Binder是Android系統(tǒng)進程間通信（IPC）最重要的方式。要想了解Android的系統(tǒng)原理，必須要先對Binder框架有一定的理解。Binder是什么？Binder可以理解為能在進程間進行"通信"的對象,這個通信不是指在不同進程中操作同一個對象，而應(yīng)理解為一種通信協(xié)議。
一、Binder的引入背景
傳統(tǒng)的進程間通信方式有管道，消息隊列，共享內(nèi)存等，其中管道，消息隊列采用存儲-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，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。共享內(nèi)存雖然無需拷貝，但控制復(fù)雜，難以使用。socket作為一款通用接口，其傳輸效率低，開銷大，主要用在跨網(wǎng)絡(luò)的進程間通信和本機上進程間的低速通信。Binder通過內(nèi)存映射的方式，使數(shù)據(jù)只需要在內(nèi)存進行一次讀寫過程。
內(nèi)存映射，簡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，映射成功后，用戶對這段內(nèi)存區(qū)域的修改可以直接反映到內(nèi)核空間，相反，內(nèi)核空間對這段區(qū)域的修改也直接反映用戶空間。那么對于內(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、Binder的通信模型
主要分為4個部分Binder驅(qū)動,Client，Server,ServiceManager（SM）,其中Client，Server,ServiceManager（SM）指的是用戶空間，并且分別在不同的進程。Binder驅(qū)動是內(nèi)核空間，Binder驅(qū)動是一段c語言實現(xiàn)的代碼。
服務(wù)分系統(tǒng)服務(wù)和本地服務(wù)，系統(tǒng)服務(wù)一般指設(shè)備開機時就創(chuàng)建供所有應(yīng)用使用的服務(wù)，如AMS，PMS等，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。
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上進行注冊
- Client想獲取服務(wù)時，先到SM上通過服務(wù)名請求服務(wù)
- 得到對應(yīng)的服務(wù)的引用，通過這個引用進行進一步的通信。
由于Client、Server、SM不在同一個進程，所以都需要借助Binder驅(qū)動完成通信。這其中有幾個關(guān)鍵點。先明確幾個概念，Binder Server對象是指真正的進行服務(wù)的對象，Biner內(nèi)核對象是根據(jù)Binder Server對象在內(nèi)核空間的一種表述方式，因為語言層面不同，所以具體的表現(xiàn)形式也不同。比如用應(yīng)用層表現(xiàn)為Java類或C++類，在內(nèi)核層表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)體了。也可以稱為實體，主要是和引用區(qū)分開，實體只有一個，而引用可以有很多。
- Client、Server、SM不在同一個進程，最初Client和Server怎么得到SM的通信的？
- 具體的注冊流程是怎樣的？
- Binder內(nèi)核對象，BinderProxy對象是同一個對象嗎，有什么聯(lián)系？
首先第一個問題，首先ServiceManage進程本身就是也是采用Binder通信，在系統(tǒng)初始化的時候使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令將自己注冊為ServiceManage，這個過程會在內(nèi)核空間產(chǎn)生一個ServiceManage的Binder實體。而這個Binder就在內(nèi)核的0號引用，其他進程通過0號引用找到ServiceManage的Binder實體，通過內(nèi)存映射就可以和SM建立聯(lián)系。
第二個問題，首先擁有服務(wù)名的Server進程向SM注冊時需要借助Binder驅(qū)動，此時創(chuàng)建了一個在內(nèi)核的實體對象，和Server的對象是不同的結(jié)構(gòu)，但擁有Server實體對象的關(guān)鍵信息，比如可以提供的方法等。這個實體對象有一項數(shù)據(jù)保存Server實體的引用（在內(nèi)存中可以理解為映射的地址），借助Binder驅(qū)動將內(nèi)核中的實體對像的引用和服務(wù)名注冊到SM中，這樣就有這樣一條關(guān)系鏈，SM中服務(wù)名—>內(nèi)核的實體對象的引用—>Server實體對象。
第三個問題，Binder內(nèi)核對象，BinderProxy對象是同一個對象可定不是同一個對象，因為對應(yīng)不同的空間，語言層面都有不一樣，BinderProxy是系統(tǒng)根據(jù)Binder內(nèi)核對象在Cilent進程新建（new）的一個Binder對象，里面包含Binder內(nèi)核對象的關(guān)鍵信息，比如所能提供的方法等，這個對象就和真正遠(yuǎn)程的Server實體對象很相似了，這樣Client對象就能像操作Server實體對象一樣進行操作，不用考慮Server實在遠(yuǎn)程還是本地。但具體方法的實現(xiàn)還要通過代理的方式調(diào)用遠(yuǎn)程對象來實現(xiàn)。一般通過transact()和onTransact()來實現(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);
}
}
}
注冊服務(wù),并指定為遠(yuǎn)程進程
<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注冊信息,這相當(dāng)于是將服務(wù)信息注冊到ServiceManage?？蛻舳擞肐ntent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),就不是同一個對象,可以理解為是通過Binder驅(qū)動得到的一個代理ProxyBinder對象,但看起來和mNoAidlBinder是同一個對象,其實不是的。但如果在一個進程,兩個就是同一個對象。
clientBinder通過transact指定服務(wù)端對應(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,最后會調(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,這個過程對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。
對服務(wù)端,系統(tǒng)會為每個服務(wù)提供線程池,這也容易想到,因為不可能讓不同的服務(wù)為在調(diào)用服務(wù)時相互等待。
2. 使用AIDL來和Service通信AIDL
AIDL實現(xiàn)IPC通信Demo
AIDL即Android Interface Definition Language，Android接口定義語言。它是一種IDL語言，可以拿來生成用于IPC的代碼。
其實就是AIDL文件生成一個幫助類,屏蔽parcel的讀寫細(xì)節(jié),讓客戶端使用者專注于業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。有一點需要注意的是,如果Service不是在一個新的進程,通過IBinder.queryLocalInterface(DESCRIPTOR)的方式得到本地的Binder對象,也就是和onBind返回的對講是同一個，就不會涉及到跨進程通信和Binder驅(qū)動的調(diào)用。這點和不使用AIDL實現(xiàn)IPC是一樣的。
