「Android」Binder机制入门学习笔记

Binder是什么

Binder是一种进程通信机制
Binder是一个虚拟物理设备驱动
Binder是一个能够发起通信的类

为什么需要多进程

提升稳定性
每个进程互相独立，子进程崩溃不会影响主进程的稳定性（微信小程序、插件化插件...）
突破内存限制
虚拟机对每个进程限制了内存大小，让某些组件运行在独立进程中，可以降低OOM的发生概率，也可以降低被系统杀死的概率（加载图片…）
业务需要
某些通信或服务进程需要保活，插件化接入插件开发需要（消息推送进程...）

为什么使用Binder

Linux现有IPC机制

在学习Binder机制前，先简单说说Linux现有的所有进程间IPC机制：

管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限
消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信
共享内存：无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决
套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信
信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段
信号：不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等

对比

从性能的角度数据拷贝次数：Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，但共享内存方式一次内存拷贝都不需要。从性能角度看，Binder性能仅次于共享内存。
从稳定性的角度Binder是基于C/S架构的，Client端有什么需求，直接发送给Server端去完成，架构清晰明朗，Server端与Client端相对独立，稳定性较好；而共享内存实现方式复杂，没有客户与服务端之别，需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题，否则可能会出现死锁等问题。从稳定性角度看，Binder架构优于共享内存。
传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份，安全保护措施完全由上层协议来确保；Android为每个安装好的应用程序分配了自己的UID，故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志，前面提到C/S架构，Android系统中对外只暴露Client端，Client端将任务发送给Server端，Server端会根据权限控制策略，判断UID/PID是否满足访问权限。从安全性角度看，Binder架构优于传统IPC。
Linux是基于C语言（面向过程），而Android是基于Java语言（面向对象），而对于Binder恰恰也符合面向对象的思想，将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法，而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却遍布于系统的各个进程之中。可以从一个进程传给其它进程，让大家都能访问同一Server，就像将一个对象或引用赋值给另一个引用一样。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通信过程，整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。从语言层面的角度看，Binder更适合基于面向对象语言的Android系统，对于Linux系统可能会有点“水土不服”。

	Binder	共享内存	Socket
性能	拷贝一次	无需拷贝	拷贝两次
特点	基于C/S架构，易用性高	控制复杂，易用性差	基于C/S架构，通用接口，传输效率低、开销大
安全	每个App分配UID，同时支持实名和匿名	依赖上层协议，访问接入点是开放的	依赖上层协议，访问接入点是开放的

Binder原理

Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。如下图所示。

无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager（C++），并非指framework层的ServiceManager(Java)。ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家，是Android进程间通信机制Binder的守护进程。当Service Manager启动之后，Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口，才能开始通信服务。

图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S架构，则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。

注册服务(addService)：Server进程要先注册Service到ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。
获取服务(getService)：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManager是服务端。
使用服务：Client根据得到的Service信息建立与Service所在的Server进程通信的通路，然后就可以直接与Service交互。该过程：client是客户端，server是服务端。

图中的Client，Server，Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client，Server，Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现Client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

Binder的应用：AIDL

AIDL = Android Interface Definition Language，主要目的是简化调用Binder的流程。

在Android中使用AIDL需要首先编写xxx.aidl文件，然后Android Studio会根据该.aidl文件自动生成xxx.java文件

手动编写：xxx.aidl

package com.example.serverdemo;

interface IDemoAidlInterface {
  void functionA(int arg);

  void functionB(String arg);
}

自动生成：xxx.java

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 */
package com.example.serverdemo;

public interface IDemoAidlInterface extends android.os.IInterface {
  public void functionA(int arg) throws android.os.RemoteException;

  public void functionB(java.lang.String arg) throws android.os.RemoteException;

  /**
   * Default implementation for IDemoAidlInterface.
   */
  public static class Default implements com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface {
      @Override
      public void functionA(int arg) throws android.os.RemoteException {
      }

      @Override
      public void functionB(java.lang.String arg) throws android.os.RemoteException {
      }

      @Override
      public android.os.IBinder asBinder() {
          return null;
      }
  }

  /**
   * Local-side IPC implementation stub class.
   */
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface {
      static final int TRANSACTION_functionA = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
      static final int TRANSACTION_functionB = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
      private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface";

      /**
       * Construct the stub at attach it to the interface.
       */
      public Stub() {
          this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
      }

      /**
       * Cast an IBinder object into an com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface interface,
       * generating a proxy if needed.
       */
      public static com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface asInterface(android.os.IBinder obj) {
          if ((obj == null)) {
              return null;
          }
          android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
          if (((iin != null) && (iin instanceof com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface))) {
              return ((com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface) iin);
          }
          return new com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface.Stub.Proxy(obj);
      }

      public static boolean setDefaultImpl(com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface impl) {
          // Only one user of this interface can use this function
          // at a time. This is a heuristic to detect if two different
          // users in the same process use this function.
          if (Stub.Proxy.sDefaultImpl != null) {
              throw new IllegalStateException("setDefaultImpl() called twice");
          }
          if (impl != null) {
              Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
              return true;
          }
          return false;
      }

      public static com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface getDefaultImpl() {
          return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
      }

      @Override
      public android.os.IBinder asBinder() {
          return this;
      }

      @Override
      public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {
          java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
          switch (code) {
              case INTERFACE_TRANSACTION: {
                  reply.writeString(descriptor);
                  return true;
              }
              case TRANSACTION_functionA: {
                  data.enforceInterface(descriptor);
                  int _arg0;
                  _arg0 = data.readInt();
                  this.functionA(_arg0);
                  reply.writeNoException();
                  return true;
              }
              case TRANSACTION_functionB: {
                  data.enforceInterface(descriptor);
                  java.lang.String _arg0;
                  _arg0 = data.readString();
                  this.functionB(_arg0);
                  reply.writeNoException();
                  return true;
              }
              default: {
                  return super.onTransact(code, data, reply, flags);
              }
          }
      }

      private static class Proxy implements com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface {
          public static com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface sDefaultImpl;
          private android.os.IBinder mRemote;

          Proxy(android.os.IBinder remote) {
              mRemote = remote;
          }

          @Override
          public android.os.IBinder asBinder() {
              return mRemote;
          }

          public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
              return DESCRIPTOR;
          }

          @Override
          public void functionA(int arg) throws android.os.RemoteException {
              android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
              android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
              try {
                  _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                  _data.writeInt(arg);
                  boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_functionA, _data, _reply, 0);
                  if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
                      getDefaultImpl().functionA(arg);
                      return;
                  }
                  _reply.readException();
              } finally {
                  _reply.recycle();
                  _data.recycle();
              }
          }

          @Override
          public void functionB(java.lang.String arg) throws android.os.RemoteException {
              android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
              android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
              try {
                  _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                  _data.writeString(arg);
                  boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_functionB, _data, _reply, 0);
                  if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
                      getDefaultImpl().functionB(arg);
                      return;
                  }
                  _reply.readException();
              } finally {
                  _reply.recycle();
                  _data.recycle();
              }
          }
      }
  }
}

通过Binder进行进程通信的关键，在于自动生成的xxx.java文件，而非xxx.aidl文件，后者只是为了简化开发者编写生成前者的操作。

在文件编写生成完成后，在Android中使用AIDL进行远程调用的关键动作为以下三个：

client端绑定server端服务
client端获取server端IBinder对象
client端远程调用server端接口

client端绑定server端服务

client端获取server端IBinder对象

com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface.Stub#asInterface

如果客户端与服务端处于同进程：

return ((com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface) iin);

如果客户端与服务端处于异进程：

return new com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface.Stub.Proxy(obj);

client端远程调用server端接口

参考与推荐

http://gityuan.com/2015/10/31...

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