搭建的步驟如下：

  • 創建 .aidl 文件，系統生成相應的繼承 IInterface 的介面類（暴露給客戶端的介面）。
  • 創建一個 Service（服務端），實現 .aidl 文件中的介面。
  • 創建客戶端，綁定服務端的 Service。
  • 客戶端綁定服務端成功後，將服務端返回的 Binder 對象轉成 AIDL 介面所屬的 IInterface 類型。調用 AIDL 中的方法，實現和服務端的通信。

接下來，我們使用上面的 IBookManager 來實現 AIDL。

  1. 創建 .aidl 文件
    直接使用上面創建好的 Book.aidl、IBookManager.aidl 文件即可

  2. 創建服務端
    創建一個 Service，命名為 BookManagerService，代碼如下：

     1 package com.cy.ipcsample.aidl
 2 
 3 import android.app.Service
 4 import android.content.Intent
 5 import android.os.IBinder
 6 import android.os.RemoteCallbackList
 7 import android.util.Log
 8 import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList
 9 
10 class BookManagerService : Service() {
11     private val TAG = "BookManagerService"
12 
13     private val mBookList = CopyOnWriteArrayList<Book>()
14     private val mListenerList = RemoteCallbackList<IOnNewBookArrivedListener>()
15 
16     /**
17      * 實現 AIDL 介面的 Binder 對象，客戶端綁定服務端時，直接返回此 Binder 對象
18      */
19     private val mBinder = object : IBookManager.Stub() {
20 
21         override fun getBookList(): MutableList<Book> {
22             return mBookList
23         }
24 
25         override fun addBook(book: Book?) {
26             mBookList.add(book)
27         }
28 
29     }
30 
31     override fun onBind(intent: Intent): IBinder {
32         return mBinder
33     }
34 
35     override fun onCreate() {
36         super.onCreate()
37 
38         // 創建兩本圖書
39         mBookList.add(Book(1, "Android"))
40         mBookList.add(Book(2, "iOS"))
41     }
42 }

    然後在 AndroidManifest 中註冊 Service，註意啟動多進程：

    <service
    android:name=".aidl.BookManagerService"
    android:process="com.cy.ipcsample.bookManagerService">
</service>

  3. 客戶端綁定服務端的 Service
    客戶端的創建，直接使用 Activity 即可，綁定遠程服務的代碼如下：

    private val mConnection = object : ServiceConnection {

    override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
    }

    /**
     * 連接遠程服務成功的回調
     */
    override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
    }

}

// 綁定遠程服務
bindService(Intent(this, BookManagerService::class.java),
        mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)

  4. 與服務端通信
    與伺服器綁定成功後，首先在 ServiceConnection 的回調中，將服務端返回的 Binder 對象轉換成 AIDL 介面所屬的對象，就可以調用相應方法和服務端通信了，代碼如下：

    // 將服務端返回的 Binder 對象轉換成 IBookManager 對象
val bookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service)

// 與服務端通信
try {
    // 獲取圖書列表
    val list = bookManager.bookList
    Log.i(TAG, "query book list, list type: ${list.javaClass.canonicalName}")
    Log.i(TAG, "query book list: $list")

    // 添加一本圖書
    val book = Book(3, "Android開發藝術探索")
    bookManager.addBook(book)
    Log.i(TAG, "add book: $book")

    // 獲取圖書列表
    val newList = bookManager.bookList
    Log.i(TAG, "query book list: $newList")
} catch (e: RemoteException) {
    e.printStackTrace()
}

    代碼中，我們先查詢了服務端的圖書列表，接著向服務端添加一本書Android藝術開發探索，然後再次查詢看是否添加成功。運行下看 log，如下圖所示：

    可見，運行結果和預期結果一致。完整的客戶端代碼如下： 
     1 package com.cy.ipcsample.aidl
 2 
 3 import android.content.ComponentName
 4 import android.content.Context
 5 import android.content.Intent
 6 import android.content.ServiceConnection
 7 import android.os.Bundle
 8 import android.os.IBinder
 9 import android.os.RemoteException
10 import android.support.v7.app.AppCompatActivity
11 import android.util.Log
12 import com.cy.ipcsample.R
13 
14 class BookManagerActivity : AppCompatActivity() {
15 
16     private val TAG = "BookManagerActivity"
17 
18     private val mConnection = object : ServiceConnection {
19 
20         override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
21             Log.d(TAG, "binder died.")
22         }
23 
24         /**
25          * 連接遠程服務成功的回調
26          */
27         override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
28             // 將服務端返回的 Binder 對象轉換成 IBookManager 對象
29             val bookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service)
30 
31             // 與服務端通信
32             try {
33                 // 獲取圖書列表
34                 val list = bookManager.bookList
35                 Log.i(TAG, "query book list, list type: ${list.javaClass.canonicalName}")
36                 Log.i(TAG, "query book list: $list")
37 
38                 // 添加一本圖書
39                 val book = Book(3, "Android開發藝術探索")
40                 bookManager.addBook(book)
41                 Log.i(TAG, "add book: $book")
42 
43                 // 獲取圖書列表
44                 val newList = bookManager.bookList
45                 Log.i(TAG, "query book list: $newList")
46             } catch (e: RemoteException) {
47                 e.printStackTrace()
48             }
49         }
50 
51     }
52 
53     override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
54         super.onCreate(savedInstanceState)
55         setContentView(R.layout.activity_book_manager)
56 
57         // 綁定遠程服務
58         bindService(Intent(this, BookManagerService::class.java),
59                 mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)
60     }
61 
62     override fun onDestroy() {
63         unbindService(mConnection)
64         super.onDestroy()
65     }
66 }

到此，一個簡單的 AIDL 示例就完成了，當然，AIDL 的使用遠沒有那麼簡單，還有很多情景需要考慮的，比如：客戶端需要隨時服務端在狀態變化時同時客戶端，類似觀察這模式，那麼訂閱與反訂閱怎麼實現；Binder 意外死亡，怎麼重連等等，更多內容，可以參考《Android藝術開發探索》，電子書下載

AIDL 的非同步調用

AIDL 的調用過程是同步還是非同步的？

這個問題其實看這一節的標題大家都知道了，AIDL 的調用過程是同步的。同時，上面分析 Binder 的機制時，也提到了，客戶端進行遠程 RPC 請求時，線程會掛起，等待結果，由此也可知，AIDL 的調用過程是同步的，下麵來驗證下。

首先，在服務端的 BookManagerService 中實現的 Binder 對象的 getBookList 方法添加延時執行，如下圖所示：

 

然後，在客戶端的 BookManagerActivity 中添加一個按鈕，點擊按鈕時調用服務端 Binder 的 getBookList 做 RPC 請求。代碼如下：

 

運行後，連續點擊按鈕，結果如下圖所示：

由圖所知，連續點擊按鈕過後一段時間，出現了無響應錯誤（ ANR ），由此可知，客戶端向服務端做 RPC 請求時，是同步的，也就是說：AIDL 的調用過程是同步的。

 

AIDL 的調用過程是同步的，當我們需要服務端做耗時操作時，肯定是不能使用同步調用的，否則輕者影響用戶體驗，重者直接 ANR 或者應用崩潰。那麼如何使 AIDL 的調用過程是非同步的呢？

其實也很簡單，只需要把調用放到非 UI 線程即可，如果要對調用的返回做 UI 更新的話，再通過 Handler 處理即可。如下圖所示：

 

本文參考

  • 《Android開發藝術探索》 第二章

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