Android Binder机制

1、binder是什么

Binder的英文原意是“胶水”的意思，其实很形像了。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通信的过程，整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。形形色色的Binder对象以及星罗棋布的引用仿佛粘接各个应用程序的胶水。

要理解binder当然要从Linux说起。

2、Linux基础

为了保护进程空间不被别的进程破坏或者干扰，Linux中的进程是相互独立的，也就是所谓的进程隔离。（而且一个进程的内存空间还被分为了用户空间和内核空间，二者也是相互隔离的。这里不做探讨）所以在Linux中，进程与进程之间是相互隔离的，而且进程中的用户和内核空间也是隔离的。

用户空间访问内核空间的唯一方式就是系统调用；通过这个统一入口接口，所有的资源访问都是在内核的控制下执行，以免导致对用户程序对系统资源的越权访问，从而保障了系统的安全和稳定。

也就是说为了安全和独立，一个进程是不能直接操作或者访问另外一个进程的内存空间的。他们之间既然是隔离的，在需要通信、协作的时候就需要使用进程间通信技术（即IPC，也称跨进程通信），我们都知道Android框架是建立在Linux之上的，当然也会面对进程间通讯的问题。

3、为什么要用binder呢？

在传统的Linux上，我们还是有很多选择可以用来实现进程间通信，如管道、SystemV、Socket等。那么Android为什么不使用这些原有的技术，而是要使开发一种新的叫Binder的进程间通信机制呢？

主要有两个方面的原因：

1. 性能方面
   在移动设备上（性能受限制的设备，比如要省电），广泛地使用跨进程通信对通信机制的性能有严格的要求，Binder相对出传统的Socket方式，更加高效。Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，共享内存方式一次内存拷贝都不需要，但实现方式又比较复杂。

2. 安全方面
   传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证，比如Socket通信ip地址是客户端手动填入，很容易进行伪造，而Binder机制从协议本身就支持对通信双方做身份校检，因而大大提升了安全性。

还有一些好处，如实现面象对象的调用方式，在使用Binder时就和调用一个本地实例一样。

binder运行机制

Binder基于Client-Server通信模式，除了Client端和Server端，还有两角色一起合作完成进程间通信功能。

Binder通信的四个角色：

• Client进程：使用服务的进程。
• Server进程：提供服务的进程。
• ServiceManager进程：ServiceManager的作用是将字符形式的Binder名字转化成Client中对该Binder的引用，使得Client能够通过Binder名字获得对Server中Binder实体的引用。
• Binder驱动：驱动负责进程之间Binder通信的建立，Binder在进程之间的传递，Binder引用计数管理，数据包在进程之间的传递和交互等一系列底层支持。

初次接触这些概念可能会觉得难于理解，读者可以把四个角色和熟悉的互联网进行类比：Server是服务器，Client是客户终端，ServiceManager是域名服务器（DNS），驱动是路由器。这样类比，你很容易就能理解下图：

Binder的运行机制就很好理解了，Server进程向Service Manager进程注册服务（可访问的方法接口），Client进程通过Binder驱动可以访问到Server进程提供的服务。Binder驱动管理着Binder之间的数据传递，这个数据的具体格式由Binder协议定义（可以类比为网络传输的TCP协议）。并且Binder驱动持有每个Server在内核中的Binder实体，并给Client进程提供Binder的引用。

Binder跨进程传输并不是真的把一个对象传输到了另外一个进程；传输过程好像是Binder跨进程穿越的时候，它在一个进程留下了一个真身，在另外一个进程幻化出一个影子（这个影子可以很多个）；Client进程的操作其实是对于影子的操作，影子利用Binder驱动最终让真身完成操作。

每个Android的进程，只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间。对应一个4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间，当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间彼此是不能共享的，而内核空间却是可共享的。Client进程向Server进程通信，恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的，Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法跟内核空间的驱动进行交互。

举例分析

首先我们看看我们的程序跨进程调用系统服务的简单示例，实现浮动窗口部分代码：

//获取WindowManager服务引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);  
//布局参数layoutParams相关设置略...
View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null);  
//添加view
wm.addView(view, layoutParams);

系统服务都是运行在systemServer进程中，因此我们调用系统服务都是跨进程的调用。第2行代码中，得到的wm是WindowManager对象的引用，第6行调用WindowManager的addView函数，将触发远程调用，调用的是运行在systemServer进程中的WindowManager的addView函数。那么addView函数做了什么呢?我们继续看。

代码执行过程

假设你已经创建好服务端类MyService、客户端类MyClient。在客户端持有MyService的引用，并且调用了MyService的func函数，那么Android内部调用过程如下：

代码调用过程

看了这个图以后，相信你对你的代码在调用远程进程函数时有个全局的认识。这张图有一点很重要，就是客户端当前线程会被挂起！因此，如果远程进程是执行长时间的运算，请不要使用主线程去调用远程函数，以防止ANR。

Binder的C/S架构

上面一节我们对远程进程调用代码执行过程有个初步了解，在Android开发中，我们大量使用到了系统Service，比如媒体播放、各种传感器以及WindowManagerService等等等等（太多了~）。那么Android是怎么管理这些服务，并且让用户跨进程调用这些服务呢？首先我们看看调用系统服务的过程。在Android开机启动过程中，Android会初始化系统的各种Service，并将这些Service向ServiceManager注册（即让ServiceManager管理）。客户端想要得到具体的Service直接向ServiceManager要即可。客户端首先向ServiceManager查询得到具体的Service引用，然后通过这个引用向具体的服务端发送请求，服务端执行完成后就返回。

Binder驱动实现原理

服务端跨进程的类都要继承Binder类。我们所持有的Binder引用(即服务端的类引用)并不是实际真实的远程Binder对象，我们的引用在Binder驱动里还要做一次映射。也就是说，设备驱动根据我们的引用对象找到对应的远程进程。客户端要调用远程对象函数时，只需把数据写入到Parcel，在调用所持有的Binder引用的transact()函数，transact函数执行过程中会把参数、标识符（标记远程对象及其函数）等数据放入到Client的共享内存，Binder驱动从Client的共享内存中读取数据，根据这些数据找到对应的远程进程的共享内存，把数据拷贝到远程进程的共享内存中，并通知远程进程执行onTransact()函数，这个函数也是属于Binder类。远程进程Binder对象执行完成后，将得到的写入自己的共享内存中，Binder驱动再将远程进程的共享内存数据拷贝到客户端的共享内存，并唤醒客户端线程。

Binder机制运用

好了，现在对Binder机制已经理解了，我们再看看Android是怎么运用Binder的。再现前面代码：

//获取WindowManager服务引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);  
//布局参数layoutParams相关设置略...
View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null);  
//添加view
wm.addView(view, layoutParams);

这段代码前面已经出现过。getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);函数内部原理就是向ServiceManager查询标识符为getApplication().WINDOW_SERVICE的远程对象的引用。即WindowManager对象的引用，这个引用的真正实现是WindowManager的某个代理。得到这个引用后，在调用addView时，真正的实现是在代理里面，代理把参数打包到Parcel对象中，然后调用transact函数（该函数继承自Binder），再触发Binder驱动的一系列调用过程。

参考链接：https://www.jianshu.com/p/04a034cbbc27