3分钟带你看懂android的Binder机制

时间 2019-11-07

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一.引言

最近一段时间因为工做，接触到framework部分比较多一点，也不免要和Binder打一些交道，也整理了一些相关知识，但准备写这篇文章时，仍是有些慌。并且关于整个Binder机制的复杂程度不是三言两语能描叙清楚的，也惧怕本身的理解有些误差，误导一些朋友（ps:反正也没人看....扎心）因此也参考了不少资料。html

本文主要站在Android开发的角度来大体解析下Binder在java层的一些知识原理，给你们脑子造成一个完整的概念，好比AIDL的实现原理，Binder是怎么通讯的等等，文章文字较多，请耐心观看java

熟悉的朋友能够看看下篇，将介绍Activity的启动流程以及Android中的Hook技术:linux

震惊！Activity不用注册？手把手教你Hook缓存

二.Binder概述

2.1 Android为何选择Binder

Android是基于Linux内核的，因此Android要实现进程间的通讯，其实大可以使用linux原有的一些手段，好比管道，共享内存，socket等方式，可是Android仍是采用了Binder做为主要机制，说明Binder具备无可比拟的优点。安全

其实进程通讯大概就两个方面因素，一者性能方面，传输效率问题，传统的管道队列模式采用内存缓冲区的方式，数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，而后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程，而socket都知道传输效率低，开销大，用于跨网络进程交互比较多，共享内存虽然无需拷贝。bash

两者这是安全问题，Android做为一个开放式，拥有众多开发者的的平台，应用程序的来源普遍，确保终端安全是很是重要的，传统的IPC通讯方式没有任何措施，基本依靠上层协议，其一没法确认对方可靠的身份，Android为每一个安装好的应用程序分配了本身的UID，故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志，传统的IPC要发送相似的UID也只能放在数据包里，但也容易被拦截，恶意进攻，socket则须要暴露本身的ip和端口，知道这些恶意程序则能够进行任意接入。服务器

综上所述，Android须要一种高效率，安全性高的进程通讯方式，也就是Binder，Binder只须要一次拷贝，性能仅次于共享内存，并且采用的传统的C/S结构，稳定性也是没得说，发送添加UID/PID，安全性高。网络

2.2 Binder实现机制

2.2.1进程隔离

咱们知道进程之间是没法直接进行交互的，每一个进程独享本身的数据，并且操做系统为了保证自身的安全稳定性，将系统内核空间和用户空间分离开来，保证用户程序进程崩溃时不会影响到整个系统，简单的说就是，内核空间（Kernel）是系统内核运行的空间，用户空间（UserSpace）是用户程序运行的空间。为了保证安全性，它们之间是隔离的，因此用户空间的进程要进行交互须要经过内核空间来驱动整个过程。socket

2.2.2 C/S结构

Binder是基于C/S机制的，要实现这样的机制，server必须须要有特定的节点来接受到client的请求，也就是入口地址，像输入一个网址，经过DNS解析出对应的ip，而后进行访问，这个就是server提供出来的节点地址，而Binder而言的话，与传统的C/S不太同样，Binder自己来做为Server中提供的节点，client拿到Binder实体对象对应的地址去访问Server，对于client而言，怎么拿到这个地址并创建起整个通道是整个交互的关键所在，并且Binder做为一个Server中的实体，对象提供一系列的方法来实现服务端和客户端之间的请求，只要client拿到这个引用就能够或者一个有着该方法代理对象的引用，就能够进行通讯了。ide

引用Android Bander设计与实现 - 设计篇一段话来总结：

面向对象思想的引入将进程间通讯转化为经过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法，而其独特之处在于Binder对象是一个能够跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却遍及于系统的各个进程之中。最诱人的是，这个引用和java里引用同样既能够是强类型，也能够是弱类型，并且能够从一个进程传给其它进程，让你们都能访问同一Server，就象将一个对象或引用赋值给另外一个引用同样。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通讯过程，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，这也是Binder在英文里的原意。

2.2.3 Binder通讯模型

Binder基于C/S的结构下，定义了4个角色：Server、Client、ServerManager、Binder驱动，其中前三者是在用户空间的，也就是彼此之间没法直接进行交互，Binder驱动是属于内核空间的，属于整个通讯的核心，虽然叫驱动，可是实际上和硬件没有太大关系，只是实现的方式和驱动差很少，驱动负责进程之间Binder通讯的创建，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。

ServerManager的做用？

咱们知道ServerManager也是属于用户空间的一个进程，主要做用就是做为Server和client的桥梁，client能够ServerManager拿到Server中Binder实体的引用，这么说可能有点模糊，举个简单的例子，咱们访问，www.baidu.com，百度首页页面就显示出来了，首先咱们知道，这个页面确定是发布在百度某个服务器上的，DNS经过你这个地址，解析出对应的ip地址，再去访问对应的页面，而后再把数据返回给客户端，完成交互。这个和Binder的C/S很是相似，这里的DNS就是对应的ServerManager，首先，Server中的Binder实体对象，将本身的引用（也就是ip地址）注册到ServerManager，client经过特定的key（也就是百度这个网址）和这个引用进行绑定，ServerManager内部本身维护一个相似MAP的表来一一对应，经过这个key就能够向ServerManager拿到Server中Binder的引用，对应到Android开发中，咱们知道不少系统服务都是经过Binder去和AMS进行交互的，好比获取音量服务：

AudioManager am = (AudioManager)context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);

细心的朋友应该发现ServerManager和Server也是两个不一样的进程呀，Server要向ServerManager去注册不是也要涉及到进程间的通讯吗，当前实现进程间通讯又要用到进程间的通讯，你这不是扯犊子吗....莫急莫急，Binder的巧妙之处在于，当ServerManager做为Serve端的时候，它提供的Binder比较特殊，它没有名字也不须要注册，当一个进程使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令将本身注册成SMgr时Binder驱动会自动为它建立Binder实体，这个Binder的引用在全部Client中都固定为0而无须经过其它手段得到。也就是说，一个Server若要向ServerManager注册本身Binder就必需经过0这个引用号和ServerManager的Binder通讯,有朋友又要问了，server和client属于两个不一样的进程，client怎么能拿到server中对象，不妨先看看下面的交互图

从上图很清晰的能够看出来整个的交互过程，本来从SM中拿到binder的引用，经过Binder驱动层的处理以后，返回给了client一个代理对象，实际上若是client和server处于同一个进程，返回的就是当前binder对象，若是client和server不处于同一个进程，返回给client的就是一个代理对象，这一点，有兴趣能够看下源码。

2.2.4 Binder角色的定位

Binder本质上只是提供了一种通讯的方式，和咱们具体要实现的内容没有关系，为了实现这个服务，咱们须要定义一些接口，让client可以远程调用服务，由于是跨进程，这时候就要设计到代理模式，以接口函数位基准，client和server去实现接口函数，Server是服务真正的实现，client做为一个远程的调用。

从Server进程来看，Binder是存在的实体对象，client经过transact()函数，通过Binder驱动，最终回调到Binder实体的onTransact()函数中。
从 Client进程的角度看，Binder 指的是对 Binder 代理对象，是 Binder 实体对象的一个远程代理，经过Binder驱动进行交互

3.手写进程通讯

上面说了那么多，你们伙也看累了，下面经过代码的形式让你们对Binder加深点理解，平常开发中，涉及到进程间通讯的话，咱们首先想到的可能就是AIDL，但不知道有没有和我感受同样的朋友。。第一次写AIDL是蒙蔽的，经过.aidl文件，编译器自动生成代码，生成一个java文件，里面又有Stub类，里面还有Proxy类，彻底不理解里面的机制，确实不便于咱们理解学习，为了加深理解，咱们抛弃aidl，手写一个通讯代码。

首先咱们要定义一个接口服务，也就是上述的服务端要具有的能力来提供给客户端,定义一个接口继承IInterface，表明了服务端的能力

public interface PersonManger extends IInterface {
    void addPerson(Person mPerson);
    List<Person> getPersonList();
}
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接下来咱们就要定义一个Server中的Binder实体对象了，首先确定要继承Binder，其次须要实现上面定义好的服务接口

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;
    }
    
}
复制代码

首先咱们看asInterface方法，Binder驱动传来的IBinder对象，经过queryLocalInterface方法，查找本地Binder对象，若是返回的就是PersonManger，说明client和server处于同一个进程，直接返回，若是不是，返回给一个代理对象。

固然做为代理对象，也是须要实现服务接口

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;
    }
}
复制代码

这里的代理对象实质就是client最终拿到的代理服务，经过这个就能够和Server进行通讯了，首先经过Parcel将数据序列化，而后调用 remote.transact()将方法code，和data传输过去，对应的会回调在在Server中的onTransact()中

而后是咱们的Server进程,onBind方法返回mStub对象，也就是Server中的Binder实体对象

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;
        }
    };
}
复制代码

最终咱们在客户端进程，bindService传入一个ServiceConnection对象，在与服务端创建链接时，经过咱们定义好的BinderObj的asInterface方法返回一个代理对象，再调用方法进行交互

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;
        }
    };
}
复制代码

这样的话，一次完成的进程间的交互就完成了~是否是感受没有想象中那么难，最后建议你们在不借助 AIDL 的状况下手写实现 Client 和 Server 进程的通讯，加深对 Binder 通讯过程的理解。

本文在写做过程当中参考了蛮多的文章和源码，感谢大佬们的无私奉献，溜了溜了~

参考文章