摘要：本節主要來講解Android10.0 AIDL的通信原理

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[Android取經之路] 的源碼都基於Android-Q（10.0）進行分析

[Android取經之路] 系列文章：

《系統啓動篇》

《日誌系統篇》

《Binder通信原理》：

1.概述

上一節我們寫了一個AIDL的示例，實現了兩個應用之間的通信，這一節我們就來一起探討下AIDL是如何生效的。

2.什麼是AIDL

AIDL:Android Interface Definition Language,即Android接口定義語言。

Android系統中的進程之間不能共享內存，因此，需要提供一些機制在不同進程之間進行數據通信。爲了使其他的應用程序也可以訪問本應用程序提供的服務，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使用一種接口定義語言（Interface Definition Language，IDL）來公開服務的接口。我們知道4個Android應用程序組件中的3個（Activity、BroadcastReceiver和ContentProvider）都可以進行跨進程訪問，另外一個Android應用程序組件Service同樣可以。因此，可以將這種可以跨進程訪問的服務稱爲AIDL（Android Interface Definition Language）服務。

3.爲什麼要用AIDL

Android中每個應用都是獨立的進程，擁有自己的虛擬機，虛擬地址，應用之間的內存不止不能互相訪問，存在應用隔離，因此兩個應用不能像面嚮對象語言一樣直接進行接口的調用。兩個進程之間的調用叫做IPC(進程間通信)。在Binder的起始章節，我們瞭解到Android中進程之間的IPC調用有：管道、共享內存、消息隊列、信號量、socket、binder，在《Binder入門篇》中，從性能、安全角度分別講解了各個IPC通信的優缺點，最終我們選擇了Binder。

那麼既然我們有了Binder，爲什麼還要有AIDL呢？

在我們前面的《Framrwork binder示例》中，我們知道，通過binder來進行client\server時，我們寫了完成的服務創建和client獲取流程，在上一節AIDL示例中，我們寫完AIDL 編譯後，發現生成的IMyService.java文件就和我們在Framework中寫的類似，AIDL簡化了Binder的代碼邏輯，把跟Service交互的邏輯通過工具編譯來生成。

4.AIDL通信流程

Client 端和Server端使用同一個AIDL，連包名都需要保持一致。

Server端繼承自Service，重載一個onBind()，返回服務實體Stub()，Stub提供了一個asInterface(Binder)的方法，如果是在同一個進程下那麼asInterface()將返回Stub對象本身，否則返回Stub.Proxy對象.

Code:

IMyService.Stub mStub = new IMyService.Stub(){...};
@Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        Log.d(TAG,"onBind");
        return mStub;//通過ServiceConnection在activity中拿到MyService
}

Client 綁定服務時通過拿到服務Stub.asInterface返回的服務的代理Stub.Proxy()

Code:

myService = IMyService.Stub.asInterface(service);

Client和Server交互的簡單示意流程：

從上面的示例來看，服務本地拿到了AIDL生成的服務實體Stub()， Client綁定服務後，拿到了服務的代理Stub.proxy()。這和我們在前面Framewok層講解的比較類似了，Client拿到BinderProxy對象，Server拿到Binder實體對象。

AIDL在這裏用到了一個Proxy-Stub (代理-存根)的設計模式，下面我們就這種設計模式來展開說明一下。

Binder通信的數據流轉如下圖所示：

5.proxy-stub 設計模式

Proxy將特殊性接口轉換成通用性接口，Stub將通用性接口轉換成特殊性接口，二者之間的數據轉換通過Parcel(打包)進行的，Proxy常作爲數據發送代理，通過Parcel將數據打包發送，Stub常作爲數據接收樁，解包並解析Parcel Data package。

舉例理解Proxy-Stub：

假如我們現在要看電視，我是客戶Client，遙控器是代理Proxy，電視機是實體(播放畫面，展示功能)，遙控器傳給電視機的藍牙、紅外參數爲Parcel數據。

我按下了遙控器的一些按鍵-提升音量，遙控器之前跟電視機做了綁定，可以拿到電視機的對象--實體Stub，把按鍵的操作組裝成一個Parcel數據，發給電視機-Server，電視機-Server拿到請求後，執行相應的處理-提升音量，結果返回給遙控器，我們操作完成(這一步其實沒有，我們只是假想一下)。這樣就完成了Proxy-Stub的數據交互流程。

Proxy和Stub的說明：

Stub 跟 Proxy 是一對，俗稱“代理-存根”，一般用在遠程方法調用
Proxy 的接口供客戶端程序調用，然後它內部會把信息包裝好，以某種方式傳遞給 Stub，而後者通過對應的接口作用於服務端系統，從而完成了“遠程調用”
AIDL中，Stub爲服務實體；Stub.Proxy()爲服務的代理，都是通過Stub.asInterface(IBinder)中獲取，可以通過AIDL生成的java文件看出。

public static com.android.myservice.IMyService asInterface(android.os.IBinder obj)
{
    if ((obj==null)) {
        return null;
    }
    android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
    if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.android.myservice.IMyService))) {
        return ((com.android.myservice.IMyService)iin); //如果是同一進程，返回的是服務Stub本身
    }
    return new com.android.myservice.IMyService.Stub.Proxy(obj); //如果是不同進程，則返回Stub.Proxy()代理
}

6.AIDL原理分析

在上一節，IMyService.aidl編譯後，Android Studio自動生成了IMyService.java文件，我們來看看這個文件的內容：

Code:IMyService.java


/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 */
package com.android.myservice;
// Declare any non-default types here with import statements

public interface IMyService extends android.os.IInterface
{
  /** Local-side IPC implementation stub class. */
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.android.myservice.IMyService
{
    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.android.myservice.IMyService";
    /** Construct the stub at attach it to the interface. */
    public Stub()
{
      this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
    }

    /**
     * Cast an IBinder object into an com.android.myservice.IMyService interface,
     * generating a proxy if needed.
     */
    public static com.android.myservice.IMyService asInterface(android.os.IBinder obj)
{
      if ((obj==null)) {
        return null;
      }
      android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.android.myservice.IMyService))) {
        return ((com.android.myservice.IMyService)iin);
      }
      return new com.android.myservice.IMyService.Stub.Proxy(obj);
    }

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

    @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
{
      java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
      switch (code)
      {
        case INTERFACE_TRANSACTION:
        {
          reply.writeString(descriptor);
          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;
        }
        case TRANSACTION_add:
        {
          data.enforceInterface(descriptor);
          int _arg0;
          _arg0 = data.readInt();
          int _arg1;
          _arg1 = data.readInt();
          int _result = this.add(_arg0, _arg1);
          reply.writeNoException();
          reply.writeInt(_result);
          return true;
        }
        default:
        {
          return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
      }
    }

    private static class Proxy implements com.android.myservice.IMyService
{
      private android.os.IBinder mRemote;
      Proxy(android.os.IBinder remote)
      {
        mRemote = remote;
      }

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

      public java.lang.String getInterfaceDescriptor()
{
        return DESCRIPTOR;
      }

      /**
       * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
       * and return values in AIDL.
       */
      @Override public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, java.lang.String aString) throws android.os.RemoteException
{
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
        try {
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
          _data.writeInt(anInt);
          _data.writeLong(aLong);
          _data.writeInt(((aBoolean)?(1):(0)));
          _data.writeFloat(aFloat);
          _data.writeDouble(aDouble);
          _data.writeString(aString);
          mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_basicTypes, _data, _reply, 0);
          _reply.readException();
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
      }
      @Override public int add(int num1, int num2) 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);
          _data.writeInt(num1);
          _data.writeInt(num2);
          mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
          _reply.readException();
          _result = _reply.readInt();
        }
        finally {
          _reply.recycle();
          _data.recycle();
        }
        return _result;
      }
    }
    static final int TRANSACTION_basicTypes = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
  }
  /**
   * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
   * and return values in AIDL.
   */
  public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, java.lang.String aString) throws android.os.RemoteException;
  public int add(int num1, int num2) throws android.os.RemoteException;
}

IMyService.java 的說明：

有一個Stub的抽象類，Stub中又有一個Proxy的抽象類
Stub.asInterface(IBinder) 會根據是同一進行通信，還是不同進程通信，返回Stub()實體，或者Stub.Proxy()代理對象
Stub()的Binder實體中有個onTransact()函數，在前面的一些Binder Native、Framework的流程，我們知道，服務最終處理的入口就是onTransact()，這裏會解析Client傳來的 TRANSACTION code ，解析Parcel數據，調用對應的服務接口處理
Proxy()中存在一個asBinder()，返回的對象爲mRemote，就如我們前面Framework瞭解的，對應的其實是BinderProxy對象。
Proxy()組裝了Client中的AIDL接口的核心實現，組裝Parcel數據，調用BinderProxy()的transact()發送TRANSACTION code

AIDL的具體流程如下：

Client和Server都使用同一個AIDL文件，包名相同，編譯後，兩邊都會生成IMyService.java,其中有Stub實體和Proxy代理兩個對象
Server端通過AndroidManifest.xml 註冊Service
Client通過bindService()獲得服務的代理Stub.Proxy()
Client 調用AIDL的方法add()，其實調用的是IMyService.java中的Stub.Proxy.add(),最終通過BinderProxy.java的transact()向服務端發送
通過Binder驅動的流程，進入到服務端的onTransact()，根據Client發送的TRANSACTION code，解析進入相應的流程處理，進入add()
MyService在被綁定時，有了實體IMyService.Stub，最終進入MyService.java的add()處理，完成接口調用，調用完成後把數據寫入Parcel，通過reply發送給Client

7.AIDL的配置方法

AIDL 使用一種簡單語法，允許您通過一個或多個方法（可接收參數和返回值）來聲明接口。參數和返回值可爲任意類型，甚至是 AIDL 生成的其他接口。

您必須使用 Java 編程語言構建 .aidl 文件。每個 .aidl 文件均須定義單個接口，並且只需要接口聲明和方法簽名。

默認情況下，AIDL 支持下列數據類型：

Java 編程語言中的所有原語類型（如 int、long、char、boolean 等）
String
CharSequence
List

List 中的所有元素必須是以上列表中支持的數據類型，或者您所聲明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 類型。您可選擇將 List 用作“泛型”類（例如，List<String>）。儘管生成的方法旨在使用 List 接口，但另一方實際接收的具體類始終是 ArrayList。

Map 中的所有元素必須是以上列表中支持的數據類型，或者您所聲明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 類型。不支持泛型 Map（如 Map<String,Integer> 形式的 Map）。儘管生成的方法旨在使用 Map 接口，但另一方實際接收的具體類始終是 HashMap。

定義服務接口時，請注意：

方法可帶零個或多個參數，返回值或空值。

所有非原語參數均需要指示數據走向的方向標記。這類標記可以是 in、out 或 inout（見下方示例）。

原語默認爲 in，不能是其他方向。

oneway 關鍵字用於修改遠程調用的行爲。使用此關鍵字後，遠程調用不會屏蔽，而只是發送事務數據並立即返回。最終接收該數據時，接口的實現會將其視爲來自 Binder 線程池的常規調用（普通的遠程調用）。如果 oneway 用於本地調用，則不會有任何影響，且調用仍爲同步調用。

8.總結

Client 通過Proxy向Server進行請求，最終進入Binder Driver，binder根據不同的事務處理，發送給Binder實體，實體中根據不同的TRANSACTION code轉入不同的邏輯處理，處理完得到結果後，會把數據組裝爲Parcel，通過reply發送出來，Client收到reply的數據，進行最終流程處理。

參考：

《Android中AIDL的工作原理》

《從一個例子開始分析AIDL原理》

《Android Binder 完全解析（三）AIDL實現原理分析》

《Android 接口定義語言 (AIDL)》

《Android中AIDL的使用詳解》

《從IBinder接口學習Proxy-Stub設計模式》

《Android進程間通信-AIDL實現原理》

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