Binder是Android系統(tǒng)進(jìn)程間通信（IPC）最重要的方式砍濒。要想了解Android的系統(tǒng)原理，必須要先對(duì)Binder框架有一定的理解硫麻。Binder是什么爸邢？Binder可以理解為能在進(jìn)程間進(jìn)行"通信"的對(duì)象,這個(gè)通信不是指在不同進(jìn)程中操作同一個(gè)對(duì)象，而應(yīng)理解為一種通信協(xié)議拿愧。
一杠河、Binder的引入背景
傳統(tǒng)的進(jìn)程間通信方式有管道，消息隊(duì)列，共享內(nèi)存等券敌，其中管道唾戚，消息隊(duì)列采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，即數(shù)據(jù)先從發(fā)送方緩存區(qū)拷貝到內(nèi)核開辟的緩存區(qū)中待诅，然后再?gòu)膬?nèi)核緩存區(qū)拷貝到接收方緩存區(qū)颈走，至少有兩次拷貝過程。共享內(nèi)存雖然無需拷貝咱士，但控制復(fù)雜立由，難以使用。socket作為一款通用接口序厉，其傳輸效率低锐膜，開銷大，主要用在跨網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程間通信和本機(jī)上進(jìn)程間的低速通信弛房。Binder通過內(nèi)存映射的方式道盏，使數(shù)據(jù)只需要在內(nèi)存進(jìn)行一次讀寫過程。
內(nèi)存映射文捶，簡(jiǎn)而言之就是將用戶空間的一段內(nèi)存區(qū)域映射到內(nèi)核空間荷逞，映射成功后，用戶對(duì)這段內(nèi)存區(qū)域的修改可以直接反映到內(nèi)核空間粹排，相反种远，內(nèi)核空間對(duì)這段區(qū)域的修改也直接反映用戶空間。那么對(duì)于內(nèi)核空間<---->用戶空間兩者之間需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞯脑捫适欠浅８叩摹?/p>
二顽耳、Binder的通信模型
主要分為4個(gè)部分Binder驅(qū)動(dòng),Client坠敷，Server,ServiceManager（SM）,其中Client，Server,ServiceManager（SM）指的是用戶空間射富，并且分別在不同的進(jìn)程膝迎。Binder驅(qū)動(dòng)是內(nèi)核空間，Binder驅(qū)動(dòng)是一段c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的代碼胰耗。
服務(wù)分系統(tǒng)服務(wù)和本地服務(wù)限次，系統(tǒng)服務(wù)一般指設(shè)備開機(jī)時(shí)就創(chuàng)建供所有應(yīng)用使用的服務(wù)，如AMS柴灯，PMS等卖漫，本地服務(wù)一般指本地創(chuàng)建的Service，一般供當(dāng)前應(yīng)用使用弛槐。
由上圖可以看出Binder通信的流程是這樣的：
- 首先不同的服務(wù)Server一般為service需要先在SM上進(jìn)行注冊(cè)
- Client想獲取服務(wù)時(shí)懊亡，先到SM上通過服務(wù)名請(qǐng)求服務(wù)
- 得到對(duì)應(yīng)的服務(wù)的引用，通過這個(gè)引用進(jìn)行進(jìn)一步的通信乎串。
由于Client店枣、Server速警、SM不在同一個(gè)進(jìn)程，所以都需要借助Binder驅(qū)動(dòng)完成通信鸯两。這其中有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)闷旧。先明確幾個(gè)概念，Binder Server對(duì)象是指真正的進(jìn)行服務(wù)的對(duì)象钧唐，Biner內(nèi)核對(duì)象是根據(jù)Binder Server對(duì)象在內(nèi)核空間的一種表述方式忙灼，因?yàn)檎Z(yǔ)言層面不同，所以具體的表現(xiàn)形式也不同钝侠。比如用應(yīng)用層表現(xiàn)為Java類或C++類该园，在內(nèi)核層表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)體了。也可以稱為實(shí)體帅韧，主要是和引用區(qū)分開里初，實(shí)體只有一個(gè)，而引用可以有很多忽舟。
- Client双妨、Server、SM不在同一個(gè)進(jìn)程叮阅，最初Client和Server怎么得到SM的通信的刁品？
- 具體的注冊(cè)流程是怎樣的？
- Binder內(nèi)核對(duì)象浩姥，BinderProxy對(duì)象是同一個(gè)對(duì)象嗎挑随，有什么聯(lián)系？
首先第一個(gè)問題及刻，首先ServiceManage進(jìn)程本身就是也是采用Binder通信镀裤，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令將自己注冊(cè)為ServiceManage竞阐，這個(gè)過程會(huì)在內(nèi)核空間產(chǎn)生一個(gè)ServiceManage的Binder實(shí)體缴饭。而這個(gè)Binder就在內(nèi)核的0號(hào)引用，其他進(jìn)程通過0號(hào)引用找到ServiceManage的Binder實(shí)體骆莹，通過內(nèi)存映射就可以和SM建立聯(lián)系颗搂。
第二個(gè)問題，首先擁有服務(wù)名的Server進(jìn)程向SM注冊(cè)時(shí)需要借助Binder驅(qū)動(dòng)幕垦，此時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)在內(nèi)核的實(shí)體對(duì)象丢氢，和Server的對(duì)象是不同的結(jié)構(gòu)，但擁有Server實(shí)體對(duì)象的關(guān)鍵信息先改，比如可以提供的方法等疚察。這個(gè)實(shí)體對(duì)象有一項(xiàng)數(shù)據(jù)保存Server實(shí)體的引用（在內(nèi)存中可以理解為映射的地址），借助Binder驅(qū)動(dòng)將內(nèi)核中的實(shí)體對(duì)像的引用和服務(wù)名注冊(cè)到SM中仇奶，這樣就有這樣一條關(guān)系鏈貌嫡，SM中服務(wù)名—>內(nèi)核的實(shí)體對(duì)象的引用—>Server實(shí)體對(duì)象。
第三個(gè)問題，Binder內(nèi)核對(duì)象岛抄，BinderProxy對(duì)象是同一個(gè)對(duì)象可定不是同一個(gè)對(duì)象别惦，因?yàn)閷?duì)應(yīng)不同的空間，語(yǔ)言層面都有不一樣夫椭，BinderProxy是系統(tǒng)根據(jù)Binder內(nèi)核對(duì)象在Cilent進(jìn)程新建（new）的一個(gè)Binder對(duì)象掸掸，里面包含Binder內(nèi)核對(duì)象的關(guān)鍵信息，比如所能提供的方法等蹭秋，這個(gè)對(duì)象就和真正遠(yuǎn)程的Server實(shí)體對(duì)象很相似了扰付，這樣Client對(duì)象就能像操作Server實(shí)體對(duì)象一樣進(jìn)行操作，不用考慮Server實(shí)在遠(yuǎn)程還是本地仁讨。但具體方法的實(shí)現(xiàn)還要通過代理的方式調(diào)用遠(yuǎn)程對(duì)象來實(shí)現(xiàn)悯周。一般通過transact()和onTransact()來實(shí)現(xiàn)代理的調(diào)用。
常見的Binder通信過程分析
1. 利用Binder不使用AIDL實(shí)現(xiàn)IPC的過程
服務(wù)端:
public class NoAidlService extends Service {
public static final int TRANSACTION_studyBinder = 0x001;
private static final String DESCRIPTOR = "NoAidlService";
private Binder mNoAidlBinder = new NoAidlBinder();
@Nullable
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
return mNoAidlBinder;
}
private class NoAidlBinder extends Binder {
@Override
protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
throws RemoteException {
switch (code) {
case TRANSACTION_studyBinder: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
String _arg0;
_arg0 = data.readString();
String _result = _arg0+" Study NoAidlService";
reply.writeNoException();
reply.writeString(_result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
}
}
注冊(cè)服務(wù),并指定為遠(yuǎn)程進(jìn)程
<service
android:name=".NoAidlService"
android:process=":remote" />
客戶端:
private ServiceConnection mNoAidlConnection = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder clientBinder) {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
String _result;
try {
_data.writeInterfaceToken("NoAidlService");
_data.writeString("SilenceDut");
service.transact(NoAidlService.TRANSACTION_studyBinder, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readString();
mResultTv.setText(mResultTv.getText()+"\n"+_result);
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
}
};
綁定服務(wù)：
Intent intent = new Intent(this,NoAidlService.class);
bindService(intent, mNoAidlConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
具體的過程是NoAidlService需要先在Manifest注冊(cè)信息,這相當(dāng)于是將服務(wù)信息注冊(cè)到ServiceManage陪竿∏菀恚客戶端用Intent將NoAidlService的服務(wù)名等信息包裝,通過bindService在ServiceManage里尋找NoAidlService,如果成功,則通過onServiceConnected回調(diào)得到服務(wù)端的信息ComponentName,和服務(wù)通信接口clientBinder。
這個(gè)clientBinder和NoAidlService通過onBind返回的mNoAidlBinder相似,如果是遠(yuǎn)程服務(wù),就不是同一個(gè)對(duì)象,可以理解為是通過Binder驅(qū)動(dòng)得到的一個(gè)代理ProxyBinder對(duì)象,但看起來和mNoAidlBinder是同一個(gè)對(duì)象,其實(shí)不是的族跛。但如果在一個(gè)進(jìn)程,兩個(gè)就是同一個(gè)對(duì)象闰挡。
clientBinder通過transact指定服務(wù)端對(duì)應(yīng)的函數(shù)code比如TRANSACTION_studyBinder,來調(diào)用服務(wù)端的相應(yīng)函數(shù),通過Binder驅(qū)動(dòng),最后會(huì)調(diào)用到服務(wù)端NoAidlBinder的onTransact,通過判斷code來確定相應(yīng)的函數(shù),然后通過再將結(jié)果返回,這個(gè)過程對(duì)Client是阻塞性的,所以客戶端調(diào)用最好是在異步線程和服務(wù)端通信。
對(duì)服務(wù)端,系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)服務(wù)提供線程池,這也容易想到,因?yàn)椴豢赡茏尣煌姆?wù)為在調(diào)用服務(wù)時(shí)相互等待礁哄。
2. 使用AIDL來和Service通信AIDL
AIDL實(shí)現(xiàn)IPC通信Demo
AIDL即Android Interface Definition Language长酗，Android接口定義語(yǔ)言。它是一種IDL語(yǔ)言桐绒，可以拿來生成用于IPC的代碼夺脾。
其實(shí)就是AIDL文件生成一個(gè)幫助類,屏蔽parcel的讀寫細(xì)節(jié),讓客戶端使用者專注于業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。有一點(diǎn)需要注意的是,如果Service不是在一個(gè)新的進(jìn)程,通過IBinder.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)的方式得到本地的Binder對(duì)象,也就是和onBind返回的對(duì)講是同一個(gè)茉继，就不會(huì)涉及到跨進(jìn)程通信和Binder驅(qū)動(dòng)的調(diào)用咧叭。這點(diǎn)和不使用AIDL實(shí)現(xiàn)IPC是一樣的。
參考：【 Android Bander設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) - 設(shè)計(jì)篇】
