Android Binder机制原理

Android Binder机制原理

说起Binder，其实在我们开发中总是没有感觉到它的存在，但是往往在很多地方都间接的在使用它，比如我们再startAcivity的时候，必定要去调用ActivityManagerService，因为我们都知道Activity并不是我们直接new出来的，而是通过这个service创建出来的，然而这个service是处于另外的进程，我们就必须要通过binder获取这个service，告知它去创建一个Activity出来。
诸如binder的使用，在很多地方比比皆是，媒体播放，视音频捕获，调用传感器等等，

Binder是Android系统进程间通信（IPC）方式之一，但是为什么Android不使用Linux本生具有的IPC方式？

优点

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
   首先传统IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID和PID（用户ID进程ID），从而无法鉴别对方身份。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。其实Binder机制主要是在本机内进行跨进程通信，而socket等IPC方式主要是用于跨网络的通信手段，因而socket不能限制了入口和出口，所以从使用场景来看，socket给用户提供的使用范围更广，而binder由于为了保证它的数据安全性，必须限制于android系统的机子中，而且在内核中就已经对UID进行了验证。

原理

为了保护进程空间不被别的进程破坏或者干扰，Linux的进程是相互独立的（进程隔离），而且一个进程空间还分为用户空间和内核（Kernel）空间，相当于把Kernel和上层的应用程序抽像的隔离开。这里有两个隔离，一个进程间是相互隔离的，二是进程内有用户和内核的隔离。

Binder框架定义了四个角色：Server，Client，ServiceManager以及Binder驱动。其中Server，Client，ServiceManager运行于用户空间，驱动运行于内核空间。这四个角色的关系类似：Server是服务器，Client是客户终端，ServiceManager是服务注册中心（类似房屋中介）。

要进行Client-Server之间的通信，从面向对象的角度，在Server内部有一个Binder实体，在Client内部有一个Binder对象的引用，其实就是Binder的一个代理，Client通过对Binder引用间接的操作Server内部的Binder实体，这样就实现了通信。

但是现在的问题是会有很多个提供不同服务的Server（比如有媒体播放服务，音视频捕获服务等），而且会有很多Client（比如多个应用都要调用媒体播放服务），那么我们怎么才能够实现正确的Client调用正确的Server呢？就好比房客怎么才能够租到自己想要租的房子（联系上房东），这个时候中介就起到重要作用，房东想要出租自己的房子就必须要到中介注册，房客想要租房子就要去中介那里找，同样的道理，这里Client就是房客，Server就是房东，ServiceManager就是房屋中介，每个Server如果要提供服务就必须要去ServiceManager那里去注册，ServiceManager在一张查找表中记录一个Server的名字，对应着Server的引用。Client想要获得Server，必须通过名字到ServiceManager取找Server的引用，获得这个Server的binder引用，通过这个binder引用去和Server通信。

以上便是Binder的架构设计，这种架构设计在很多地方都用到过，如果大家熟悉服务器分布式服务调用就可以很容易理解，dubbo框架其实也就是这种架构，需要一台服务器专门提供服务管理（zookeeper），所有的服务都必须要在zookeeper中注册，其他的节点服务要调用该服务都需要在zookeeper中取取，好的扯远了，我们继续来看具体client-server是怎么实现跨进程通信的。
这就是binder驱动，它为上层Client，Server，ServiceManager之间的通信提供了基础。

fd = open(“/dev/binder”, O_RDWR);
mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

这里使用了linux的系统调用方法mmap()，这里使用mmap创建数据接收的缓存空间。这里必须要说一下mmap方法，mmap()分配的内存除了映射进了接收方进程里，还映射进了内核空间，因而使用copy_from_user()将发送方的缓存数据拷贝到mmap中的内存空间时，其实接收方就可以直接获取这块内存空间了，这样就只需要拷贝一次，而不需要像传统的IPC方式那样，需要copy_from_user将进程1的用户空间拷贝到内核空间，再使用copy_to_user将数据从内核空间拷贝到进程2的用户空间。

上面我们一直在说Client与Server之间的IPC，其实Server与ServiceManager也要通过Binder进行通信，因为本身Server与ServiceManager就在不同的进程中，那么问题来了，刚刚说Server去ServiceManager注册，这个过程是怎么实现的呢，其实这个通信还是binder实现的，只是ServiceManager充当了Server的角色不用注册而已，我们注册的的目的是为了让Client找到正确的Server，但是ServiceManager只有一个，我们这个时候就可以将ServiceManager创建的binder引用定死，android系统在启动的时候就已经创建了ServiceManager的binder(通过调用BINDER_SET_CONTEXT_MGR告诉系统该进程是ServiceManager进程)，而且每个Client都知道这个binder的引用代号为0，所以每个Client就可以直接获得这个binder引用，而不需要从其他地方获取。

Binder的线程管理

每个Binder的Server进程会创建很多线程来处理Binder请求，可以简单的理解为创建了一个Binder的线程池吧（虽然实际上并不完全是这样简单的线程管理方式），而真正管理这些线程并不是由这个Server端来管理的，而是由Binder驱动进行管理的。

一个进程的Binder线程数默认最大是16，超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。理解这一点的话，你做进程间通信时处理并发问题就会有一个底，比如使用ContentProvider时（又一个使用Binder机制的组件），你就很清楚它的CRUD（创建、检索、更新和删除）方法只能同时有16个线程在跑。