前言

• 如果你接觸過 跨進程通信 （IPC）吐葱，那么你對Binder一定不陌生
• 雖然 網(wǎng)上有很多介紹 Binder的文章摘刑，可是存在一些問題：淺顯的討論Binder機制 或 一味講解 Binder源碼志鞍、邏輯不清楚鼓蜒，最終導致的是讀者們還是無法形成一個完整的Binder概念
• 本文采用 清晰的圖文講解方式，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder泻帮，即：
  1. 先從 機制肝陪、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型
  2. 再 從源碼實現(xiàn)角度，分析 Binder在 Android中的具體實現(xiàn)

從而全方位地介紹 Binder刑顺，希望你們會喜歡。

請盡量在PC端而不要在移動端看饲常，否則圖片可能看不清蹲堂。

目錄

目錄

1. Binder到底是什么？

• 中文即 粘合劑贝淤，意思為粘合了兩個不同的進程

• 網(wǎng)上有很多對Binder的定義柒竞，但都說不清楚：Binder是跨進程通信方式、它實現(xiàn)了IBinder接口播聪，是連接 ServiceManager的橋梁blabla朽基，估計大家都看暈了，沒法很好的理解

• 我認為：對于Binder的定義离陶，在不同場景下其定義不同

定義

在本文的講解中稼虎，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：

• 先從 機制招刨、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型

其中霎俩，會詳細分析模型組成中的 Binder驅(qū)動

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

從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡打却。

2. 知識儲備

在講解Binder前杉适，我們先了解一些Linux的基礎(chǔ)知識

2.1 進程空間劃分

• 一個進程空間分為 用戶空間 & 內(nèi)核空間（Kernel），即把進程內(nèi) 用戶 & 內(nèi)核 隔離開來
• 二者區(qū)別：
  1. 進程間柳击，用戶空間的數(shù)據(jù)不可共享猿推，所以用戶空間 = 不可共享空間
  2. 進程間，內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)可共享捌肴，所以內(nèi)核空間 = 可共享空間

所有進程共用1個內(nèi)核空間

• 進程內(nèi) 用戶空間 & 內(nèi)核空間 進行交互 需通過 系統(tǒng)調(diào)用蹬叭，主要通過函數(shù)：

1. copy_from_user（）：將用戶空間的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間
2. copy_to_user（）：將內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間

示意圖

2.2 進程隔離 & 跨進程通信（ IPC ）

• 進程隔離
  為了保證 安全性 & 獨立性，一個進程 不能直接操作或者訪問另一個進程哭靖，即Android的進程是相互獨立具垫、隔離的

• 跨進程通信（ IPC ）
  即進程間需進行數(shù)據(jù)交互、通信

• 跨進程通信的基本原理

示意圖

a. 而Binder的作用則是：連接 兩個進程试幽，實現(xiàn)了mmap()系統(tǒng)調(diào)用筝蚕，主要負責 創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收的緩存空間 & 管理數(shù)據(jù)接收緩存
b. 注：傳統(tǒng)的跨進程通信需拷貝數(shù)據(jù)2次，但Binder機制只需1次铺坞，主要是使用到了內(nèi)存映射起宽，具體下面會詳細說明

2.5 內(nèi)存映射

具體請看文章：操作系統(tǒng)：圖文詳解 內(nèi)存映射

3. Binder 跨進程通信機制 模型

3.1 模型原理圖

Binder 跨進程通信機制 模型 基于 Client - Server 模式

示意圖

3.2 模型組成角色說明

示意圖

此處重點講解 Binder驅(qū)動作用中的跨進程通信的原理：

• 簡介

示意圖

• 跨進程通信的核心原理

關(guān)于其核心原理：內(nèi)存映射，具體請看文章：操作系統(tǒng)：圖文詳解 內(nèi)存映射

示意圖

3.3 模型原理步驟說明

示意圖

3.4 額外說明

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

原因：

1. Client進程、Server進程 & Service Manager進程屬于進程空間的用戶空間擒滑，不可進行進程間交互
2. Binder驅(qū)動 屬于 進程空間的 內(nèi)核空間腐晾，可進行進程間 & 進程內(nèi)交互

所以，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進程 屬于 Android基礎(chǔ)架構(gòu)（即系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)好了）丐一；而Client 進程 和 Server 進程 屬于Android應用層（需要開發(fā)者自己實現(xiàn)）

所以藻糖，在進行跨進程通信時，開發(fā)者只需自定義Client & Server 進程 并 顯式使用上述3個步驟库车，最終借助 Android的基本架構(gòu)功能就可完成進程間通信

示意圖

說明3：Binder請求的線程管理

• Server進程會創(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)動的線程池巨柒，并由Binder驅(qū)動自身進行管理

而不是由Server進程來管理的

• 一個進程的Binder線程數(shù)默認最大是16，超過的請求會被阻塞等待空閑的Binder線程柠衍。

所以洋满，在進程間通信時處理并發(fā)問題時，如使用ContentProvider時珍坊，它的CRUD（創(chuàng)建牺勾、檢索、更新和刪除）方法只能同時有16個線程同時工作

• 至此阵漏，我相信大家對Binder 跨進程通信機制 模型 已經(jīng)有了一個非常清晰的定性認識
• 下面禽最，我將通過一個實例腺怯，分析Binder跨進程通信機制 模型在 Android中的具體代碼實現(xiàn)方式

即分析 上述步驟在Android中具體是用代碼如何實現(xiàn)的

4. Binder機制 在Android中的具體實現(xiàn)原理

• Binder機制在 Android中的實現(xiàn)主要依靠 Binder類，其實現(xiàn)了IBinder 接口

下面會詳細說明

• 實例說明：Client進程 需要調(diào)用 Server進程的加法函數(shù)（將整數(shù)a和b相加）

即：

1. Client進程 需要傳兩個整數(shù)給 Server進程
2. Server進程 需要把相加后的結(jié)果 返回給Client進程

• 具體步驟
  下面川无，我會根據(jù)Binder 跨進程通信機制 模型的步驟進行分析

步驟1：注冊服務

• 過程描述
  Server進程 通過Binder驅(qū)動 向 Service Manager進程 注冊服務
• 代碼實現(xiàn)
  Server進程 創(chuàng)建 一個 Binder 對象

1. Binder 實體是 Server進程 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)建前呛占，需要預先定義 繼承了IInterface 接口的接口 -->分析3
    IInterface plus = new IPlus(){

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

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


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

          // 復寫onTransact（）
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // 具體邏輯等到步驟3再具體講解帜篇，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，繼續(xù)看步驟2

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

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

        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)坏快；
        // 定義：繼承自IBinder接口的
        // 作用：執(zhí)行Client進程所請求的目標方法（子類需要復寫）
        // 參數(shù)說明：
        // code：Client進程請求方法標識符。即Server進程根據(jù)該標識確定所請求的目標方法
        // data：目標方法的參數(shù)憎夷。（Client進程傳進來的莽鸿，此處就是整數(shù)a和b）
        // reply：目標方法執(zhí)行后的結(jié)果（返回給Client進程）
         // 注：運行在Server進程的Binder線程池中；當Client進程發(fā)起遠程請求時拾给，遠程請求會要求系統(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接口實現(xiàn)類 -->

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

<-- 分析4：IInterface接口類 -->
// 進程間通信定義的通用接口
// 通過定義接口，然后再服務端實現(xiàn)接口蒋得、客戶端調(diào)用接口级及，就可實現(xiàn)跨進程通信。
public interface IInterface
{
    // 只有一個方法：返回當前接口關(guān)聯(lián)的 Binder 對象窄锅。
    public IBinder asBinder();
}
  // 回到分析3原處

注冊服務后，Binder驅(qū)動持有 Server進程創(chuàng)建的Binder實體

步驟2：獲取服務

• Client進程 使用 某個 service前（此處是 相加函數(shù)）缰雇，須 通過Binder驅(qū)動 向 ServiceManager進程 獲取相應的Service信息
• 具體代碼實現(xiàn)過程如下：

示意圖

此時入偷，Client進程與 Server進程已經(jīng)建立了連接

步驟3：使用服務

Client進程 根據(jù)獲取到的 Service信息（Binder代理對象），通過Binder驅(qū)動 建立與 該Service所在Server進程通信的鏈路械哟，并開始使用服務

• 過程描述

  1. Client進程 將參數(shù)（整數(shù)a和b）發(fā)送到Server進程
  2. Server進程 根據(jù)Client進程要求調(diào)用 目標方法（即加法函數(shù)）
  3. Server進程 將目標方法的結(jié)果（即加法后的結(jié)果）返回給Client進程

• 代碼實現(xiàn)過程

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

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

  data.writeInterfaceToken("add two int");；
  // 方法對象標識符讓Server進程在Binder對象中根據(jù)"add two int"通過queryLocalIInterface（）查找相應的IInterface對象（即Server創(chuàng)建的plus）暇咆，Client進程需要調(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：目標方法的標識符（Client進程 和 Server進程 自身約定锋爪，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)后丙曙，Client進程的該線程會暫時被掛起
// 所以，若Server進程執(zhí)行的耗時操作其骄，請不要使用主線程亏镰，以防止ANR


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

步驟2：Server進程根據(jù)Client進要求 調(diào)用 目標方法（即加法函數(shù)）

// 1. 收到Binder驅(qū)動通知后拯爽，Server 進程通過回調(diào)Binder對象onTransact（）進行數(shù)據(jù)解包 & 調(diào)用目標方法
  public class Stub extends Binder {

          // 復寫onTransact（）
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // code即在transact（）中約定的目標方法的標識符

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

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();
                       // a2. 獲得目標方法的參數(shù)
                      
                       // b. 根據(jù)"add two int"通過queryLocalIInterface（）獲取相應的IInterface對象（即Server創(chuàng)建的plus）的引用索抓，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進程 將目標方法的結(jié)果（即加法后的結(jié)果）返回給Client進程

  // 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)；
    reply.readException();毯炮；
    result = reply.readInt()逼肯；
          }
}

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

原理圖

流程圖

5. 優(yōu)點

對比 Linux （Android基于Linux）上的其他進程通信方式（管道桃煎、消息隊列篮幢、共享內(nèi)存、
信號量为迈、Socket）三椿，Binder 機制的優(yōu)點有：

示意圖

6. 總結(jié)

• 本文主要詳細講解 跨進程通信模型 Binder機制 ，總結(jié)如下：

定義

特別地曲尸，對于從模型結(jié)構(gòu)組成的Binder驅(qū)動來說：

示意圖

• 整個Binder模型的原理步驟 & 源碼分析

示意圖

• 看完本文的 Binder機制原理赋续，繼續(xù)閱讀AIDL的內(nèi)容會更加好，具體請看我的文章Android：遠程服務Service（含AIDL & IPC講解）
• Carson帶你學四大組件文章系列：

Carson帶你學Android：頁面活動-Activity
Carson帶你學Android：廣播-BroadcastReceiver
Carson帶你學Android：服務-Service
Carson帶你學Android：內(nèi)存承載器-ContentProvider

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