「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
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</pre>
如果客户端与服务端处于同进程：
return ((com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface) iin);</pre>
如果客户端与服务端处于异进程：
return new com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface.Stub.Proxy(obj);</pre>
client端远程调用server端接口
参考与推荐
http://gityuan.com/2015/10/31…
最后
由于水平有限，有错误的地方在所难免，未免误导他人，欢迎大佬指正！码字不易，感谢大家的点赞关注！有一起学习的小伙伴可以关注下我的公众号——【❤️程序猿养成中心❤️】每周会定期做关于Android的技术分享。