前言
- 如果你接觸過 跨進程通信 （IPC），那麼你對Binder一定不陌生
- 雖然 網上有很多介紹 Binder的文章，可是存在一些問題：淺顯的討論Binder機制 或 一味講解 Binder源碼、邏輯不清楚，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，即：
1、先從 機制、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型
2、再 從源碼實現角度，分析 Binder在 Android中的具體實現
從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡。
請儘量在PC端而不要在移動端看，否則圖片可能看不清。
目錄
1. Binder到底是什麼？
- 中文即 粘合劑，意思為粘合了兩個不同的進程
- 網上有很多對Binder的定義，但都說不清楚：Binder是跨進程通信方式、它實現了IBinder接口，是連接 ServiceManager的橋樑blabla，估計大家都看暈了，沒法很好的理解
- 我認為：對於Binder的定義，在不同場景下其定義不同
在本文的講解中，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：
- 先從 機制、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型
其中，會詳細分析模型組成中的 Binder驅動
- 再 從源碼實現角度，分析 Binder在 Android中的具體實現
從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡。
2. 知識儲備
在講解Binder前，我們先了解一些Linux的基礎知識
2.1 進程空間劃分
- 一個進程空間分為 用戶空間 & 內核空間（Kernel），即把進程內 用戶 & 內核 隔離開來
- 二者區別：
1、進程間，用戶空間的數據不可共享，所以用戶空間 = 不可共享空間
2、進程間，內核空間的數據可共享，所以內核空間 = 可共享空間
所有進程共用1個內核空間
- 進程內 用戶空間 & 內核空間 進行交互 需通過 系統調用，主要通過函數：
copy_from_user（）：將用戶空間的數據拷貝到內核空間copy_to_user（）：將內核空間的數據拷貝到用戶空間
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，即Android的進程是相互獨立、隔離的
- 跨進程通信（ IPC ）即進程間需進行數據交互、通信
- 跨進程通信的基本原理
a. 而Binder的作用則是：連接 兩個進程，實現了mmap()系統調用，主要負責 創建數據接收的緩存空間 & 管理數據接收緩存b. 注：傳統的跨進程通信需拷貝數據2次，但Binder機制只需1次，主要是使用到了內存映射，具體下面會詳細說明
2.5 內存映射
具體請看文章：操作系統：圖文詳解 內存映射
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 基於 Client - Server 模式
3.2 模型組成角色說明
此處重點講解 Binder驅動的作用 & 原理：
- 簡介
- 跨進程通信的核心原理
關於其核心原理：內存映射，具體請看文章：操作系統：圖文詳解 內存映射
3.3 模型原理步驟說明
3.4 額外說明
說明1：Client進程、Server進程 & Service Manager 進程之間的交互 都必須通過Binder驅動（使用 open 和 ioctl文件操作函數），而非直接交互
原因：
1、Client進程、Server進程 & Service Manager進程屬於進程空間的用戶空間，不可進行進程間交互2、Binder驅動 屬於 進程空間的 內核空間，可進行進程間 & 進程內交互所以，原理圖可表示為以下：
虛線表示並非直接交互
說明2： Binder驅動 & Service Manager進程 屬於 Android基礎架構（即系統已經實現好了）；而Client 進程 和 Server 進程 屬於Android應用層（需要開發者自己實現）
所以，在進行跨進程通信時，開發者只需自定義Client & Server 進程 並 顯式使用上述3個步驟，最終藉助 Android的基本架構功能就可完成進程間通信
說明3：Binder請求的線程管理
- Server進程會創建很多線程來處理Binder請求
- Binder模型的線程管理 採用Binder驅動的線程池，並由Binder驅動自身進行管理
而不是由Server進程來管理的
- 一個進程的Binder線程數默認最大是16，超過的請求會被阻塞等待空閒的Binder線程。
所以，在進程間通信時處理併發問題時，如使用ContentProvider時，它的CRUD（創建、檢索、更新和刪除）方法只能同時有16個線程同時工作
- 至此，我相信大家對Binder 跨進程通信機制 模型 已經有了一個非常清晰的定性認識
- 下面，我將通過一個實例，分析Binder跨進程通信機制 模型在 Android中的具體代碼實現方式
即分析 上述步驟在Android中具體是用代碼如何實現的
4. Binder機制 在Android中的具體實現原理
- Binder機制在 Android中的實現主要依靠 Binder類，其實現了IBinder 接口
下面會詳細說明
- 實例說明：Client進程 需要調用 Server進程的加法函數（將整數a和b相加）
即：1、Client進程 需要傳兩個整數給 Server進程2、Server進程 需要把相加後的結果 返回給Client進程
- 具體步驟
下面，我會根據Binder 跨進程通信機制 模型的步驟進行分析
步驟1：註冊服務
- 過程描述
Server進程 通過Binder驅動 向 Service Manager進程 註冊服務 - 代碼實現
Server進程 創建 一個 Binder 對象
1、Binder 實體是 Server進程 在 Binder 驅動中的存在形式2、該對象保存 Server 和 ServiceManager 的信息（保存在內核空間中）3、Binder 驅動通過 內核空間的Binder 實體 找到用戶空間的Server對象
- 代碼分析
<code>
Binder binder = new Stub();
// 步驟1：創建Binder對象 ->>分析1
// 步驟2：創建 IInterface 接口類 的匿名類
// 創建前，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進程需要調用的方法
public int add(int a,int b) {
return a+b;
}
// 實現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，plus）作為（key,value）對存入到Binder對象中的一個Map<string>對象中
// 2. 之後，Binder對象 可根據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用
// 分析完畢，跳出
public class Stub extends Binder {
// 繼承自Binder類 ->>分析2
// 複寫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，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，繼續看步驟2
public class Binder implement IBinder{
// Binder機制在Android中的實現主要依靠的是Binder類，其實現了IBinder接口
// IBinder接口：定義了遠程操作對象的基本接口，代表了一種跨進程傳輸的能力
// 系統會為每個實現了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的能力
void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)；
// 作用：
// 1. 將（descriptor，plus）作為（key,value）對存入到Binder對象中的一個Map<string>對象中
// 2. 之後，Binder對象 可根據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用
IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) ；
// 作用：根據 參數 descriptor 查找相應的IInterface對象（即plus引用）
boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)；
// 定義：繼承自IBinder接口的
// 作用：執行Client進程所請求的目標方法（子類需要複寫）
// 參數說明：
// code：Client進程請求方法標識符。即Server進程根據該標識確定所請求的目標方法
// data：目標方法的參數。（Client進程傳進來的，此處就是整數a和b）
// reply：目標方法執行後的結果（返回給Client進程）
// 注：運行在Server進程的Binder線程池中；當Client進程發起遠程請求時，遠程請求會要求系統底層執行回調該方法
final class BinderProxy implements IBinder {
// 即Server進程創建的Binder對象的代理對象類
// 該類屬於Binder的內部類
}
// 回到分析1原處
}
public interface IPlus extends IInterface {
// 繼承自IInterface接口->>分析4
// 定義需要實現的接口方法，即Client進程需要調用的方法
public int add(int a,int b);
// 返回步驟2
}
// 進程間通信定義的通用接口
// 通過定義接口，然後再服務端實現接口、客戶端調用接口，就可實現跨進程通信。
public interface IInterface
{
// 只有一個方法：返回當前接口關聯的 Binder 對象。
public IBinder asBinder();
}
// 回到分析3原處
/<string>/<string>/<code>
註冊服務後，Binder驅動持有 Server進程創建的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），須 通過Binder驅動 向 ServiceManager進程 獲取相應的Service信息
- 具體代碼實現過程如下：
此時，Client進程與 Server進程已經建立了連接
步驟3：使用服務
Client進程 根據獲取到的 Service信息（Binder代理對象），通過Binder驅動 建立與 該Service所在Server進程通信的鏈路，並開始使用服務
- 過程描述
Client進程 將參數（整數a和b）發送到Server進程Server進程 根據Client進程要求調用 目標方法（即加法函數）Server進程 將目標方法的結果（即加法後的結果）返回給Client進程
- 代碼實現過程
步驟1： Client進程 將參數（整數a和b）發送到Server進程
<code>// 1. Client進程 將需要傳送的數據寫入到Parcel對象中
// data = 數據 = 目標方法的參數（Client進程傳進來的，此處就是整數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"add two int"通過queryLocalIInterface（）查找相應的IInterface對象（即Server創建的plus），Client進程需要調用的相加方法就在該對象中
android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
// reply：目標方法執行後的結果（此處是相加後的結果）
// 2. 通過 調用代理對象的transact（） 將 上述數據發送到Binder驅動
binderproxy.transact(Stub.add, data, reply, 0)
// 參數說明：
// 1. Stub.add：目標方法的標識符（Client進程 和 Server進程 自身約定，可為任意）
// 2. data ：上述的Parcel對象
// 3. reply：返回結果
// 0：可不管
// 注：在發送數據後，Client進程的該線程會暫時被掛起
// 所以，若Server進程執行的耗時操作，請不要使用主線程，以防止ANR
// 3. Binder驅動根據 代理對象 找到對應的真身Binder對象所在的Server 進程（系統自動執行）
// 4. Binder驅動把 數據 發送到Server 進程中，並通知Server 進程執行解包（系統自動執行）
/<code>
步驟2：Server進程根據Client進要求 調用 目標方法（即加法函數）
<code>// 1. 收到Binder驅動通知後，Server 進程通過回調Binder對象onTransact（）進行數據解包 & 調用目標方法
public class Stub extends Binder {
// 複寫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中的數據
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
// b. 根據"add two int"通過queryLocalIInterface（）獲取相應的IInterface對象（即Server創建的plus）的引用，通過該對象引用調用方法
int result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0, arg1);
// c. 將計算結果寫入到reply
reply.writeInt(result);
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
// 2. 將結算結果返回 到Binder驅動
/<code>
步驟3：Server進程 將目標方法的結果（即加法後的結果）返回給Client進程
<code> // 1. Binder驅動根據 代理對象 沿原路 將結果返回 並通知Client進程獲取返回結果
// 2. 通過代理對象 接收結果（之前被掛起的線程被喚醒）
binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0)；
reply.readException();；
result = reply.readInt()；
}
}
/<code>
- 總結
下面，我用一個原理圖 & 流程圖來總結步驟3的內容
5. 優點
對比 Linux （Android基於Linux）上的其他進程通信方式（管道、消息隊列、共享內存、信號量、Socket），Binder 機制的優點有：
- 總結
- 本文主要詳細講解 跨進程通信模型 Binder機制 ，總結如下：
特別地，對於從模型結構組成的Binder驅動來說：
- 整個Binder模型的原理步驟 & 源碼分析
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