Android Binder机制介绍

Posted 2020-08-02 无名小卒zc

做过android开发的同学可能有些体会，入门初期，工作内容主要是实现各式各样的UI界面，以及实现应用的业务逻辑。在这个阶段，我们会逐渐熟悉View系统，逐渐学会实现各种各样的界面以及动画效果。再往后，当我们想更深入的学习android系统，比如学习android四大组件的启动过程、AMS、PMS等等时，都会遇到一个叫做Binder的东西。结合笔者的经验，Binder可以说是深入理解Android系统的重要基础。binder作为android系统进程间通信的机制，贯穿在方方面面。我们平时使用最多的startActivity、startService都是通过binder机制与AMS所在进程进行通信。本文主要对Binder机制的体系结构作简要介绍，相信读者看完后，会对binder有一个总体上的理解与把握。

 

注：笔者初学binder时，曾经看过一些binder介绍的文章，并且过早的纠结于一些文章中的binder代码细节，感觉非常吃力。本文仅从宏观上对binder机制进行介绍。相信读者先理解了binder的总体结构后，再去深入细节，学习效果会更好。

 

Binder是什么、能做什么？

Binder是android系统里面的进程间通信机制。androd系统中，不同的app运行在不同的进程中，同一个app的不同组件也可能运行在不同的进程中（androidManifest文件中android:process)。当一个进程想为其它进程提供服务时，就需要通过进程间通信的方式来提供服务。打个比方：我们有一个APP1，里面有个service组件可以提供计算器的服务。当另外一个APP2也想使用APP1里面的service的计算器的服务时，由于不同的APP运行在不同的进程中，所以，APP2是无法直接使用APP1里面的service。由于跨越了进程，只能通过进程间通信机制来完成。

再说的形象点，APP1所在进程有一个对象object1，其中有一个方法method1。 APP2所在的另外一个进程，想使用object1的method1方法。binder可能帮助我们在APP2所在进程拿到一个object1对象的引用，使我们能够像调用本地对象一样，通过object1.method1()直接调用。利用binder，我们可以突破进程的限制，将对象传给其它进程，让其它进程方便调用对象的方法。

 

为什么用Binder？

理解了binder是什么、能做什么后，大家可能会有疑问：android系统基于Linux，linux本身具有很多的进程间通信方式可供选择，为什么android不使用linux自带的一个进程间通信方式，而新创造了一个binder？是重复造轮子吗？

Linux自带的进程间通信方式有：文件、signal、socket、Pipe、共享内存...,  为什么使用Binder？笔者总结原因有两大方面：

1 历史原因。Binder最早并不是为Android系统而设计的，最开始有一个OpenBinder的东西，用在一个叫做Palm Cobaltw的为内核操作系统上。后来，Palm Cobaltw移植到了Linux系统上，OpenBinder也跟着移植了过来。Google在组建Android开发团队的时候，聘请了一位叫做Dianne Hackborn的工程师，而他就是OpenBinder的核心人员。后面在做android进程间通信时，发现binder很合适，就理所当然的在android系统上使用了Binder。

2 binder自身的一些特点和优势。Binder实现进程间通信时，在安全性和效率方面，都很合适用在android系统中。关于这点，先有个印象即可。

 

Binder有哪些组成部分？

一个Binder系统由四部分组成：Binder客户端、Binder服务端、Binder驱动、服务登记查询模块

Binder客户端：想要使用服务的进程

Binder服务端：实际提供服务的进程

Binder驱动：我们在客户端先通过Binder拿到一个服务端进程中的一个对象的引用，通过这个引用，直接调用对象的方法获取结果。在这个引用对象执行方法时，它是先将方法调用的请求传给binder驱动；然后binder驱动再将请求传给服务端进程；服务端进程收到请求后，调用服务端“真正”的对象来执行所调用的方法；得出结果后，将结果发给binder驱动；binder驱动再将结果发给我们的客户端；最终，我们在客户端进程的调用就有了返回值。Binder驱动，相当于一个中转者的角色。通过这个中转者的帮忙，我们就可以调用其它进程中的对象。

服务登记查询模块：我们调用其它进程里面的对象时，首先要获取这个对象。这个对象其实代表了另外一个进程能给我们提供什么样的服务（再直接一点，就是：对象中有哪些方法可以让客户端进程调用）。首先服务端进程要在某个地方注册登记一下，告诉系统我有个对象可以公开给其它进程来提供服务。当客户端进程需要这个服务时，就去这个登记的地方通过查询来找到这个对象。

 

Binder各部分是如何工作的？

下面从客户端进程的角度来看看binder的工作机制

作为客户端进程，仅仅是想使用服务端进程提供的服务而已：

 

但是由于进程的隔离性，Client所在的ProcessA是不能读写Service所在的ProcessB中的内容，但系统内核可以，而Binder驱动就是运行在内核态。Binder驱动帮我们中转请求即可：

 

有了Binder驱动后，对于Client端和Service端，需要额外专门与Binder驱动打交道，为了帮Client和Service端屏蔽掉与Binder驱动打交道这件很low的工作，我们可以分别为Client和Service设计一个代理，让他们只与代理打交道即可，将与Binder驱动打交道的任务放在代理里面：

读者可能要问，如果要自己实现Client端和Service端，通过上面的方式，虽然逻辑上独立出来了两个代理（客户端代理的Proxy、服务端的代理Stub），这两个代理还不是要自己实现？如果还是要自己实现，那分出来又有实际的意义？

AndroidSDK为我们提供了一个AIDL工具。我们只要新建一个AIDL文件，像创建普通interface一样（略有不同）在里面定义接口方法。定义好之后，androidSDK会根据aidl里面的接口定义，自动为我们生成一个java文件，其中就包括客户端代理Proxy和服务端代理Stub，并且自动生成了与Binder驱动通信的代码，是不是很爽。上面的图片中，之所以将客户端代理叫做Proxy，服务端代理叫做Stub，就是因为aidl自动生成的代理中，两个代理的类名就是Proxy和Stub。我们在做的实际工作就只有真正的服务功能逻辑了。

 

再更近一步的想想，对于客户端而言，更理想的状态是，客户端完全不用知道调用的对象是一个本地对象，还是一个服务端进程中的对象。按照上面的图片，客户端显然知道自己调用的是远程对象，所以通过一个Proxy来调。我们在开发android应用程序的过程中，都会用到一些系统提供的XXXManager（ActivityManager、PackageManager、WifiManager、PowerManager等等），而这些manager所要实现的目的之一，正是帮Client屏蔽掉Binder的实现细节。有了这些Manager，Client在使用时，首先通过getServiceManager(xxx)获取一个manager对象，后面就直接调用manager中封装好的服务方法即可。这样以来，manager内部实际上还是通过客户端代理，通过binder驱动来跟运行在另外一个进程中的xxxService来通信，但对于Client来说，完全不用知道。如下图：

对于一些系统服务，ActivityManager、PackagerManager等等，不光为Client屏幕了Binder相关细节，还可以对真正的服务端对象提供的服务API进行过滤和控制，可以只为Client暴露一个服务API的子集。

 

最后一个疑问：到上面的图片所讲的内容为止，前提条件是Client先获取到了一个Proxy或者Manager，然后才完成后面的进程间通信。那到底Client是如何获取到Manager或者Proxy呢？

首先以一些系统服务为例：

前面提到，Binder机制的四个组成部分中，有一个是“服务登记查询模块”，对应上图中的Context Manager，在Android系统中运行时的进程名为：servicemanager。在所有服务进程中，servicemanager第一个启动，原因也不难理解，如果其它服务进程先于servicemanager启动，到哪里去注册？

 

如上图所示，假设Service所在的进程ProcessB在servicemanager进程启动后启动，ProcessB需要向servicemanager注册。“注册”这个动作，本质也是要跨进程通信，从ProcessB到servicemanager，这时，Service成为了本次跨进程通信的客户端，ContextManager成为了服务端。客户端到服务端的通信，按前面讲到的内容，需要一个Proxy或者Manager。这个Proxy或者Manager从哪里获取呢？问题好像陷入了循环死锁？因为ContextManager的特殊地位，读者可以理解为系统对它有点特殊待遇，Service可以从一个全局固定的地方直接去拿Proxy或者Manager，而不用像Client那样通过查询来获取Proxy/Manager。拿到了客户端代理，具体注册的通信过程如上文所讲，不再重复。到这里为止，Service就成功注册到了ContextManager中。

 

客户端Client初始化Manager时，manager也像刚才的Service，直接从某个固定的地方拿到ContextManager的代理，通过代理，去查询ContextManager，获取一个“提供所要服务的代理对象”。manager有了这个对象，Client就可以通过manager来使用服务了，调用逻辑如图：

 

当自己来实现Client和Service时，Client如何获取Proxy代理对象？

先讲一下实现方式：一般我们会在App中通过Service组件的方式来创建一个服务。其它App通过BindService的方式连接到Service，通过onServiceConnected回调就能获取Proxy代理对象。具体实现可参考：http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/17041691

 

总结

本文简要介绍了Binder跨进程通信机制的逻辑，希望能帮助初学Binder的同学快速入门，提交学习效率。文中使用的图片以及讲解思路，来自于这个文档：

http://events.linuxfoundation.org/images/stories/slides/abs2013_gargentas.pdf，加进去一些笔者自己的思考和总结。一些地方如果有错误，欢迎指正交流。

另外推荐一篇binder入门的文章：http://weishu.me/2016/01/12/binder-index-for-newer/