一个Binder的前生今世 （一）：Service的创建

一个Binder的前生今世

目前介绍binder的文章很多，但是大部分都是分层来介绍的，从驱动再到Service manager等，这些文章对研究binder的机制给了很多的帮助和教学，但是这些大部分是从系统的角度去阐述binder机制的，作为应用开发者，希望能有一个从应用开发角度去理解 binder 和其机制的介绍文章，比如从binder的生命周期角度去了解等，遂产生了这系列文章的想法

Binder的历史 （字面意义的前生今世）

binder 的前身是 OpenBinder，它是一种基于对象的分布式组件框架，最早由 BeOS 公司开发，后来被 Palm 公司收购，并用于 Palm OS Cobalt 系统。OpenBinder 采用了一种类似于 COM 或 CORBA 的模型，将跨进程通信抽象为对象之间的方法调用，提供了一套完整的接口和协议来实现对象的创建、引用、继承、代理等功能。

OpenBinder 在 Palm OS Cobalt 系统中并没有得到广泛的应用，而是被 Google 公司收购，并用于 Android 系统中。Google 公司对 OpenBinder 进行了大量的修改和优化，使其更适合移动设备的特点和需求。主要的改变有以下几点：

提供了 Java 语言的绑定。
将 OpenBinder 的对象模型简化为引用计数模型，并去掉了继承、代理等复杂的功能。
将 OpenBinder 的通信协议简化为四种基本类型：数据、命令、句柄和文件描述符，并使用 Parcel 类来打包和解包数据。
将 OpenBinder 的驱动程序从用户空间移动到内核空间，并使用 mmap 和 ioctl 来进行内存映射和控制。
经过这些改变后，OpenBinder 就变成了我们现在所熟知的 binder，它成为了 Android 系统中最重要的跨进程通信机制之一。

Binder的生命周期（抽象意义的前生今世）

binder 的生命周期是指一个 binder 对象从创建到销毁的过程，它涉及到多个进程和线程之间的交互和协作。binder 的生命周期主要包括以下几个阶段：

创建：一个进程或线程可以通过继承 BBinder 类或实现 IBinder 接口来创建一个本地端 binder 对象，并通过注册到 service manager 或写入到 Parcel 中来将其传递给其他进程或线程。
获取：一个进程或线程可以通过查询 service manager 或读取 Parcel 中来获取一个远端 binder 对象的句柄，并通过继承 BpBinder 类或使用 Proxy 类来与之通信。
调用：一个进程或线程可以通过调用 transact 方法来向一个远端 binder 对象发送数据和命令，并等待其返回结果。
响应：一个进程或线程可以通过重写 onTransact 方法来接收并处理来自一个远端 binder 对象的数据和命令，并返回结果。
销毁：一个进程或线程可以通过调用 unlinkToDeath 方法来取消对一个远端 binder 对象的引用，并释放其资源。当一个远端 binder 对象没有任何引用时，它就会被销毁。

在本系列博客中，将会介绍每个阶段的具体实现和源码分析，以及一些相关的概念，例如：IBinder， IInterface, BinderProxy， Binder， BBinder，BpBinder,，Parcel，ProcessState，IPCThreadState 等以及它们的关系。希望您能够通过这系列文章对 binder 的前生今世和生命周期有一个具体的了解和概念。

Binder 应用及系统层关系图

先来上一张图：

上图描述了Binder在应用层的架构设计，和与C++层的具体的Binder类的关系以及与系统层（RuntimeLayer， 也可以叫AppLayer，这两个类是在一个application中共享的实例）Binder机制的关系。

Binder应用层的架构设计

先来总体介绍下： binder的总体架构主要就是C/S 架构。那么binder的C/S架构是如何设计的呢？我们接着看

Binder应用层架构设计主要采用了Proxy模式，主要分为三部分：

1. IBinder接口，主要代表了binder实体的抽象，打个比方就类似于通话人员的对讲机，通讯双方（客户端，服务端）都需要通过这个binder实体来实现通讯。
2. IInterface接口，主要是提供给定义具体服务接口的IMyService接口来继承的，通过它可以获取binder，也就是拿到对讲机。
3. IMyService接口， 是一个Proxy模式的实现，具体代表的通讯双方预定好的可以具体提供哪些服务，可以理解为对讲机两端人员的暗号约定，只有约定的暗号，两端的人员才能识别，不然无法识别。它在客户端的代表就是MyService.stub.proxy，在服务端的代表就是MyService.stub.

当IMyService定义服务接口时，要继承IInterface以便具有可以获取binder实例的能力。

Binder应用层实现

好了，理解了上面的binder架构设计，我们接着来分析binder具体是如何实现上诉架构设计的。

Binder是IBinder在服务端的实现，它实现了onTranscation接口，用来接受客户端发过来的请求， 然后把请求转发给MyService.stub， MyServic.stub就是我们自己实现的处理服务。通常我们在服务端的实现方式为：

class MyService() : MyService.Stub() 

BinderProxy是IBinder在客户端的表示，它被MyService.stub.proxy持有，它实现了IBinder的transact函数，用来转发客户端MyService.stub.proxy的函数调用请求。通常我们在客服端的使用方式为：

val myService = MyService.Stub.asInterface(service);

以上就是Binder在Java应用层的基本实现和原理，就是这么简单，通则不难，理解了这些就可以在我们的应用中使用binder了。

我们了解了在应用开发中binder是怎么使用的，那么binder的底层的机制是怎样的？ 为什么我们要这样用，为什么我们这样用了就可以IPC通讯了呢？

好，接下来我们就来深入分析binder底层的原理。

首先我们先来具体看下一个binder，也就是一个binder服务是如何创建出来以及如何与客户端建立起联系的。

Binder服务端的创建以及与客户端建立联系

服务端Binder的创建

先上图：

我们在应用层创建binder的方式一般是在服务端(server)被调用到bind方法的时候，此时，我们会创建并返回一个MyService.stub对象，然后转换成IBinder返回给bind调用。那当我们new一个MyService.stub的时候，系统是如何操作的呢，可以从上图以及开始的类关系图一探流程。

附上各个类的路径：

Binder.java : Android/frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java

android_util_Binder : Android/frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp

JavaBBinderHolder : Android/frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp

Parcel : Android/frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp

android_os_Parcel : Android/frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp

JavaBBinder: Android/frameworks/base/core/jni/Android_util_Binder.cpp

BBinder: Android/frameworks/native/include/IBinder.h & Android/frameworks/native/libs/binder/Binder.cpp

BpBinder : Android/frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp

总结： 服务端创建一个service.stub对象，这个对象继承Java层Binder，Java层的Binder在C++层持有一个JavBBinderHolder。然后返回给bind调用，bind调用返回给系统一个IBinder对象，接着系统将这个IBinder对象通过Parcel打包，然后传递此Parcel。在打包Parcel的时候会把Java层的Binder写入Parcel，写入的时候就会调用ibinderForjavaObject来生成JavaBBinder对象，JavaBBinder对象保存对Java层Binder对象的引用在mObject字段中，JavaBBiner对象继承BBinder，进而生成了BBinder对象，BBinder此时就被创建出来了，这个BBinder就是c++层最原本的Binder对象（也就是对讲机）的服务端了。

服务端Binder的传递

我们应用层通常都是通过Parcel传递binder的。上一段分析了服务端binder是如何创建的以及都包含了哪些对象，接下来我们再来看下binder是如何通过Parcel传递出去的。

首次第一步肯定是先把binder写入Parcel ，我们先来分析Java层，首先肯定是调用Java层的Parcel 写入binder，进而就会调用到Parcel的Jni层执行写入操作：

static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jobject object)
{
   
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
   
        const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));
        if (err != NO_ERROR) {
   
            signalExceptionForError(env, clazz, err);
        }
    }
}

然后我们再看：

sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj)
{
   
    if (obj == NULL) return NULL;

    // Instance of Binder?
    if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {
   
        JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*)
            env->GetLongField(obj, gBinderOffsets.mObject);
        return jbh->get(env, obj);
    }

    // Instance of BinderProxy?
    if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {
   
        return getBPNativeData(env, obj)->mObject;
    }

    ALOGW("ibinderForJavaObject: %p is not a Binder object", obj);
    return NULL;
}

到这里就会调用到JavaBBinderHolder的get函数，对应到我们服务端Binder的创建流程，这里就会生成JavaBBinder了：