從IBinder接口學習Proxy-Stub設計模式

前言：

----IBinder是Android框架的通用性接口，通用性接口意味著，眾人可以共享的接口。由于通用性(或共享性)，框架開發者可以藉單一的通用性接口來<包容>形形***的特殊性接口；具有標準化接口的<減法設計>效果，但又不會減損特性用戶或App對特殊性接口的需求。兼顧標準性和特殊性的，是框架通用性接口設計的重要指標；這是任何框架開發里，都必須面對的高度挑戰性任務之一。

高老師陪您成長...

ee                                               ee

從Android的IBinder接口，學習Proxy-Stub設計模式

By  高煥堂

1. IBinder通用性接口

----大家都知道，當兩個類都在同一個進程里執行時，兩者之間的溝通，只要采取一般的函數調用(Function Call)就行了，既快速又方便。一旦兩個類分別在不同的進程里執行時，兩者之間的溝通，就不能采取一般的函數調用途徑了。只好采取IPC溝通途徑。Android框架的IPC溝通仰賴單一的IBinder通用性接口。如下圖：

圖1、Android框架里的IBinder通用性接口

----這種通用性接口，通常會規劃一個抽像基類來實現它；而這抽像基類里則定義了抽象函數。如下圖：

圖2、由Binder基類來實現IBinder通用性接口

于是，這個抽象基類擔任兩項任務：

• 實現了IBinder接口，這是提供給眾多Client來使用的外部接口。我們以“CI”(Interface for Client)來表示之。

• 定義了抽象函數，如上圖里的onTransact()函數，成為提供給眾多子類別來實現的內部接口。我們以<I>來表示之。

如下圖所示：

圖3、基類實現CI，并定義<I>

---- 由子類來實現內部接口<I>。Binder基類的很重要目的是支持跨進程調用Service，也就是讓遠程的Client可以跨進程調用某個Service。Binder基類定義于Binder.java檔案里：

// Binder.java

// …….

public class Binder implements IBinder {

   // ..........

   private int mObject;

 public Binder() {

       init();

       // ...........

   }

 public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,  int flags)

               throws RemoteException {

               // ................

               boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);

               return r;

   }

private boolean execTransact(int code, int dataObj, int replyObj, int flags) {

       Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);

       Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);

       boolean res;

       res = onTransact(code, data, reply, flags);

       // ............

       return res;

   }

  protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply,  int flags)

                    throws RemoteException {

       }

  private native final void init();

}

----Binder基類的主要函數是：

• transact()函數 --- 用來實作IBinder的transact()函數接口。

• execTransact()函數 --- 其角色與transact()函數是相同的，只是這是用來讓C/C++本地程序來調用的。

• onTransact()函數 --- 這是一個抽象函數，讓應用子類來覆寫(Override)的。上述的transact()和execTransact()兩者都是調用onTransact()函數來實現反向調用(IoC, Inversion of Control)的。

• init()函數 --- 這是一個本地(Native)函數，讓JNI模塊來實現這個函數。Binder()構造函數(Constructor)會調用這個init()本地函數。

如下圖：

圖4、CI與<I>兩個接口的合作

----這個IBinder接口是Binder基類提供給Client的接口，簡稱為“CI”。于是，Client端調用IBinder接口的transact()函數，透過IPC機制而調用到遠方(Remote)的onTransact()函數。

圖5、IBinder接口的主要用途：IPC通信

----其實，這個典型的通用性接口設計模式，還有很多種變化的形式。例如下圖：

圖6、通用性接口設計的變化

----雖然是一個簡單的通用性接口設計模式，但是含有豐富的變化機制。例如上圖的機制，就讓C/C++層的模塊成為架構的掌控者。然而，必須理解到：因為設計(和掌控)了IBinder通用性”接口”設計，才能充分保為了C/C++層的模塊的”邏輯”控制權。

例如，Android跨進程通信流程，都由底層Binder驅動模塊所掌控，如下圖所示：

 圖7、底層Binder驅動模塊是IPC的掌控者

2.  通用性接口與Proxy-Stub設計模式

----然而，在上圖里的Activity里可能有多個函數，例如f1()和f2()等。于是，在Activity里，必須從f1()函數轉而調用IBinder.transact()函數。如果我們在上述架構里面，加上一個Stub類別(如下圖的BinderStub類別)，它實現了Binder.onTransact()函數，如下圖所示：

 圖8、Stub類將通用性接口轉為特殊性接口

----通常，在框架設計里，myProxy和myStub會是成對的，這稱為Proxy-Stub模式。如下圖所示：

 圖9、Proxy類將特殊性接口轉換到通用性接口

----采用Proxy-Stub設計模式將IBinder接口包裝起來，讓App與IBinder接口不再產生高度相依性。其將IBinder接口包裝起來，轉換出更好用的新接口，如下圖里的IA接口：

圖10、包裝IBinder接口，轉換出更好用的新接口

----Stub類將onTransact()函數隱藏起來，提供一個更具有美感、更親切的新接口給subBinder類使用。隱藏了onTransact()函數之后，subBinder類的開發者就不必費心去了解onTransact()函數了。于是，Proxy與Stub兩個類遙遙相對，并且將IPC細節知識(例如transact()和onTransact()函數之參數等)包夾起來。由于IBinder接口只提供單一函數(即transact()函數)來進行遠距通信，呼叫起來比較不方便。所以Android提供aidl.exe工具來協助產出Proxy和Stub類別，以化解這個困難。只要你善于使用開發環境的工具(如Android的aidl.exe軟件工具)自動產生Proxy和Stub類別的程序代碼；那就很方便了。 ◆