一.引言
最近一段時間由于工作扇售，接觸到framework部分比較多一點，也難免要和Binder打一些交道挪蹭，也整理了一些相關(guān)知識，但準備寫這篇文章時休偶，還是有些慌梁厉。而且關(guān)于整個Binder機制的復雜程度不是三言兩語能描敘清楚的，也害怕自己的理解有些偏差踏兜，誤導一些朋友（ps:反正也沒人看....扎心）所以也參考了很多資料词顾。
本文主要站在Android開發(fā)的角度來大致解析下Binder在java層的一些知識原理，給大家腦子形成一個完整的概念碱妆，比如AIDL的實現(xiàn)原理肉盹，Binder是怎么通信的等等，文章文字較多疹尾，請耐心觀看
二.Binder概述
2.1 Android為什么選擇Binder
Android是基于Linux內(nèi)核的垮媒，所以Android要實現(xiàn)進程間的通信，其實大可使用linux原有的一些手段航棱，比如管道睡雇，共享內(nèi)存，socket等方式饮醇，但是Android還是采用了Binder作為主要機制它抱，說明Binder具有無可比擬的優(yōu)勢。
其實進程通信大概就兩個方面因素朴艰，一者性能方面观蓄，傳輸效率問題，傳統(tǒng)的管道隊列模式采用內(nèi)存緩沖區(qū)的方式祠墅，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)中侮穿，然后再從內(nèi)核緩存區(qū)拷貝到接收方緩存區(qū)，至少有兩次拷貝過程毁嗦，而socket都知道傳輸效率低亲茅，開銷大，用于跨網(wǎng)絡(luò)進程交互比較多狗准，共享內(nèi)存雖然無需拷貝克锣。
二者這是安全問題，Android作為一個開放式腔长，擁有眾多開發(fā)者的的平臺袭祟，應用程序的來源廣泛，確保終端安全是非常重要的捞附，傳統(tǒng)的IPC通信方式?jīng)]有任何措施巾乳，基本依靠上層協(xié)議您没，其一無法確認對方可靠的身份，Android為每個安裝好的應用程序分配了自己的UID胆绊，故進程的UID是鑒別進程身份的重要標志紊婉，傳統(tǒng)的IPC要發(fā)送類似的UID也只能放在數(shù)據(jù)包里，但也容易被攔截辑舷，惡意進攻，socket則需要暴露自己的ip和端口槽片，知道這些惡意程序則可以進行任意接入何缓。
綜上所述，Android需要一種高效率还栓，安全性高的進程通信方式碌廓，也就是Binder，Binder只需要一次拷貝剩盒，性能僅次于共享內(nèi)存谷婆，而且采用的傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性也是沒得說辽聊，發(fā)送添加UID/PID纪挎，安全性高。
2.2 Binder實現(xiàn)機制
2.2.1進程隔離
我們知道進程之間是無法直接進行交互的跟匆，每個進程獨享自己的數(shù)據(jù)异袄，而且操作系統(tǒng)為了保證自身的安全穩(wěn)定性，將系統(tǒng)內(nèi)核空間和用戶空間分離開來玛臂，保證用戶程序進程崩潰時不會影響到整個系統(tǒng)烤蜕，簡單的說就是，內(nèi)核空間（Kernel）是系統(tǒng)內(nèi)核運行的空間迹冤，用戶空間（UserSpace）是用戶程序運行的空間讽营。為了保證安全性，它們之間是隔離的泡徙，所以用戶空間的進程要進行交互需要通過內(nèi)核空間來驅(qū)動整個過程橱鹏。
2.2.2 C/S結(jié)構(gòu)
Binder是基于C/S機制的，要實現(xiàn)這樣的機制堪藐，server必須需要有特定的節(jié)點來接受到client的請求蚀瘸，也就是入口地址，像輸入一個網(wǎng)址庶橱，通過DNS解析出對應的ip贮勃，然后進行訪問，這個就是server提供出來的節(jié)點地址苏章，而Binder而言的話寂嘉，與傳統(tǒng)的C/S不太一樣奏瞬，Binder本身來作為Server中提供的節(jié)點，client拿到Binder實體對象對應的地址去訪問Server泉孩，對于client而言硼端，怎么拿到這個地址并建立起整個通道是整個交互的關(guān)鍵所在，而且Binder作為一個Server中的實體寓搬，對象提供一系列的方法來實現(xiàn)服務(wù)端和客戶端之間的請求珍昨，只要client拿到這個引用就可以或者一個有著該方法代理對象的引用，就可以進行通信了句喷。
引用Android Bander設(shè)計與實現(xiàn) - 設(shè)計篇一段話來總結(jié)：
面向?qū)ο笏枷氲囊雽⑦M程間通信轉(zhuǎn)化為通過對某個Binder對象的引用調(diào)用該對象的方法镣典，而其獨特之處在于Binder對象是一個可以跨進程引用的對象，它的實體位于一個進程中唾琼，而它的引用卻遍布于系統(tǒng)的各個進程之中兄春。最誘人的是，這個引用和java里引用一樣既可以是強類型锡溯，也可以是弱類型赶舆，而且可以從一個進程傳給其它進程，讓大家都能訪問同一Server祭饭，就象將一個對象或引用賦值給另一個引用一樣芜茵。Binder模糊了進程邊界，淡化了進程間通信過程倡蝙，整個系統(tǒng)仿佛運行于同一個面向?qū)ο蟮某绦蛑邢οＰ涡紊腂inder對象以及星羅棋布的引用仿佛粘接各個應用程序的膠水，這也是Binder在英文里的原意悠咱。
2.2.3 Binder通信模型
Binder基于C/S的結(jié)構(gòu)下蒸辆，定義了4個角色：Server、Client析既、ServerManager躬贡、Binder驅(qū)動，其中前三者是在用戶空間的眼坏，也就是彼此之間無法直接進行交互拂玻，Binder驅(qū)動是屬于內(nèi)核空間的，屬于整個通信的核心宰译，雖然叫驅(qū)動檐蚜，但是實際上和硬件沒有太大關(guān)系，只是實現(xiàn)的方式和驅(qū)動差不多沿侈，驅(qū)動負責進程之間Binder通信的建立闯第，Binder在進程之間的傳遞，Binder引用計數(shù)管理缀拭，數(shù)據(jù)包在進程之間的傳遞和交互等一系列底層支持咳短。
ServerManager的作用填帽？
我們知道ServerManager也是屬于用戶空間的一個進程，主要作用就是作為Server和client的橋梁咙好，client可以ServerManager拿到Server中Binder實體的引用篡腌，這么說可能有點模糊，舉個簡單的例子勾效，我們訪問嘹悼，www.baidu.com，百度首頁頁面就顯示出來了层宫，首先我們知道杨伙，這個頁面肯定是發(fā)布在百度某個服務(wù)器上的，DNS通過你這個地址卒密，解析出對應的ip地址，再去訪問對應的頁面棠赛，然后再把數(shù)據(jù)返回給客戶端哮奇，完成交互。這個和Binder的C/S非常類似睛约，這里的DNS就是對應的ServerManager鼎俘，首先，Server中的Binder實體對象辩涝，將自己的引用（也就是ip地址）注冊到ServerManager贸伐，client通過特定的key（也就是百度這個網(wǎng)址）和這個引用進行綁定，ServerManager內(nèi)部自己維護一個類似MAP的表來一一對應怔揩，通過這個key就可以向ServerManager拿到Server中Binder的引用捉邢，對應到Android開發(fā)中，我們知道很多系統(tǒng)服務(wù)都是通過Binder去和AMS進行交互的商膊，比如獲取音量服務(wù)：
AudioManager am = (AudioManager)context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
細心的朋友應該發(fā)現(xiàn)ServerManager和Server也是兩個不同的進程呀伏伐，Server要向ServerManager去注冊不是也要涉及到進程間的通信嗎，當前實現(xiàn)進程間通信又要用到進程間的通信晕拆，你這不是扯犢子嗎....莫急莫急藐翎，Binder的巧妙之處在于，當ServerManager作為Serve端的時候实幕，它提供的Binder比較特殊吝镣，它沒有名字也不需要注冊，當一個進程使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令將自己注冊成SMgr時Binder驅(qū)動會自動為它創(chuàng)建Binder實體昆庇，這個Binder的引用在所有Client中都固定為0而無須通過其它手段獲得末贾。也就是說，一個Server若要向ServerManager注冊自己Binder就必需通過0這個引用號和ServerManager的Binder通信,有朋友又要問了整吆，server和client屬于兩個不同的進程未舟，client怎么能拿到server中對象圈暗，不妨先看看下面的交互圖
從上圖很清晰的可以看出來整個的交互過程，原本從SM中拿到binder的引用裕膀，通過Binder驅(qū)動層的處理之后员串，返回給了client一個代理對象，實際上如果client和server處于同一個進程昼扛，返回的就是當前binder對象寸齐，如果client和server不處于同一個進程，返回給client的就是一個代理對象抄谐，這一點渺鹦，有興趣可以看下源碼。
2.2.4 Binder角色的定位
Binder本質(zhì)上只是提供了一種通信的方式蛹含，和我們具體要實現(xiàn)的內(nèi)容沒有關(guān)系毅厚，為了實現(xiàn)這個服務(wù)，我們需要定義一些接口浦箱，讓client能夠遠程調(diào)用服務(wù)吸耿，因為是跨進程，這時候就要設(shè)計到代理模式酷窥，以接口函數(shù)位基準咽安，client和server去實現(xiàn)接口函數(shù)，Server是服務(wù)真正的實現(xiàn)蓬推，client作為一個遠程的調(diào)用妆棒。
- 從Server進程來看，Binder是存在的實體對象沸伏，client通過transact()函數(shù)糕珊，經(jīng)過Binder驅(qū)動，最終回調(diào)到Binder實體的onTransact()函數(shù)中毅糟。
- 從 Client進程的角度看放接，Binder 指的是對 Binder 代理對象，是 Binder 實體對象的一個遠程代理留特，通過Binder驅(qū)動進行交互
3.手寫進程通信
上面說了那么多纠脾，大家伙也看累了，下面通過代碼的形式讓大家對Binder加深點理解蜕青，日常開發(fā)中苟蹈，涉及到進程間通信的話，我們首先想到的可能就是AIDL右核，但不知道有沒有和我感覺一樣的朋友慧脱。。第一次寫AIDL是蒙蔽的贺喝，通過.aidl文件菱鸥，編譯器自動生成代碼宗兼，生成一個java文件，里面又有Stub類氮采，里面還有Proxy類殷绍，完全不理解里面的機制，確實不便于我們理解學習鹊漠，為了加深理解主到，我們拋棄aidl，手寫一個通信代碼躯概。
首先我們要定義一個接口服務(wù)登钥，也就是上述的服務(wù)端要具備的能力來提供給客戶端,定義一個接口繼承IInterface，代表了服務(wù)端的能力
public interface PersonManger extends IInterface {
void addPerson(Person mPerson);
List<Person> getPersonList();
}
接下來我們就要定義一個Server中的Binder實體對象了娶靡，首先肯定要繼承Binder牧牢，其次需要實現(xiàn)上面定義好的服務(wù)接口
public abstract class BinderObj extends Binder implements PersonManger {
public static final String DESCRIPTOR = "com.example.taolin.hellobinder";
public static final int TRANSAVTION_getPerson = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION;
public static final int TRANSAVTION_addPerson = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1;
public static PersonManger asInterface(IBinder mIBinder){
IInterface iInterface = mIBinder.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (null!=iInterface&&iInterface instanceof PersonManger){
return (PersonManger)iInterface;
}
return new Proxy(mIBinder);
}
@Override
protected boolean onTransact(int code, @NonNull Parcel data, @Nullable Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
switch (code){
case INTERFACE_TRANSACTION:
reply.writeString(DESCRIPTOR);
return true;
case TRANSAVTION_getPerson:
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
List<Person> result = this.getPersonList();
reply.writeNoException();
reply.writeTypedList(result);
return true;
case TRANSAVTION_addPerson:
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
Person arg0 = null;
if (data.readInt() != 0) {
arg0 = Person.CREATOR.createFromParcel(data);
}
this.addPerson(arg0);
reply.writeNoException();
return true;
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
@Override
public IBinder asBinder() {
return this;
}
}
首先我們看asInterface方法，Binder驅(qū)動傳來的IBinder對象姿锭，通過queryLocalInterface方法塔鳍，查找本地Binder對象，如果返回的就是PersonManger艾凯，說明client和server處于同一個進程献幔，直接返回懂傀，如果不是趾诗，返回給一個代理對象。
當然作為代理對象蹬蚁，也是需要實現(xiàn)服務(wù)接口
public class Proxy implements PersonManger {
private IBinder mIBinder;
public Proxy(IBinder mIBinder) {
this.mIBinder =mIBinder;
}
@Override
public void addPerson(Person mPerson) {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel replay = Parcel.obtain();
try {
data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
if (mPerson != null) {
data.writeInt(1);
mPerson.writeToParcel(data, 0);
} else {
data.writeInt(0);
}
mIBinder.transact(BinderObj.TRANSAVTION_addPerson, data, replay, 0);
replay.readException();
} catch (RemoteException e){
e.printStackTrace();
} finally {
replay.recycle();
data.recycle();
}
}
@Override
public List<Person> getPersonList() {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel replay = Parcel.obtain();
List<Person> result = null;
try {
data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
mIBinder.transact(BinderObj.TRANSAVTION_getPerson, data, replay, 0);
replay.readException();
result = replay.createTypedArrayList(Person.CREATOR);
}catch (RemoteException e){
e.printStackTrace();
} finally{
replay.recycle();
data.recycle();
}
return result;
}
@Override
public IBinder asBinder() {
return null;
}
}
這里的代理對象實質(zhì)就是client最終拿到的代理服務(wù)恃泪，通過這個就可以和Server進行通信了，首先通過Parcel將數(shù)據(jù)序列化犀斋，然后調(diào)用 remote.transact()將方法code贝乎，和data傳輸過去，對應的會回調(diào)在在Server中的onTransact()中
然后是我們的Server進程,onBind方法返回mStub對象叽粹，也就是Server中的Binder實體對象
public class ServerSevice extends Service {
private static final String TAG = "ServerSevice";
private List<Person> mPeople = new ArrayList<>();
@Override
public void onCreate() {
mPeople.add(new Person());
super.onCreate();
}
@Nullable
@Override
public IBinder onBind(Intent intent) {
return mStub;
}
private BinderObj mStub = new BinderObj() {
@Override
public void addPerson(Person mPerson) {
if (mPerson==null){
mPerson = new Person();
Log.e(TAG,"null obj");
}
mPeople.add(mPerson);
Log.e(TAG,mPeople.size()+"");
}
@Override
public List<Person> getPersonList() {
return mPeople;
}
};
}
最終我們在客戶端進程览效，bindService傳入一個ServiceConnection對象，在與服務(wù)端建立連接時虫几，通過我們定義好的BinderObj的asInterface方法返回一個代理對象锤灿，再調(diào)用方法進行交互
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private boolean isConnect = false;
private static final String TAG = "MainActivity";
private PersonManger personManger;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
start();
findViewById(R.id.textView).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
if (personManger==null){
Log.e(TAG,"connect error");
return;
}
personManger.addPerson(new Person());
Log.e(TAG,personManger.getPersonList().size()+"");
}
});
}
private void start() {
Intent intent = new Intent(this, ServerSevice.class);
bindService(intent,mServiceConnection,Context.BIND_AUTO_CREATE);
}
private ServiceConnection mServiceConnection = new ServiceConnection() {
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
Log.e(TAG,"connect success");
isConnect = true;
personManger = BinderObj.asInterface(service);
List<Person> personList = personManger.getPersonList();
Log.e(TAG,personList.size()+"");
}
@Override
public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
Log.e(TAG,"connect failed");
isConnect = false;
}
};
}
這樣的話，一次完成的進程間的交互就完成了~是不是感覺沒有想象中那么難辆脸，最后建議大家在不借助 AIDL 的情況下手寫實現(xiàn) Client 和 Server 進程的通信但校，加深對 Binder 通信過程的理解。
本文在寫作過程中參考了蠻多的文章和源碼啡氢，感謝大佬們的無私奉獻状囱，溜了溜了~
參考文章
