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前言

• 如果你接觸過 跨進(jìn)程通信 （IPC）震桶，那么你對Binder一定不陌生

• 雖然 網(wǎng)上有很多介紹 Binder的文章煤伟，可是存在一些問題：淺顯的討論Binder機(jī)制 或 一味講解 Binder源碼缅叠、邏輯不清楚贰镣，最終導(dǎo)致的是讀者們還是無法形成一個(gè)完整的Binder概念

• 本文采用 清晰的圖文講解方式困檩，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder绳锅，即：

  1. 先從 機(jī)制、模型的角度 去分析 整個(gè)Binder跨進(jìn)程通信機(jī)制的模型

  2. 再 從源碼實(shí)現(xiàn)角度典奉，分析 Binder在 Android中的具體實(shí)現(xiàn)

從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡丧叽。

請盡量在PC端而不要在移動端看卫玖，否則圖片可能看不清。

目錄

目錄

1. Binder到底是什么踊淳？

• 中文即 粘合劑假瞬，意思為粘合了兩個(gè)不同的進(jìn)程

• 網(wǎng)上有很多對Binder的定義，但都說不清楚：Binder是跨進(jìn)程通信方式迂尝、它實(shí)現(xiàn)了IBinder接口脱茉，是連接 ServiceManager的橋梁blabla，估計(jì)大家都看暈了垄开，沒法很好的理解

• 我認(rèn)為：對于Binder的定義琴许，在不同場景下其定義不同

定義

在本文的講解中，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder溉躲，即：

• 先從 機(jī)制榜田、模型的角度 去分析 整個(gè)Binder跨進(jìn)程通信機(jī)制的模型

其中益兄，會詳細(xì)分析模型組成中的 Binder驅(qū)動

• 再 從源碼實(shí)現(xiàn)角度，分析 Binder在 Android中的具體實(shí)現(xiàn)

從而全方位地介紹 Binder箭券，希望你們會喜歡净捅。

2. 知識儲備

在講解Binder前，我們先了解一些基礎(chǔ)知識

2.1 進(jìn)程空間分配

• 一個(gè)進(jìn)程空間分為 用戶空間 & 內(nèi)核空間（Kernel）辩块，即把進(jìn)程內(nèi) 用戶 & 內(nèi)核 隔離開來

• 二者區(qū)別：

  1. 進(jìn)程間蛔六，用戶空間的數(shù)據(jù)不可共享，所以用戶空間 = 不可共享空間

  2. 進(jìn)程間废亭，內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)可共享国章，所以內(nèi)核空間 = 可共享空間

• 進(jìn)程內(nèi) 用戶 與 內(nèi)核 進(jìn)行交互 稱為系統(tǒng)調(diào)用

示意圖

2.2 進(jìn)程隔離

為了保證 安全性 & 獨(dú)立性，一個(gè)進(jìn)程 不能直接操作或者訪問另一個(gè)進(jìn)程滔以，即Android的進(jìn)程是相互獨(dú)立捉腥、隔離的

2.3 跨進(jìn)程通信（ IPC ）

• 隔離后，由于某些需求你画，進(jìn)程間 需要合作 / 交互

• 跨進(jìn)程間通信的原理

  1. 先通過 進(jìn)程間 的內(nèi)核空間進(jìn)行 數(shù)據(jù)交互

  2. 再通過 進(jìn)程內(nèi) 的用戶空間 & 內(nèi)核空間進(jìn)行 數(shù)據(jù)交互抵碟，從而實(shí)現(xiàn) 進(jìn)程間的用戶空間 的數(shù)據(jù)交互

示意圖

而Binder，就是充當(dāng) 連接 兩個(gè)進(jìn)程（內(nèi)核空間）的通道坏匪。

3. Binder 跨進(jìn)程通信機(jī)制 模型

3.1 模型原理

Binder 跨進(jìn)程通信機(jī)制 模型 基于 Client - Server 模式

• 模型原理圖

示意圖

• 模型組成角色說明

示意圖

• 模型原理步驟說明

示意圖

3.2 額外說明

說明1：Client進(jìn)程拟逮、Server進(jìn)程 & Service Manager 進(jìn)程之間的交互 都必須通過Binder驅(qū)動（使用 open 和 ioctl文件操作函數(shù)），而非直接交互

原因：

1. Client進(jìn)程适滓、Server進(jìn)程 & Service Manager進(jìn)程屬于進(jìn)程空間的用戶空間敦迄，不可進(jìn)行進(jìn)程間交互

2. Binder驅(qū)動 屬于 進(jìn)程空間的 內(nèi)核空間，可進(jìn)行進(jìn)程間 & 進(jìn)程內(nèi)交互

所以凭迹，原理圖可表示為以下：

虛線表示并非直接交互

示意圖

說明2： Binder驅(qū)動 & Service Manager進(jìn)程 屬于 Android基礎(chǔ)架構(gòu)（即系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好了）罚屋；而Client 進(jìn)程 和 Server 進(jìn)程 屬于Android應(yīng)用層（需要開發(fā)者自己實(shí)現(xiàn)）

所以，在進(jìn)行跨進(jìn)程通信時(shí)嗅绸，開發(fā)者只需自定義Client & Server 進(jìn)程 并 顯式使用上述3個(gè)步驟脾猛，最終借助 Android的基本架構(gòu)功能就可完成進(jìn)程間通信

示意圖

說明3：Binder請求的線程管理

• Server進(jìn)程會創(chuàng)建很多線程來處理Binder請求

• Binder模型的線程管理 采用Binder驅(qū)動的線程池，并由Binder驅(qū)動自身進(jìn)行管理

而不是由Server進(jìn)程來管理的

• 一個(gè)進(jìn)程的Binder線程數(shù)默認(rèn)最大是16鱼鸠，超過的請求會被阻塞等待空閑的Binder線程猛拴。

所以，在進(jìn)程間通信時(shí)處理并發(fā)問題時(shí)蚀狰，如使用ContentProvider時(shí)愉昆，它的CRUD（創(chuàng)建、檢索麻蹋、更新和刪除）方法只能同時(shí)有16個(gè)線程同時(shí)工作

• 至此跛溉，我相信大家對Binder 跨進(jìn)程通信機(jī)制 模型 已經(jīng)有了一個(gè)非常清晰的定性認(rèn)識

• 下面，我將通過一個(gè)實(shí)例，分析Binder跨進(jìn)程通信機(jī)制 模型在 Android中的具體代碼實(shí)現(xiàn)方式

即分析 上述步驟在Android中具體是用代碼如何實(shí)現(xiàn)的

4. Binder機(jī)制 在Android中的具體實(shí)現(xiàn)原理

• Binder機(jī)制在 Android中的實(shí)現(xiàn)主要依靠 Binder類倒谷，其實(shí)現(xiàn)了IBinder 接口

下面會詳細(xì)說明

• 實(shí)例說明：Client進(jìn)程 需要調(diào)用 Server進(jìn)程的加法函數(shù)（將整數(shù)a和b相加）

即：

1. Client進(jìn)程 需要傳兩個(gè)整數(shù)給 Server進(jìn)程

2. Server進(jìn)程 需要把相加后的結(jié)果 返回給Client進(jìn)程

• 具體步驟

  下面蛛蒙，我會根據(jù)Binder 跨進(jìn)程通信機(jī)制 模型的步驟進(jìn)行分析

步驟1：注冊服務(wù)

• 過程描述

  Server進(jìn)程 通過Binder驅(qū)動 向 Service Manager進(jìn)程 注冊服務(wù)

• 代碼實(shí)現(xiàn)

  Server進(jìn)程 創(chuàng)建 一個(gè) Binder 對象

1. Binder 實(shí)體是 Server進(jìn)程 在 Binder 驅(qū)動中的存在形式

2. 該對象保存 Server 和 ServiceManager 的信息（保存在內(nèi)核空間中）

3. Binder 驅(qū)動通過 內(nèi)核空間的Binder 實(shí)體 找到用戶空間的Server對象

• 代碼分析

    Binder binder = new Stub();
    // 步驟1：創(chuàng)建Binder對象 ->>分析1

    // 步驟2：創(chuàng)建 IInterface 接口類 的匿名類
    // 創(chuàng)建前，需要預(yù)先定義 繼承了IInterface 接口的接口 -->分析3
    IInterface plus = new IPlus(){

          // 確定Client進(jìn)程需要調(diào)用的方法
          public int add(int a,int b) {
               return a+b;
         }

          // 實(shí)現(xiàn)IInterface接口中唯一的方法
          public IBinder asBinder（）{ 
                return null ;
           }
};
          // 步驟3
          binder.attachInterface(plus渤愁，"add two int");
         // 1\. 將（add two int牵祟，plus）作為（key,value）對存入到Binder對象中的一個(gè)Map<String,IInterface>對象中
         // 2\. 之后，Binder對象 可根據(jù)add two int通過queryLocalIInterface（）獲得對應(yīng)IInterface對象（即plus）的引用抖格，可依靠該引用完成對請求方法的調(diào)用
        // 分析完畢诺苹，跳出

<-- 分析1：Stub類 -->
    public class Stub extends Binder {
    // 繼承自Binder類 ->>分析2

          // 復(fù)寫onTransact（）
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // 具體邏輯等到步驟3再具體講解，此處先跳過
          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); 

}
// 回到上面的步驟1雹拄，繼續(xù)看步驟2

<-- 分析2：Binder 類 -->
 public class Binder implement IBinder{
    // Binder機(jī)制在Android中的實(shí)現(xiàn)主要依靠的是Binder類收奔，其實(shí)現(xiàn)了IBinder接口
    // IBinder接口：定義了遠(yuǎn)程操作對象的基本接口，代表了一種跨進(jìn)程傳輸?shù)哪芰?    // 系統(tǒng)會為每個(gè)實(shí)現(xiàn)了IBinder接口的對象提供跨進(jìn)程傳輸能力
    // 即Binder類對象具備了跨進(jìn)程傳輸?shù)哪芰?
        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)滓玖；
        // 作用：
          // 1\. 將（descriptor坪哄，plus）作為（key,value）對存入到Binder對象中的一個(gè)Map<String,IInterface>對象中
          // 2\. 之后，Binder對象 可根據(jù)descriptor通過queryLocalIInterface（）獲得對應(yīng)IInterface對象（即plus）的引用势篡，可依靠該引用完成對請求方法的調(diào)用

        IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) 翩肌；
        // 作用：根據(jù) 參數(shù) descriptor 查找相應(yīng)的IInterface對象（即plus引用）

        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)；
        // 定義：繼承自IBinder接口的
        // 作用：執(zhí)行Client進(jìn)程所請求的目標(biāo)方法（子類需要復(fù)寫）
        // 參數(shù)說明：
        // code：Client進(jìn)程請求方法標(biāo)識符禁悠。即Server進(jìn)程根據(jù)該標(biāo)識確定所請求的目標(biāo)方法
        // data：目標(biāo)方法的參數(shù)念祭。（Client進(jìn)程傳進(jìn)來的，此處就是整數(shù)a和b）
        // reply：目標(biāo)方法執(zhí)行后的結(jié)果（返回給Client進(jìn)程）
         // 注：運(yùn)行在Server進(jìn)程的Binder線程池中碍侦；當(dāng)Client進(jìn)程發(fā)起遠(yuǎn)程請求時(shí)粱坤，遠(yuǎn)程請求會要求系統(tǒng)底層執(zhí)行回調(diào)該方法

        final class BinderProxy implements IBinder {
         // 即Server進(jìn)程創(chuàng)建的Binder對象的代理對象類
         // 該類屬于Binder的內(nèi)部類
        }
        // 回到分析1原處
}

<-- 分析3：IInterface接口實(shí)現(xiàn)類 -->

 public interface IPlus extends IInterface {
          // 繼承自IInterface接口->>分析4
          // 定義需要實(shí)現(xiàn)的接口方法，即Client進(jìn)程需要調(diào)用的方法
         public int add(int a,int b);
// 返回步驟2
}

<-- 分析4：IInterface接口類 -->
// 進(jìn)程間通信定義的通用接口
// 通過定義接口瓷产，然后再服務(wù)端實(shí)現(xiàn)接口站玄、客戶端調(diào)用接口，就可實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程通信濒旦。
public interface IInterface
{
    // 只有一個(gè)方法：返回當(dāng)前接口關(guān)聯(lián)的 Binder 對象蜒什。
    public IBinder asBinder();
}
  // 回到分析3原處

注冊服務(wù)后，Binder驅(qū)動持有 Server進(jìn)程創(chuàng)建的Binder實(shí)體

步驟2：獲取服務(wù)

• Client進(jìn)程 使用 某個(gè) service前（此處是 相加函數(shù)）疤估，須 通過Binder驅(qū)動 向 ServiceManager進(jìn)程 獲取相應(yīng)的Service信息

• 具體代碼實(shí)現(xiàn)過程如下：

示意圖

此時(shí)，Client進(jìn)程與 Server進(jìn)程已經(jīng)建立了連接

步驟3：使用服務(wù)

Client進(jìn)程 根據(jù)獲取到的 Service信息（Binder代理對象）霎冯，通過Binder驅(qū)動 建立與 該Service所在Server進(jìn)程通信的鏈路铃拇，并開始使用服務(wù)

• 過程描述

  1. Client進(jìn)程 將參數(shù)（整數(shù)a和b）發(fā)送到Server進(jìn)程

  2. Server進(jìn)程 根據(jù)Client進(jìn)程要求調(diào)用 目標(biāo)方法（即加法函數(shù)）

  3. Server進(jìn)程 將目標(biāo)方法的結(jié)果（即加法后的結(jié)果）返回給Client進(jìn)程

• 代碼實(shí)現(xiàn)過程

步驟1： Client進(jìn)程 將參數(shù)（整數(shù)a和b）發(fā)送到Server進(jìn)程

// 1\. Client進(jìn)程 將需要傳送的數(shù)據(jù)寫入到Parcel對象中
// data = 數(shù)據(jù) = 目標(biāo)方法的參數(shù)（Client進(jìn)程傳進(jìn)來的，此處就是整數(shù)a和b） + IInterface接口對象的標(biāo)識符descriptor
  android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
  data.writeInt(a); 
  data.writeInt(b); 

  data.writeInterfaceToken("add two int");沈撞；
  // 方法對象標(biāo)識符讓Server進(jìn)程在Binder對象中根據(jù)"add two int"通過queryLocalIInterface（）查找相應(yīng)的IInterface對象（即Server創(chuàng)建的plus）慷荔，Client進(jìn)程需要調(diào)用的相加方法就在該對象中

  android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
  // reply：目標(biāo)方法執(zhí)行后的結(jié)果（此處是相加后的結(jié)果）

// 2\. 通過 調(diào)用代理對象的transact（） 將 上述數(shù)據(jù)發(fā)送到Binder驅(qū)動
  binderproxy.transact(Stub.add, data, reply, 0)
  // 參數(shù)說明：
    // 1\. Stub.add：目標(biāo)方法的標(biāo)識符（Client進(jìn)程 和 Server進(jìn)程 自身約定，可為任意）
    // 2\. data ：上述的Parcel對象
    // 3\. reply：返回結(jié)果
    // 0：可不管

// 注：在發(fā)送數(shù)據(jù)后缠俺，Client進(jìn)程的該線程會暫時(shí)被掛起
// 所以显晶，若Server進(jìn)程執(zhí)行的耗時(shí)操作贷岸，請不要使用主線程，以防止ANR

// 3\. Binder驅(qū)動根據(jù) 代理對象 找到對應(yīng)的真身Binder對象所在的Server 進(jìn)程（系統(tǒng)自動執(zhí)行）
// 4\. Binder驅(qū)動把 數(shù)據(jù) 發(fā)送到Server 進(jìn)程中磷雇，并通知Server 進(jìn)程執(zhí)行解包（系統(tǒng)自動執(zhí)行）

步驟2：Server進(jìn)程根據(jù)Client進(jìn)要求 調(diào)用 目標(biāo)方法（即加法函數(shù)）

// 1\. 收到Binder驅(qū)動通知后偿警，Server 進(jìn)程通過回調(diào)Binder對象onTransact（）進(jìn)行數(shù)據(jù)解包 & 調(diào)用目標(biāo)方法
  public class Stub extends Binder {

          // 復(fù)寫onTransact（）
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // code即在transact（）中約定的目標(biāo)方法的標(biāo)識符

          switch (code) { 
                case Stub.add： { 
                  // a. 解包Parcel中的數(shù)據(jù)
                       data.enforceInterface("add two int"); 
                        // a1\. 解析目標(biāo)方法對象的標(biāo)識符

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();
                       // a2\. 獲得目標(biāo)方法的參數(shù)

                       // b. 根據(jù)"add two int"通過queryLocalIInterface（）獲取相應(yīng)的IInterface對象（即Server創(chuàng)建的plus）的引用，通過該對象引用調(diào)用方法
                       int  result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0,  arg1); 

                        // c. 將計(jì)算結(jié)果寫入到reply
                        reply.writeInt(result); 

                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
      // 2\. 將結(jié)算結(jié)果返回 到Binder驅(qū)動

** 步驟3：Server進(jìn)程 將目標(biāo)方法的結(jié)果（即加法后的結(jié)果）返回給Client進(jìn)程**

  // 1\. Binder驅(qū)動根據(jù) 代理對象 沿原路 將結(jié)果返回 并通知Client進(jìn)程獲取返回結(jié)果
  // 2\. 通過代理對象 接收結(jié)果（之前被掛起的線程被喚醒）

    binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0)唯笙；
    reply.readException();螟蒸；
    result = reply.readInt()；
          }
}

• 總結(jié)

  下面崩掘，我用一個(gè)原理圖 & 流程圖來總結(jié)步驟3的內(nèi)容

原理圖

流程圖

5. 優(yōu)點(diǎn)

對比 Linux （Android基于Linux）上的其他進(jìn)程通信方式（管道七嫌、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存苞慢、

信號量诵原、Socket）砚蓬，Binder 機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)有：

示意圖

6. 總結(jié)

• 本文主要詳細(xì)講解 跨進(jìn)程通信模型 Binder機(jī)制 肮砾，總結(jié)如下：

定義

原理圖

• 看完本文的 Binder機(jī)制原理疮装，繼續(xù)閱讀AIDL的內(nèi)容會更加好誉碴，具體請看我的文章Android：遠(yuǎn)程服務(wù)Service（含AIDL & IPC講解）

• 下面我將繼續(xù)對 Android中的知識進(jìn)行講解 叛薯，有興趣可以繼續(xù)關(guān)注Carson_Ho的安卓開發(fā)筆記

請點(diǎn)贊稀轨！因?yàn)槟愕墓膭钍俏覍懽鞯淖畲髣恿Γ?/h1>

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作者：Carson_Ho
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