Android 八股文(二)

系统篇

类加载机制

Android中的类加载机制与Java的类加载机制类似,但由于Android特有的虚拟机(如Dalvik和ART)以及应用的打包方式(APK),其类加载过程有一些特定的特点和优化。以下是Android类加载机制的主要方面:

  1. 类加载的基本过程
    类加载过程分为三个主要阶段:

    • 加载(Loading):类加载器(ClassLoader)将字节码文件加载到内存中。
    • 连接(Linking):包括验证(Verification)、准备(Preparation)和解析(Resolution)等过程,确保类的正确性。
    • 初始化(Initialization):执行类的静态块和初始化静态变量。
      jvm_class_loading_process.png
  2. ClassLoader的层次结构
    Android中的类加载器继承自Java的类加载体系,主要有以下几种:

    • BootClassLoader:这是Android中的引导类加载器,用来加载系统核心类,如java.*android.*等基础库。
    • PathClassLoader:主要用于加载应用程序的类(即从/data/app/中的APK文件中加载类),它从设备文件系统中指定路径查找类。
    • DexClassLoader:用来加载.dex.apk文件中的类,尤其是在需要动态加载时使用,如在插件化框架中加载外部的.dex文件。
    • ApplicationClassLoader:这个是Android应用程序的类加载器,继承自PathClassLoader,负责加载应用自己的类和资源。
  3. Android类加载机制的双亲委派模式
    类加载采用的是双亲委派模型,即一个类加载器加载类时,首先会将请求委派给它的父类加载器:

    • 如果父类加载器能够加载该类,则直接返回该类。
    • 如果父类加载器不能加载,则由当前的类加载器加载。

    这样做的好处是防止重复加载类,并且保证系统类优先被加载,避免自定义类覆盖系统类。

  4. Dex文件与OAT文件
    Android的应用程序打包成APK后,类文件会编译成.dex(Dalvik Executable)格式,这是一种针对Android虚拟机优化过的字节码格式。

    在早期的Dalvik虚拟机中,APK中的.dex文件会被解释执行。而在Android 5.0之后,采用了ART(Android Runtime),APK在安装时会被提前编译(Ahead-Of-Time,AOT)为.oat文件(optimized Android executables),提升了运行时的性能。这意味着大部分类的加载是在安装时就已经完成了编译和优化,而不是在运行时解释执行。

  5. 多Dex和动态加载
    当APK文件过大时,可能会包含多个.dex文件,这时可以通过MultiDex机制来加载额外的类文件。Android在5.0以下版本中并不支持直接加载多个.dex,但通过MultiDex库,可以动态加载附加的.dex文件。

    动态加载的场景下,还可以使用DexClassLoader来加载外部的类,例如从网络下载的插件或热修复补丁。

  6. 热修复与插件化
    热修复(例如修复bug)和插件化技术常常会用到类加载器。通过DexClassLoader或修改PathClassLoader,可以动态地将补丁文件或插件加载到内存中,而无需重新启动应用。

  7. Android中的优化
    Android在类加载过程中,采用了多种优化策略以提高性能:

    • 内存优化:通过共享dex文件,多个应用可以共享已经加载的库,减少内存消耗。
    • 预编译:通过AOT编译,减少了运行时的类加载时间。
    • 缓存机制:加载的类会被缓存起来,避免重复加载。

类加载器

类加载流程中的“加载”阶段被放在了Java虚拟机外部实现,实现这个阶段的工具称为类加载器(Class Loader)

类与类加载器

类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在Java程序中起到的作用却远超类加载阶段。对于任意一个类,都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性。通俗的讲,就是两个类是否”相等“的一个大前提是这两个类是由同一类加载器加载而来,不同类加载器加载出的Class对象一定不是同一个对象。

这里所指的“相等”,包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括了使用instanceof关键字做对象所属关系判定等各种情况。

双亲委派模型

站在Java虚拟机的角度来看,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另外一种就是其他所有 的类加载器,这些类加载器都由Java语言实现,独立存在于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。

站在Java开发人员的角度来看,类加载器就应当划分得更细致一些。自JDK 1.2以来,Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构。这三层类加载器如下:

  • 启动类加载器(Bootstrap Class Loader):这个类加载器负责加载存放在\lib目录,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的,而且是Java虚拟机能够识别的(按照文件名识别,如rt .jar、tools.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机的内存中。

  • 扩展类加载器(Extension Class Loader):这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以Java代码的形式实现的。它负责加载\lib\ext目录中,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。

  • 应用程序类加载器(Application Class Loader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以有些场合中也称它为“系统类加载器”。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所有的类库,开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

这些类加载器之间的协作关系通常情况下如下图所示:

parents_delegate_model.png

这个模型被称为”双亲委派模型(Parents Delegation Model)“。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应有自己的父类加载器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承(Inheritance)的关系来实现的,而是通常使用组合(Composition)关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去完成加载。

以类java.lang.Object为例,它存放在rt .jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都能够保证是同一个类。

双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作极为重要,但它的实现却异常简单,用以实现双亲委派的代码只有短短十余行,全部集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中,如下所示。

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protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先,检查请求的类是否已经被加载过了
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
// 委派父类加载器加载
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 如果父类加载器为空
// 使用启动类加载器加载
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
// 说明父类加载器无法完成加载请求
}

if (c == null) {
// 在父类加载器无法加载时
// 再调用本身的findClass方法来进行类加载
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);

// 统计
PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}

Android中的类加载器

Android 和传统的 JVM 是一样的,也需要通过 ClassLoader 将目标类加载到内存,类加载器之间也符合双亲委派模型。但是在 Android 中,ClassLoader 的加载细节有略微的差别。

在 Android 虚拟机里是无法直接运行 .class 文件的,Android 会将所有的 .class 文件转换成一个 .dex 文件,并且 Android 将加载 .dex 文件的实现封装在 BaseDexClassLoader 中,而我们一般只使用它的两个子类:PathClassLoader 和 DexClassLoader。

PathClassLoader

PathClassLoader 的源码中只有两个构造函数,如下:

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/**
* @param dexPath 包含.dex文件的jar/apk文件路径
*/
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
/**
* @param dexPath 包含.dex文件的jar/apk文件路径
* @param librarySearchPath C/C++ native库的路径
*/
public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}

PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader,BaseDexClassLoader中dexPath受到限制,一般只能是已经安装应用的apk路径。不过PathClassLoader情况比较特殊:

  • 在Android 4.4以下版本时,PathClassLoader只能加载已安装到系统中的apk/dex文件。
  • Android 5.0~Android 8.0,PathClassLoader没有限制必须已安装的apk,并且PathClassLoader中optimizedDirectory固定为null,所以无法进行dex2oat操作,最后会直接加载原始dex,达到了禁用dex2oat以实现加载加速的效果。
  • Android 8.1或更高,此时DexClassLoader中optimizedDirectory同样固定传递null,oat输出目录在dex目录/oat/下,此时DexClassLoader与PathClassLoader相同。

当一个 App 被安装到手机后,apk 里面的 class.dex 中的 class 均是通过 PathClassLoader 来加载的,可以通过如下代码验证:

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class MainActivity : AppCompatActivity() {

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
setContentView(R.layout.activity_main)
val loader = MainActivity::class.java.classLoader
println(loader.toString())
}
}

打印结果如下:

print_path_class_loader.png

DexClassLoader

对比 PathClassLoader 在Android 4.4以下只能加载已经安装应用的 dex 或 apk 文件,DexClassLoader 则没有此限制,可以从 SD 卡上加载包含 class.dex 的 .jar 和 .apk 文件,这也是插件化和热修复的基础,在不需要安装应用的情况下,完成需要使用的 dex 的加载。

DexClassLoader 的源码里面只有一个构造方法,代码如下:

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/**
* @param dexPath 包含 class.dex 的 apk、jar 文件路径 ,多个路径用文件分隔符(默认是“:”)分隔
* @param optimizedDirectory 用来缓存优化的 dex 文件的路径,即从 apk 或 jar 文件中提取出来的 dex 文件。该路径不可以为空,且应该是应用私有的,有读写权限的路径。
*/
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}

接下来我们尝试使用DexClassLoader来自定义一个类加载器实现热修复。

类加载器实践案例

自定义类加载器

我们尝试使用自己的类加载器来加载本地磁盘上的类文件。

首先创建一个测试类,并将其复制到磁盘的某一处,这里我创建了一个Test类,编译后将其复制到”~/Downloads”目录下。

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class Test {
fun testPrint() {
println("This class is load from custom class loader.")
}
}

接下来,创建一个DiskClassLoader继承自ClassLoader,重写其findClass方法,如下所示。

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/**
* 加载本地磁盘中的class文件
*/
class DiskClassLoader(private val filePath: String) : ClassLoader() {

override fun findClass(name: String?): Class<*> {
val newPath = "$filePath$name.class"
var classBytes: ByteArray? = null
val path: Path
try {
path = Paths.get(URI(newPath))
classBytes = Files.readAllBytes(path)
} catch (e: URISyntaxException) {
e.printStackTrace()
} catch (e: IOException) {
e.printStackTrace()
}
// 创建Class对象
return defineClass(name, classBytes, 0, classBytes?.size ?: 0)
}
}

接下来尝试使用这个类加载器:

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val loader = DiskClassLoader("file:///User/sukaidev/Downloads/")
try {
val c = loader.loadClass("Test")
if (c != null) {
// 反射创建对象
val obj = c.newInstance()
// 反射调用testPrint()方法
c.getDeclaredMethod("testPrint").invoke(obj)
}
} catch (e: Exception) {
e.printStackTrace()
}

类加载器成功加载了路径为”User/sukaidev/Downloads/Test.class”的文件。

热修复实践

创建项目

先来创建一个创建 Android 项目,名字随意,项目结构如下:

project_hot_fix_demo.png

ISay.java 是一个接口,内部只定义了一个方法 saySomething。

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package com.sukaidev.dexclassloaderhotfix

interface ISay {
fun saySomething(): String
}

SayException.java 实现了 ISay 接口,但是在 saySomething 方法中,打印“Oops! Something went wrong.”来模拟一个线上的 bug。

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package com.sukaidev.dexclassloaderhotfix

class SayException : ISay {
override fun saySomething(): String {
return "Oops! Something went wrong."
}
}

最后在 MainActivity.kt 中,当点击 Button 的时候,将 saySomething 返回的内容通过 Toast 显示在屏幕上。

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package com.sukaidev.dexclassloaderhotfix

class MainActivity : AppCompatActivity() {
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
setContentView(R.layout.activity_main)
val say: ISay = SayException()
findViewById<AppCompatButton>(R.id.btn).setOnClickListener {
Toast.makeText(this, say.saySomething(), Toast.LENGTH_SHORT).show()
}
}
}

点击按钮模拟线上报错,效果如下。

online_bug.png

接下来尝试对其进行热修复。

创建热修复补丁

新建一个Java module用于制作热修复补丁,新建ISay和SayHotFix两个类,注意包名必须保持与上面一致。

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package com.sukaidev.dexclassloaderhotfix

interface ISay {
fun saySomething(): String
}

SayHotFix 实现 ISay 接口,并在 saySomething 中返回了新的结果,用来模拟 bug 修复后的结果。

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package com.sukaidev.dexclassloaderhotfix

class SayHotFix : ISay {
override fun saySomething(): String {
return "Everything is OK."
}
}

接下来只需要build一下项目,就会在模块的build/libs目录下生成jar包。

image-20210330225038974.png

这个hotfix.jar就是我们需要的补丁包了,但是光有jar包是不行的,DexClassLoader只能加载.dex类型的包,因此接下来通过dx工具将生成的hotfix.jar优化为dex文件。

dx工具可以在Android Sdk目录下的build-tools目录中找到各版本的dx程序,例如我的电脑可以在版本号为30.0.3的build-tools中找到:

image-20210330225744386.png

使用命令优化jar包:

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dx –dex –output=hotfix_dex.jar hotfix.jar

这样我们就拿到了最终需要的补丁包hotfix_dex.jar。

加载补丁包

正常来讲我们的补丁包是通过后端下发,然后客户端使用DexClassLoader来加载的,这里为了方便模拟,直接通过adb命令push到sdk卡中:

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adb push hotfix_dex.jar /storage/emulated/0/

接着修改 MainActivity 中的逻辑,使用DexClassLoader加载HotFix patch中的 SayHotFix类,如下:

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class MainActivity : AppCompatActivity() {

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
setContentView(R.layout.activity_main)
var say: ISay
findViewById<AppCompatButton>(R.id.btn).setOnClickListener {
val jarFile =
File(Environment.getExternalStorageDirectory().path + File.separator + "hotfix_dex.jar")

if (!jarFile.exists()) {
say = SayException()
Toast.makeText(this, say.saySomething(), Toast.LENGTH_SHORT).show()
return@setOnClickListener
}

val dexClassLoader =
DexClassLoader(jarFile.absolutePath, filesDir.absolutePath, null, classLoader)
try {
val clazz = dexClassLoader.loadClass("com.sukaidev.dexclassloaderhotfix.SayHotFix")
val iSay: ISay = clazz.newInstance() as ISay
Toast.makeText(this, iSay.saySomething(), Toast.LENGTH_SHORT).show()
} catch (e: Exception) {
e.printStackTrace()
}
}
}
}

注意这里需求读取SD卡上的补丁包,API 23以上需要动态申请权限。运行后效果如下:

image-20210331094356020.png

Binder机制

1.Binder到底是什么?

中文即 粘合剂,意思为粘合了两个不同的进程

网上有很多对Binder的定义,但都说不清楚:Binder是跨进程通信方式、它实现了IBinder接口,是连接 ServiceManager的桥梁blabla,估计大家都看晕了,没法很好的理解

我认为:对于Binder的定义,在不同场景下其定义不同

37c7d2219c50996ed0e36549a7a060cc.png

2. 知识储备

在讲解Binder前,我们先了解一些Linux的基础知识

  1. 进程空间划分
  • 一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间(Kernel),即把进程内 用户 & 内核 隔离开来
  • 二者区别:
    进程间,用户空间的数据不可共享,所以用户空间 = 不可共享空间
    进程间,内核空间的数据可共享,所以内核空间 = 可共享空间

所有进程共用1个内核空间

  • 进程内 用户空间 & 内核空间 进行交互 需通过 系统调用,主要通过函数:

copy_from_user():将用户空间的数据拷贝到内核空间
copy_to_user():将内核空间的数据拷贝到用户空间

ef6abb82b2e17c8a223567dfe8003ad3.png

  1. 进程隔离 & 跨进程通信( IPC )
  • 进程隔离
    为了保证 安全性 & 独立性,一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程,即Android的进程是相互独立、隔离的

  • 跨进程通信( IPC )
    即进程间需进行数据交互、通信

  • 跨进程通信的基本原理

ec351b79ee491b29a115e83374560973.png

a. 而Binder的作用则是:连接 两个进程,实现了mmap()系统调用,主要负责 创建数据接收的缓存空间 & 管理数据接收缓存
b. 注:传统的跨进程通信需拷贝数据2次,但Binder机制只需1次,主要是使用到了内存映射,具体下面会详细说明

3. Binder 跨进程通信机制 模型

  1. 模型原理图

Binder 跨进程通信机制 模型 基于 Client - Server 模式

c7117c7e3cce1d7d805932c8cdc4d993.png

  1. 模型组成角色说明

da9a41693c01df7b2c4e1ae08bbd44f3.png

此处重点讲解 Binder驱动的作用 & 原理:

  • 简介

a496655ecb5b278be61c0b58afa53cbb.png

  • 跨进程通信的核心原理

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  1. 模型原理步骤说明

5d74ae0c7b8f5d9fb43da855adaf33ac.png

  1. 额外说明

说明1:Client进程、Server进程 & Service Manager 进程之间的交互 都必须通过Binder驱动(使用 open 和 ioctl文件操作函数),而非直接交互
原因:

Client进程、Server进程 & Service Manager进程属于进程空间的用户空间,不可进行进程间交互
Binder驱动 属于 进程空间的 内核空间,可进行进程间 & 进程内交互
所以,原理图可表示为以下:

虚线表示并非直接交互

f774c64b0fb4613e561af63db9456e5f.png

说明2: Binder驱动 & Service Manager进程 属于 Android基础架构(即系统已经实现好了);而Client 进程 和 Server 进程 属于Android应用层(需要开发者自己实现)
所以,在进行跨进程通信时,开发者只需自定义Client & Server 进程 并 显式使用上述3个步骤,最终借助 Android的基本架构功能就可完成进程间通信

ffabd849e56cf304b42ee14e6b9de0f8.png

说明3:Binder请求的线程管理

  • Server进程会创建很多线程来处理Binder请求

  • Binder模型的线程管理 采用Binder驱动的线程池,并由Binder驱动自身进行管理
    而不是由Server进程来管理的

  • 一个进程的Binder线程数默认最大是16,超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。
    所以,在进程间通信时处理并发问题时,如使用ContentProvider时,它的CRUD(创建、检索、更新和删除)方法只能同时有16个线程同时工作

  • 至此,我相信大家对Binder 跨进程通信机制 模型 已经有了一个非常清晰的定性认识

  • 下面,我将通过一个实例,分析Binder跨进程通信机制 模型在 Android中的具体代码实现方式
    即分析 上述步骤在Android中具体是用代码如何实现的

4. Binder机制 在Android中的具体实现原理

  • Binder机制在 Android中的实现主要依靠 Binder类,其实现了IBinder 接口

实例说明:Client进程 需要调用 Server进程的加法函数(将整数a和b相加)

即:

  • Client进程 需要传两个整数给 Server进程

  • Server进程 需要把相加后的结果 返回给Client进程

  • 具体步骤
    下面,我会根据Binder 跨进程通信机制 模型的步骤进行分析

步骤1:注册服务

  • 过程描述
    Server进程 通过Binder驱动 向 Service Manager进程 注册服务
  • 代码实现
    Server进程 创建 一个 Binder 对象

Binder 实体是 Server进程 在 Binder 驱动中的存在形式
该对象保存 Server 和 ServiceManager 的信息(保存在内核空间中)
Binder 驱动通过 内核空间的Binder 实体 找到用户空间的Server对象

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Binder binder = new Stub();
// 步骤1:创建Binder对象 ->>分析1

// 步骤2:创建 IInterface 接口类 的匿名类
// 创建前,需要预先定义 继承了IInterface 接口的接口 -->分析3
IInterface plus = new IPlus(){

// 确定Client进程需要调用的方法
public int add(int a,int b) {
return a+b;
}

// 实现IInterface接口中唯一的方法
public IBinder asBinder(){
return null ;
}
};
// 步骤3
binder.attachInterface(plus,"add two int");
// 1. 将(add two int,plus)作为(key,value)对存入到Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中
// 2. 之后,Binder对象 可根据add two int通过queryLocalIInterface()获得对应IInterface对象(即plus)的引用,可依靠该引用完成对请求方法的调用
// 分析完毕,跳出


<-- 分析1:Stub类 -->
public class Stub extends Binder {
// 继承自Binder类 ->>分析2

// 复写onTransact()
@Override
boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
// 具体逻辑等到步骤3再具体讲解,此处先跳过
switch (code) {
case Stub.add: {

data.enforceInterface("add two int");

int arg0 = data.readInt();
int arg1 = data.readInt();

int result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0, arg1);

reply.writeInt(result);

return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);

}
// 回到上面的步骤1,继续看步骤2

<-- 分析2:Binder 类 -->
public class Binder implement IBinder{
// Binder机制在Android中的实现主要依靠的是Binder类,其实现了IBinder接口
// IBinder接口:定义了远程操作对象的基本接口,代表了一种跨进程传输的能力
// 系统会为每个实现了IBinder接口的对象提供跨进程传输能力
// 即Binder类对象具备了跨进程传输的能力

void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)
// 作用:
// 1. 将(descriptor,plus)作为(key,value)对存入到Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中
// 2. 之后,Binder对象 可根据descriptor通过queryLocalIInterface()获得对应IInterface对象(即plus)的引用,可依靠该引用完成对请求方法的调用

IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor)
// 作用:根据 参数 descriptor 查找相应的IInterface对象(即plus引用)

boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
// 定义:继承自IBinder接口的
// 作用:执行Client进程所请求的目标方法(子类需要复写)
// 参数说明:
// code:Client进程请求方法标识符。即Server进程根据该标识确定所请求的目标方法
// data:目标方法的参数。(Client进程传进来的,此处就是整数a和b)
// reply:目标方法执行后的结果(返回给Client进程)
// 注:运行在Server进程的Binder线程池中;当Client进程发起远程请求时,远程请求会要求系统底层执行回调该方法

final class BinderProxy implements IBinder {
// 即Server进程创建的Binder对象的代理对象类
// 该类属于Binder的内部类
}
// 回到分析1原处
}

<-- 分析3:IInterface接口实现类 -->

public interface IPlus extends IInterface {
// 继承自IInterface接口->>分析4
// 定义需要实现的接口方法,即Client进程需要调用的方法
public int add(int a,int b);
// 返回步骤2
}

<-- 分析4:IInterface接口类 -->
// 进程间通信定义的通用接口
// 通过定义接口,然后再服务端实现接口、客户端调用接口,就可实现跨进程通信。
public interface IInterface
{
// 只有一个方法:返回当前接口关联的 Binder 对象。
public IBinder asBinder();
}
// 回到分析3原处

注册服务后,Binder驱动持有 Server进程创建的Binder实体

步骤2:获取服务

  • Client进程 使用 某个 service前(此处是 相加函数),须 通过Binder驱动 向 ServiceManager进程 获取相应的Service信息
  • 具体代码实现过程如下:

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此时,Client进程与 Server进程已经建立了连接

步骤3:使用服务

Client进程 根据获取到的 Service信息(Binder代理对象),通过Binder驱动 建立与 该Service所在Server进程通信的链路,并开始使用服务

过程描述

  • Client进程 将参数(整数a和b)发送到Server进程
  • Server进程 根据Client进程要求调用 目标方法(即加法函数)
  • Server进程 将目标方法的结果(即加法后的结果)返回给Client进程

代码实现过程

① Client进程 将参数(整数a和b)发送到Server进程

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// 1. Client进程 将需要传送的数据写入到Parcel对象中
// data = 数据 = 目标方法的参数(Client进程传进来的,此处就是整数a和b) + IInterface接口对象的标识符descriptor
android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
data.writeInt(a);
data.writeInt(b);

data.writeInterfaceToken("add two int");;
// 方法对象标识符让Server进程在Binder对象中根据"add two int"通过queryLocalIInterface()查找相应的IInterface对象(即Server创建的plus),Client进程需要调用的相加方法就在该对象中

android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
// reply:目标方法执行后的结果(此处是相加后的结果)

// 2. 通过 调用代理对象的transact() 将 上述数据发送到Binder驱动
binderproxy.transact(Stub.add, data, reply, 0)
// 参数说明:
// 1. Stub.add:目标方法的标识符(Client进程 和 Server进程 自身约定,可为任意)
// 2. data :上述的Parcel对象
// 3. reply:返回结果
// 0:可不管

// 注:在发送数据后,Client进程的该线程会暂时被挂起
// 所以,若Server进程执行的耗时操作,请不要使用主线程,以防止ANR


// 3. Binder驱动根据 代理对象 找到对应的真身Binder对象所在的Server 进程(系统自动执行)
// 4. Binder驱动把 数据 发送到Server 进程中,并通知Server 进程执行解包(系统自动执行)

② Server进程根据Client进要求 调用 目标方法(即加法函数)

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// 1. 收到Binder驱动通知后,Server 进程通过回调Binder对象onTransact()进行数据解包 & 调用目标方法
public class Stub extends Binder {

// 复写onTransact()
@Override
boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
// code即在transact()中约定的目标方法的标识符

switch (code) {
case Stub.add: {
// a. 解包Parcel中的数据
data.enforceInterface("add two int");
// a1. 解析目标方法对象的标识符

int arg0 = data.readInt();
int arg1 = data.readInt();
// a2. 获得目标方法的参数

// b. 根据"add two int"通过queryLocalIInterface()获取相应的IInterface对象(即Server创建的plus)的引用,通过该对象引用调用方法
int result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0, arg1);

// c. 将计算结果写入到reply
reply.writeInt(result);

return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
// 2. 将结算结果返回 到Binder驱动

③ Server进程 将目标方法的结果(即加法后的结果)返回给Client进程

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  // 1. Binder驱动根据 代理对象 沿原路 将结果返回 并通知Client进程获取返回结果
// 2. 通过代理对象 接收结果(之前被挂起的线程被唤醒)

binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0);
reply.readException();;
result = reply.readInt();
}
}
  • 总结
    下面,我用一个原理图 & 流程图来总结步骤3的内容

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5. 优点

对比 Linux (Android基于Linux)上的其他进程通信方式(管道、消息队列、共享内存、信号量、Socket),Binder 机制的优点有:

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6. 总结

本文主要详细讲解 跨进程通信模型 Binder机制 ,总结如下:

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特别地,对于从模型结构组成的Binder驱动来说:

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系统服务