Binder原理

1、概述

在Android系统中，涉及到多线程间的通讯，底层都是依赖于Binder IPC机制。例如当进程A中的Activity要想进程吧B中的Service通讯，这便须要依赖于Binder IPC。不只于此，整个Android系统架构中，大量采用Binder机制来做为IPC（进程间通讯，Interprocess Communication）方案。

固然也存在部分其余的IPC方式，如管道、SystemV、Socket等。那么Android为何不使用这个原有技术，而是要开发一种新的Binder的进程间通讯机制呢？

一、为何要使用Binder

• 性能方面

在移动设备上（性能受限制的设备，好比要省电），普遍地使用跨进程通讯对通讯机制的性能有严格的要求，Binder相对于传统的Socket方式，更加高效。

Binder数据拷贝只须要一次，而管道、消息队列、Socket都须要两次，共享内存方式一次内存拷贝都不要，但实现方式又比较复杂。

• 安全方面

传统的进程通讯方式对于通讯双方的身份并无作出严格的验证，好比Socket通讯的IP地址是客户端手动填入，很容易进行伪造。然而，Binder机制从协议自己就支持对通讯双方作身份验校验，从而大大提高了安全性。

2、Binder原理

一、IPC原理

从进场角度来看IPC（Interprocess Communication）机制（图片来源）

每一个Android的进程，只能运行在本身进程所拥有的虚拟地址空间。

如，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。内核空间大小能够经过参数调整，而用户空间进程私有，没法共享，但内核空间是可共享的。

Client进程向Service进程通讯，偏偏是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通讯工做的。

Client端和Service端进程每每采用ioctl等方式与内核空间驱动进行交互。

二、Binder原理

Binder通讯采用C/S架构，从组件视角来讲，包含Client、Service、ServiceManager以及Binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各类服务。架构图以下：（图片来源）

Binder通讯的四个角色

Client进程：使用服务的进程

Service进程：提供服务的进程

ServiceManager进程：ServiceManger的做用是将字符形式的Binder名字转化成Client中对该Binder的引用，使得Client可以经过Binder名字得到对Service中Binder实体的引用。

Binder驱动：驱动负责进程间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。

三、Binder运行机制

图中Client/Service/ServiceManager之间的相互通讯都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通讯，那么一样也是C/S架构，杂图中的3大步骤都对应的Client端与Service端。

• 注册服务（addService）

Service进程要先注册Service到ServiceManager。这个过程：Service是客户端，而ServiceManager是服务端

• 获取服务（getService）
  

Client进程使用某个Service以前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，Service是服务端

• 使用服务
  

Client根据获得的Service信息创建与Service所在的Service进程通讯的道路，而后就能够直接与Service交互。该过程：Client是客户端，Service是服务端。

图中的Client、Service、ServiceManager之间交互都是虚线表示，是因为它们彼此直接不是直接交互的，而是都经过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通讯方式。

其中，Binder驱动位于内核空间，Client、Service、ServiceManager位于用户空间。

Binder驱动和ServiceManager能够看作是Android平台的基础架构，而Client和Service是Android的应用层，开发人员只需自定义实现Client、Service端，借助Android的基础平台架构即可以直接进行IPC通讯。

四、Binder运行的实例解释

首先咱们看看咱们的程序跨进程调用系统服务的简单示例，实现浮动窗口的部分代码：

//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);复制代码

• 注册服务（addService）：在Android开启启动过程中，Android会初始化系统的各类Service，并将这些Service向ServiceManager注册（即让ServiceManager管理）。这一步是系统自动完成的。
  
• 得到服务（getService）：客户端想要获得具体的Service，直接向ServiceManager要便可。客户端首先向ServiceManager查询获得具体的Service引用，一般是Service引用的代理对象，对数据进行一些处理操做。即第2行代码中，获得的wm是WindowManger对象的引用。
• 使用服务：经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。即第6行调用WindowManager的addView方法，将触发远程调用，调用的是运行在systemService进程中的WindowManager的addView方法。

五、使用服务的具体执行过程

1. Client经过得到一个Service的代理接口，对Service进行调用
   
2. 代理接口中定义的方法与Service中定义的方法一一对应
3. Client调用某个代理接口中的方法时，代理接口的方法会将Client传递的参数打包成Parcel对象
4. 代理接口将Parcel发送给内核中的Binder Driver
5. Service会读取Binder Driver中的请求数据，若是是发送给本身的，解包Parcel对象，处理并将结果返回
6. 整个的调用过程是一个同步过程，在Service处理的时候，Client会Block住，所以Client调用过程不该在主线程。