Android AIDL浅析及异步使用
AIDL:Android Interface Definition Language,即 Android 接口定义语言。
AIDL 是什么
Android 系统中的进程之间不能共享内存,因此,需要提供一些机制在不同进程之间进行数据通信。
为了使其他的应用程序也可以访问本应用程序提供的服务,Android 系统采用了远程过程调用(Remote Procedure Call,RPC)方式来实现。与很多其他的基于 RPC 的解决方案一样,Android 使用一种接口定义语言(Interface Definition Language,IDL)来公开服务的接口。我们知道 Android 四大组件中的 3 种(Activity、BroadcastReceiver和ContentProvider)都可以进行跨进程访问,另外一种 Android 组件 Service 同样可以。因此,可以将这种可以跨进程访问的服务称为 AIDL(Android Interface Definition Language)服务。
在介绍 AIDL 的使用以及其它特性前,我们先来了解下 AIDL 的核心——Binder。
Android 的 Binder 机制浅析
看过一些关于 Binder 的文章,总得来说 Binder 机制的底层实现很复杂,相当复杂,要完全搞清楚,得花大量的时间。从某种角度来说,个人觉得,对于 Binder,我们只需要了解其上层原理以及使用方法即可。
直观来看,从代码的角度来说,Binder 是 Android 系统源码中的一个类,它实现了 IBinder 接口;从 IPC 角度来说,Binder 是 Android 中的一种跨进程通信方式;从 Android Framework 角度来讲,Binder 是 ServiceManager 连接各种 Manager(ActivityManager、WindowManager 等等)和相应 ManagerService 的桥梁;从 Android 应用层来说,Binder 是客户端和服务端进行通信的媒介,当 bindService 的时候,服务端会返回一个包含了服务端业务调用的 Binder 对象,通过这个 Binder 对象,客户端就可以和服务端进行通信,这里的服务包括普通服务和基于 AIDL 的服务。
接下来,我们通过一个 AIDL 示例,来分析 Binder 的工作机制。在工程目录中新建一个名为 aidl 的 package,然后新建 Book.Java、Book.aidl(创建此文件时,as 会提示已存在,需要先用其它命令,创建成功后再重命名为 Book.aidl )和 IBookManager.aidl,代码如下:
// Book.java package com.cy.ipcsample.aidl; import android.os.Parcel; import android.os.Parcelable; /** * 数据类 * @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 }
创建好三个文件之后,编译一下,as 会在app/build/generated/source/aidl/debug 目录下的 com.cy.ipcsample 包中生成一个名为 IBookManager.Java 的类,如下图所示:
这是系统生成的 Binder 类,接下来我们要利用这个类来分析 Binder 的工作原理。其代码如下:(生成的代码格式很乱,可以格式化代码之后看)
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 }
可见,系统为我们生成了一个 IBookManager 接口,它继承了 IInterface 这个接口,所以这里要注意下,所有可以在 Binder 中传输的接口,都需要继承 IInterface 接口。
接下来分析下,该类的工作机制。仔细看,可以发现,该类主要分成三个部分:
- 定义自身方法( getBookList 方法和 addBook 方法);
- 内部静态类-Stub,该类继承 Binder,同时实现 IBookManager 接口
- Stub的内部代理类-Proxy,也实现 IBookManager 接口
第一部分我们不用管它,主要看 Stub 类和 Proxy 类。在 Stub 中,首先声明了两个用于标识 IBookManager 方法的整型变量,这两个变量用于标识在 transact 过程中客户端所请求的是哪个方法。接着,是 asInterface 方法,该方法用于将服务端的 Binder 对象转换成客户端所需的 AIDL 接口类型的对象,该方法通过调用 Binder 的 queryLocalInterface 方法,判断客户端和服务端是否处于同一进程,如果客户端、服务端处于同一进程,那么此方法直接返回服务端的 Stub,否则,返回 Stub 的代理对象 Proxy。queryLocalInterface 实现如下:
/** * 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 构造函数中传进去的 this 参数。
接下来是 Stub 的代理类 Stub.Proxy,由上面的分析可知,Stub.Proxy 是运行在客户端的(由 asInterface 方法返回给客户端的对象),Stub.Proxy对象创建后,持有服务端的 Binder 对象,用于客户端请求时调用服务端方法进行远程调用。客户端在向服务端发起请求时,调用 Stub.Proxy 的相应方法,Stub.Proxy 方法的流程如下:
- 首先创建该方法所需要的输入型 Parcel 对象 _data、输出型对象 _reply 和返回值对象(如果有);
- 然后把该方法的参数信息写入 _data 中(如果有);
- 接着调用 transact 方法进行 RPC(远程过程调用)请求,同时当前线程挂起;
- 然后在 transact 方法通过服务端的 Binder 对象调用服务端的 onTransact 方法,即 Stub 中的 onTransact 方法;
- onTransact 方法返回后,当前线程继续执行,并从 _reply 中取出 RPC 过程返回的结果;
- 最后返回 _reply 中的数据(如果客户端请求方法需要返回值)。
以上,就是系统生成的 IBookManager 的工作过程,需要注意下,服务端的 onTransact 方法是运行在 Binder 线程池中的。由于 IBookManager.Stub 类继承 Binder,所以上述分析即 Binder 的工作机制,简单总结下:
- 在客户端和服务端连接时(一般通过 bindService 方法),服务端通过 asInterface 方法给客户端返回一个 IInterface 接口类型的对象(如果客户端和服务端在同一个进程,则返回服务端的 Binder 对象,否则返回 服务端 Binder 对象的代理);
- 客户端通过该对象向服务端进行请求,如果客户端和服务端不在同一个进程,则通过该对象所代理的 Binder 对象进行 RPC 请求,否则,直接通过 Binder 对象调用服务端相应方法。
或者参考下图理解下:
由此可见,Binder 在 AIDL 中承载着重要的职能,是 AIDL 的核心,理解了 Binder 的工作机制,其实在很多方面都很有用。
AIDL 的使用
一套 AIDL 服务搭建的步骤如下:
- 创建 .aidl 文件,系统生成相应的继承 IInterface 的接口类(暴露给客户端的接口)。
- 创建一个 Service(服务端),实现 .aidl 文件中的接口。
- 创建客户端,绑定服务端的 Service。
- 客户端绑定服务端成功后,将服务端返回的 Binder 对象转成 AIDL 接口所属的 IInterface 类型。调用 AIDL 中的方法,实现和服务端的通信。
接下来,我们使用上面的 IBookManager 来实现 AIDL。
-
创建 .aidl 文件
直接使用上面创建好的 Book.aidl、IBookManager.aidl 文件即可 -
创建服务端
创建一个 Service,命名为 BookManagerService,代码如下: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 * 实现 AIDL 接口的 Binder 对象,客户端绑定服务端时,直接返回此 Binder 对象 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 // 创建两本图书 39 mBookList.add(Book(1, "Android")) 40 mBookList.add(Book(2, "iOS")) 41 } 42 }
然后在 AndroidManifest 中注册 Service,注意启动多进程:
<service android:name=".aidl.BookManagerService" android:process="com.cy.ipcsample.bookManagerService"> </service>
-
客户端绑定服务端的 Service
客户端的创建,直接使用 Activity 即可,绑定远程服务的代码如下:private val mConnection = object : ServiceConnection { override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) { } /** * 连接远程服务成功的回调 */ override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) { } } // 绑定远程服务 bindService(Intent(this, BookManagerService::class.java), mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE)
-
与服务端通信
与服务器绑定成功后,首先在 ServiceConnection 的回调中,将服务端返回的 Binder 对象转换成 AIDL 接口所属的对象,就可以调用相应方法和服务端通信了,代码如下:// 将服务端返回的 Binder 对象转换成 IBookManager 对象 val bookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service) // 与服务端通信 try { // 获取图书列表 val list = bookManager.bookList Log.i(TAG, "query book list, list type: ${list.javaClass.canonicalName}") Log.i(TAG, "query book list: $list") // 添加一本图书 val book = Book(3, "Android开发艺术探索") bookManager.addBook(book) Log.i(TAG, "add book: $book") // 获取图书列表 val newList = bookManager.bookList Log.i(TAG, "query book list: $newList") } catch (e: RemoteException) { e.printStackTrace() }
代码中,我们先查询了服务端的图书列表,接着向服务端添加一本书
Android艺术开发探索
,然后再次查询看是否添加成功。运行下看 log,如下图所示:可见,运行结果和预期结果一致。完整的客户端代码如下: 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 * 连接远程服务成功的回调 26 */ 27 override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) { 28 // 将服务端返回的 Binder 对象转换成 IBookManager 对象 29 val bookManager = IBookManager.Stub.asInterface(service) 30 31 // 与服务端通信 32 try { 33 // 获取图书列表 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 // 添加一本图书 39 val book = Book(3, "Android开发艺术探索") 40 bookManager.addBook(book) 41 Log.i(TAG, "add book: $book") 42 43 // 获取图书列表 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 // 绑定远程服务 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,一个简单的 AIDL 示例就完成了,当然,AIDL 的使用远没有那么简单,还有很多情景需要考虑的,比如:客户端需要随时服务端在状态变化时同时客户端,类似观察这模式,那么订阅与反订阅怎么实现;Binder 意外死亡,怎么重连等等,更多内容,可以参考《Android艺术开发探索》,电子书下载
AIDL 的异步调用
AIDL 的调用过程是同步还是异步的?
这个问题其实看这一节的标题大家都知道了,AIDL 的调用过程是同步的。同时,上面分析 Binder 的机制时,也提到了,客户端进行远程 RPC 请求时,线程会挂起,等待结果,由此也可知,AIDL 的调用过程是同步的,下面来验证下。
首先,在服务端的 BookManagerService 中实现的 Binder 对象的 getBookList 方法添加延时执行,如下图所示:
然后,在客户端的 BookManagerActivity 中添加一个按钮,点击按钮时调用服务端 Binder 的 getBookList 做 RPC 请求。代码如下:
运行后,连续点击按钮,结果如下图所示:
由图所知,连续点击按钮过后一段时间,出现了无响应错误( ANR ),由此可知,客户端向服务端做 RPC 请求时,是同步的,也就是说:AIDL 的调用过程是同步的。
AIDL 的调用过程是同步的,当我们需要服务端做耗时操作时,肯定是不能使用同步调用的,否则轻者影响用户体验,重者直接 ANR 或者应用崩溃。那么如何使 AIDL 的调用过程是异步的呢?
其实也很简单,只需要把调用放到非 UI 线程即可,如果要对调用的返回做 UI 更新的话,再通过 Handler 处理即可。如下图所示:
本文参考
- 《Android开发艺术探索》 第二章
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