在 Android 系統(tǒng)中阔拳，Binder 起著非常重要的作用崭孤，它是整個系統(tǒng) IPC 的基石类嗤。網(wǎng)上已經(jīng)有很多文章講述 Binder 的原理糊肠，有的講的比較淺顯，沒有觸及到關(guān)鍵遗锣，有的講的太過于深入底層货裹，難以理解，本文會比較全面精偿，以一個比較輕松的方式弧圆，從面到點，大處著眼笔咽，小處著手的形式去講述 Binder 在 Android 中是如何使用的搔预。理解 Binder 的基本原理，對學習 Android 也有很大的幫助叶组，很多問題也能夠得到解釋拯田，例如 ContentProvider 中的 CRUD 是否是線程安全的？又例如在使用 AIDL 的時候甩十，在 Service 中實現(xiàn)的接口是否是線程安全的船庇？

本文分為以下幾個部分去介紹

• Android 整體架構(gòu)
• Binder IPC 的架構(gòu)
• 手動實現(xiàn) Binder IPC
• 使用 AIDL 實現(xiàn) Binder IPC

如果覺得文章太長吭产，可以先只看「小結(jié)」部分，小結(jié)會把每個部分的重點總結(jié)出來鸭轮，有些部分可以跳過臣淤。

Android 整體架構(gòu)

不識廬山真面目，只緣身在此山中窃爷，所以我們先來大概看下 Android 這座大山的整體輪廓邑蒋。我們先從 Android 的整體架構(gòu)來看看 Binder 是處于什么地位，這張圖引自 Android 項目開源網(wǎng)站：https://source.android.com

從下往上依次為

• 內(nèi)核層：Linux 內(nèi)核和各類硬件設備的驅(qū)動按厘，這里需要注意的是寺董，Binder IPC 驅(qū)動也是在這一層實現(xiàn)，比較特殊
• 硬件抽象層：封裝「內(nèi)核層」硬件驅(qū)動刻剥，提供可供「系統(tǒng)服務層」調(diào)用的統(tǒng)一硬件接口
• 系統(tǒng)服務層：提供核心服務遮咖，并且提供可供「應用程序框架層」調(diào)用的接口
• Binder IPC 層：作為「系統(tǒng)服務層」與「應用程序框架層」的 IPC 橋梁，互相傳遞接口調(diào)用的數(shù)據(jù)造虏，實現(xiàn)跨進層的通訊
• 應用程序框架層：這一層可以理解為 Android SDK御吞，提供四大組件，View 繪制體系等平時開發(fā)中用到的基礎(chǔ)部件

在一個大的項目里面漓藕，分層是非常重要的陶珠，處于最底層的接口最具有「通用性」，接口粒度最細享钞，越往上層通用性降低揍诽。理論上來說上面的每一層都可以「開放」給開發(fā)者調(diào)用，例如開發(fā)者可以直接調(diào)用硬件抽象層的接口去操作硬件栗竖，或者直接調(diào)用系統(tǒng)服務層中的接口去直接操作系統(tǒng)服務暑脆，甚至是像 Windows 開發(fā)一樣，開發(fā)者可以在內(nèi)核層寫程序狐肢，運行在內(nèi)核中添吗。不過開放帶來的問題就是開發(fā)者權(quán)利太大，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性是沒有任何好處的份名，一個病毒制作者寫了一個內(nèi)核層的病毒碟联，系統(tǒng)也許永遠也起不來了。所以谷歌的做法是將開發(fā)者的權(quán)利收攏到了「應用程序框架層」僵腺，開發(fā)者只能調(diào)用這一層提供的接口鲤孵。

上面的層次中，內(nèi)核層與硬件抽象層均用 C/C++ 實現(xiàn)辰如，系統(tǒng)服務層是以 Java 實現(xiàn)普监，硬件抽象層編譯為 so 文件，以 JNI 的形式供系統(tǒng)服務層使用。系統(tǒng)服務層中的服務隨系統(tǒng)的啟動而啟動鹰椒，只要不關(guān)機锡移，就會一直運行。這些服務干什么事情呢漆际？其實很簡單淆珊，就是完成一個手機該有的核心功能如短信的收發(fā)管理、電話的接聽奸汇、掛斷以及應用程序的包管理施符、Activity 的管理等等。每一個服務均運行在一個獨立進程中擂找，因為是以 Java 實現(xiàn)戳吝，所以本質(zhì)上來說就是運行在一個獨立進程的 Dalvik 虛擬機中。問題就來了贯涎，開發(fā)者的 APP 運行在一個新的進程空間听哭，如何調(diào)用到系統(tǒng)服務層中的接口呢？答案是 IPC（Inter-Process Communication）塘雳，進程間通訊陆盘，縮寫與 RPC（Remote Procedure Call）是不一樣的，實現(xiàn)原理也是不一樣的败明。每一個系統(tǒng)服務在應用層序框架層都有一個 Manager 與之對應隘马，方便開發(fā)者調(diào)用其相關(guān)的功能，具體關(guān)系大致如下

IPC 的方式有很多種妻顶，例如 socket酸员、共享內(nèi)存、管道讳嘱、消息隊列等等幔嗦，我們就不去深究為何要使用 Binder 而不使用其他方式去做，到目前為止呢燥，這座大山的面目算是有個大概的輪廓了崭添。

小結(jié)

• Android 從下而上分了內(nèi)核層寓娩、硬件抽象層叛氨、系統(tǒng)服務層、Binder IPC 層棘伴、應用程序框架層
• Android 中「應用程序框架層」以 SDK 的形式開放給開發(fā)者使用寞埠，「系統(tǒng)服務層」中的核心服務隨系統(tǒng)啟動而運行，通過應用層序框架層提供的 Manager 實時為應用程序提供服務調(diào)用焊夸。系統(tǒng)服務層中每一個服務運行在自己獨立的進程空間中仁连，應用程序框架層中的 Manager 通過 Binder IPC 的方式調(diào)用系統(tǒng)服務層中的服務。

這一小節(jié)完了，看個美女放松下饭冬，繼續(xù)下一小節(jié)

Binder IPC 的架構(gòu)

下面我們就來看看 Binder IPC 的架構(gòu)是怎樣的

Binder IPC 屬于 C/S 結(jié)構(gòu)使鹅，Client 部分是用戶代碼，用戶代碼最終會調(diào)用 Binder Driver 的 transact 接口昌抠，Binder Driver 會調(diào)用 Server患朱，這里的 Server 與 service 不同，可以理解為 Service 中 onBind 返回的 Binder 對象炊苫，請注意區(qū)分下裁厅。

• Client：用戶需要實現(xiàn)的代碼，如 AIDL 自動生成的接口類
• Binder Driver：在內(nèi)核層實現(xiàn)的 Driver
• Server：這個 Server 就是 Service 中 onBind 返回的 IBinder 對象

需要注意的是侨艾，上面綠色的色塊部分都是屬于用戶需要實現(xiàn)的部分执虹，而藍色部分是系統(tǒng)去實現(xiàn)了。也就是說 Binder Driver 這塊并不需要知道唠梨，Server 中會開啟一個線程池去處理客戶端調(diào)用袋励。為什么要用線程池而不是一個單線程隊列呢？試想一下当叭，如果用單線程隊列插龄，則會有任務積壓，多個客戶端同時調(diào)用一個服務的時候就會有來不及響應的情況發(fā)生科展，這是絕對不允許的均牢。

對于調(diào)用 Binder Driver 中的 transact 接口，客戶端可以手動調(diào)用才睹，也可以通過 AIDL 的方式生成的代理類來調(diào)用徘跪，服務端可以繼承 Binder 對象，也可以繼承 AIDL 生成的接口類的 Stub 對象琅攘。這些細節(jié)下面繼續(xù)接著說垮庐，這里暫時不展開。

切記坞琴，這里 Server 的實現(xiàn)是線程池的方式哨查，而不是單線程隊列的方式，區(qū)別在于剧辐，單線程隊列的話寒亥，Server 的代碼是線程安全的，線程池的話荧关，Server 的代碼則不是線程安全的溉奕，需要開發(fā)者自己做好多線程同步。

小結(jié)

• Binder IPC 屬于 C/S 架構(gòu)忍啤，包括 Client加勤、Driver、Server 三個部分
• Client 可以手動調(diào)用 Driver 的 transact 接口，也可以通過 AIDL 生成的 Proxy 調(diào)用
• Server 中會啟動一個「線程池」來處理 Client 的調(diào)用請求鳄梅，處理完成后將結(jié)果返回給 Driver叠国，Driver 再返回給 Client

這里就回答了開篇提問的兩個問題：Service 中通過 AIDL 提供的接口并不是線程安全的，同理 ContentProvider 底層也是使用 Binder戴尸，同樣不是線程安全的煎饼，至于是否需要做多線程保護，看業(yè)務而定校赤，最好是做好多線程同步吆玖，以防萬一。

手動實現(xiàn) Binder IPC

通過上面的講解马篮，大家應該對整體的流程已經(jīng)有了清楚的認識沾乘，下面我們先來看看如何手動實現(xiàn) Binder IPC，即不使用 AIDL 的方式浑测。對應上面的 Client翅阵、Driver、Server迁央，在 Activity掷匠、Service 中分別是什么呢？

上文說的 Server 其實就是 Service 中 onBind 返回的 IBinder 對象岖圈。

Server

假如我們要做一個上報數(shù)據(jù)的功能讹语，運行在 Service 中，在后臺上報數(shù)據(jù)蜂科，接口定義如下

public interface IReporter {

    int report(String values, int type);
}

那如何拿到它的 Server 對象呢顽决？答案是通過 Service 的 onBind 方法返回，實現(xiàn)如下

BindService.java

public class BinderService extends Service {

    public static final int REPORT_CODE = 0;

    public interface IReporter {
        int report(String values, int type);
    }

    public final class Reporter extends Binder implements IReporter {
        @Override
        protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        @Override
        public int report(String values, int type) {
            return type;
        }
    }

    private Reporter mReporter;

    public BinderService() {
        mReporter = new Reporter();
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mReporter;
    }
}

這里我暫時不寫 onTransact 的實現(xiàn)部分导匣，最主要的是繼承 Binder 對象才菠，這個是 Android SDK 提供的基類，它實現(xiàn)了 IBinder 接口贡定，并且封裝了底層的 Binder Driver赋访，看看它是如何初始化的

Binder.java

public Binder() {
    init();

    ...
}

...

private native final void init();

這里調(diào)用 native 的一個 init 方法，我們就不去深究了缓待，知道它是對底層的 Binder Driver 的封裝即可蚓耽。當客戶端發(fā)起請求的時候，Binder Driver 會調(diào)用它的 execTransact 方法命斧，并在內(nèi)部調(diào)用到 onTransact 方法田晚，用戶端代碼可以重載該方法去實現(xiàn)自己的業(yè)務邏輯代碼。我們的實現(xiàn)方式如下

BindService.java

protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
    switch (code) {
        case REPORT_CODE:
            data.enforceInterface("reporter");
            String values = data.readString();
            Log.i("IReporter", "data is '" + values + "'");
            int type = data.readInt();
            int result = report(values, type);
            reply.writeInterfaceToken("reporter");
            reply.writeInt(result);
            return true;
    }
    return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

這里的主要過程就是：獲取到 data 中傳遞過來的參數(shù) values 和 type国葬，調(diào)用自己實現(xiàn)的 report 函數(shù)，將返回值寫到 reply 中。

注意汇四，這里實現(xiàn)的兩個關(guān)鍵點就是

• Reporter 類繼承 Binder 類接奈，重載 onTransact 函數(shù)，實現(xiàn)自己的業(yè)務邏輯
• 在 Service 的 onBind 中返回 Reporter 類的實例

這里看不到半點線程池的影子對吧通孽，其實是在 Binder 內(nèi)部的 native 方法中去實現(xiàn)了的序宦，記住你寫的代碼要保持線程安全就對了。

Driver

該部分已經(jīng)被 Binder 類給封裝了背苦，暴露給開發(fā)者的已經(jīng)是很簡單的使用方式了互捌，即繼承 Binder，實現(xiàn) onTransact 即可行剂。

Client

那 Client 是什么呢秕噪？也就是我們想使用 IReport 接口來做數(shù)據(jù)上報的地方，一般都在 Activity 里面厚宰，主要實現(xiàn)如下

MainActivity.java

private IBinder mReporterBind;

private class BindConnection implements ServiceConnection {

    @Override
    public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
        mReporterBind = service;
    }

    @Override
    public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
        mReporterBind = null;
    }
}

...

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

    ...
    
    intent = new Intent(this, BinderService.class);
    bindService(intent, new BindConnection(), BIND_AUTO_CREATE);
}
    

這樣就拿到了后臺 Service 中的 onBind 返回的 IBinder 對象腌巾，也就是上面 Binder IPC 架構(gòu)中的 mRemote 對象。至于 bindService 中做了什么铲觉，有興趣的讀者可以再去研究澈蝙，這里知道它返回的就是 mRemote 對象即可。

MainActivity.java

Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken("reporter");
data.writeString("this is a test string.");
data.writeInt(type);

mReporterBind.transact(BinderService.REPORT_CODE, data, reply, 0);
reply.enforceInterface("reporter");
int result = reply.readInt();

data.recycle();
reply.recycle();

通過 Parcel.obtain() 獲取發(fā)送包對象撵幽、應答包對象灯荧，寫入數(shù)據(jù)，調(diào)用 IBinder 的 transact 接口盐杂，即 mRemote.transact() 的調(diào)用漏麦。

小結(jié)

• 一切復雜的邏輯均已經(jīng)被封裝在實現(xiàn)了 IBinder 接口的 Binder 類中
• Activity 中通過 bindService 拿到 Binder Driver 中的 mRemote 對象（IBinder 的實例），然后「組包」况褪，然后「調(diào)用 transact 接口」按序發(fā)送數(shù)據(jù)包
• Service 中繼承 Binder 類撕贞，「重載 onTransact 函數(shù)」，實現(xiàn)參數(shù)的「解包」测垛，發(fā)送返回包等捏膨，在 onBind 中返回具體的實現(xiàn)類 如上文中的 Reporter

總的說來就是 Client 組包，調(diào)用 transact 發(fā)送數(shù)據(jù)食侮，Server 接到調(diào)用号涯，解包，返回锯七，下面使用 AIDL 的流程本質(zhì)也是一樣链快。

使用 AIDL 實現(xiàn) Binder IPC

上面的例子我們看到，定義了 IReporter 接口眉尸，但是其實 Client 中并沒有用到域蜗，因為數(shù)據(jù)的組包和解包其實是手動編碼的巨双，并不能直接調(diào)用接口，所以其實定義接口的意義等于 0霉祸，基于此筑累，Android 給了我們更好用的方式那就是 AIDL，定義如下

IReporter.aidl

package com.android.binder;

interface IReporter {

    int report(String values, int type);
}

Server

AidlService.java

public class AidlService extends Service {

    public static final class Reporter extends IReporter.Stub {

        @Override
        public int report(String values, int type) throws RemoteException {
            return type;
        }
    }

    private Reporter mReporter;

    public AidlService() {
        mReporter = new Reporter();
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return mReporter;
    }
}

這里與手動實現(xiàn)的方式不同的是丝蹭，一個繼承了 Binder慢宗，一個繼承了 AIDL 自動生成的 Stub 對象，它是什么呢奔穿？我們可以看下它的定義

IReporter.java

public interface IReporter extends android.os.IInterface
{

    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.android.binder.IReporter {
        ...
        
        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
        {
            switch (code)
            {
                case INTERFACE_TRANSACTION:
                {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_report:
                {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    java.lang.String _arg0;
                    _arg0 = data.readString();
                    int _arg1;
                    _arg1 = data.readInt();
                    int _result = this.report(_arg0, _arg1);
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result);
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
    }

...

}

其實和我們上文的寫法是一樣的镜沽，自動生成的 IReporter 類自動給我們處理了一些參數(shù)的組包和解包而已，在 case 語句中調(diào)用了 this.report 即可調(diào)用到自己的業(yè)務邏輯部分了贱田。

Driver

與上文一致缅茉，還是 Binder 的內(nèi)部封裝

Client

MainActivity.java

private IReporter mReporterAidl;

private class AidlConnection implements ServiceConnection {

    @Override
    public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
        mReporterAidl = IReporter.Stub.asInterface(service);
    }

    @Override
    public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
        mReporterAidl = null;
    }
}

...

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

    ...
    
    Intent intent = new Intent(this, AidlService.class);
    bindService(intent, new AidlConnection(), BIND_AUTO_CREATE);
}

這里與手動實現(xiàn)方式也有區(qū)別，即調(diào)用了 Stub 對象的 asInterface湘换，具體做了什么呢宾舅？

public static com.android.binder.IReporter asInterface(android.os.IBinder obj)
{
    if ((obj==null)) {
        return null;
    }
    android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
    if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.android.binder.IReporter))) {
        return ((com.android.binder.IReporter)iin);
    }
    return new com.android.binder.IReporter.Stub.Proxy(obj);
}

先查找本地接口是否存在，判斷是否是本地調(diào)用彩倚，如果是則直接返回 IReporter 的對象筹我，否則返回 Stub.Proxy 對象，這個 Proxy 對象是做什么的呢帆离？

private static class Proxy implements com.android.binder.IReporter
{
    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;
    }
    @Override public int report(java.lang.String values, int type) 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.writeString(values);
            _data.writeInt(type);
            mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_report, _data, _reply, 0);
            _reply.readException();
            _result = _reply.readInt();
        }
        finally {
            _reply.recycle();
            _data.recycle();
        }
        return _result;
    }
}

基本上已經(jīng)很明了了蔬蕊，就是一個代理對象，對調(diào)用接口參數(shù)做組包而已哥谷，然后調(diào)用了 mRemote.transact 接口岸夯，和上文手動實現(xiàn)的方式是一致的。

小結(jié)

• AIDL 自動生成了 Stub 類
• 在 Service 端繼承 Stub 類们妥，Stub 類中實現(xiàn)了 onTransact 方法實現(xiàn)了「解包」的功能
• 在 Client 端使用 Stub 類的 Proxy 對象猜扮，該對象實現(xiàn)了「組包」并且調(diào)用 transact 的功能

有了 AIDL 之后，IReporter 接口就變得有意義了监婶，Client 調(diào)用接口旅赢，Server 端實現(xiàn)接口，一切「組包」惑惶、「解包」的邏輯封裝在了 Stub 類中煮盼，一切就是那么完美。