【Android】Binder機制

在Android開發過程當中，Binder的身影無處無處不在，咱們編寫的程序都使用過Binder機制（例如startActivity的執行過程）可是請問你知道什麼是Binder麼？在開發過程當中你察覺到它的存在了麼？

什麼是Binder

Binder翻譯過來是「膠水「的意思，這個翻譯分形象。Binder的主要工做就是淡化哦了進程邊界，淡化了進程間通訊的過程。要是想更好的理解Binder就必須從Linux進程談起。

Linux進程

爲了保護進程空間不被別的進程破壞活着干擾，Linux中的進程是相互獨立的，也就是所謂的進程隔離。（並且一個進程的內存空間還被分爲了用戶空間和內核空間，兩者也是相互隔離的。這裏不作探討）因此在Linux中，進程與進程之間是相互隔離的，並且進程中的用戶和內核空間也是隔離的。

也就是說爲了安全和獨立，一個進程是不能直接操做或者訪問另一個進程的內存空間的。他們之間既然是隔離的，在須要通訊協做的時候就須要使用進程間通訊技術（即IPC，也稱跨進程通訊），咱們都知道Android框架是創建在Linux之上的，當讓也會面對進程間通信的問題。

爲何使用Binder

在Linux系統中爲了達到進程間通信的目的，咱們能夠選用諸如管道、Socket等技術手段，那麼爲何Android選用了Binder這種新型的IPC技術，放棄了原有成熟的技術呢？

主要有以下兩個方面：
1. 性能角度

因爲在移動設備諸如省電等性能的考慮，普遍地使用進程間通信對於通訊機制的性能有嚴格的要求，Binder相對於傳統的Socket、管道方式更加高效。Bidner數據拷貝只須要一次，而管道、消息隊列、Socket都須要2次，內存共享方式一次內存拷貝都不須要，可是實現起來難度高，複雜性大。

2.穩定性角度

傳統的進程通訊方式對於通訊雙方的身份並無作出嚴格的驗證，好比Socket通訊ip地址是客戶端手動填入，很容易進行僞造，而Binder機制從協議自己就支持對通訊雙方作身份校檢，於是大大提高了安全性。

Binder機制

IPC機制簡單描述

每一個Android的進程，只能運行在本身進程所擁有的虛擬地址空間。對應一個4GB的虛擬地址空間，其中3GB是用戶空間，1GB是內核空間，固然內核空間的大小是能夠經過參數配置調整的。對於用戶空間，不一樣進程之間彼此是不能共享的，而內核空間倒是可共享的。Client進程向Server進程通訊，偏偏是利用進程間可共享的內核內存空間來完成底層通訊工做的，Client端與Server端進程每每採用ioctl等方法跟內核空間的驅動進行交互。

舉例分析

首先咱們看看咱們的程序跨進程調用系統服務的簡單示例，實現浮動窗口部分代碼：

//獲取WindowManager服務引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);  
//佈局參數layoutParams相關設置略... View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null); //添加view wm.addView(view, layoutParams);

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6

系統服務都是運行在systemServer進程中，所以咱們調用系統服務都是跨進程的調用。第2行代碼中，獲得的wm是WindowManager對象的引用，第6行調用WindowManager的addView函數，將觸發遠程調用，調用的是運行在systemServer進程中的WindowManager的addView函數。那麼addView函數作了什麼呢?咱們繼續看。

代碼執行過程

假設你已經建立好服務端類MyService、客戶端類MyClient。在客戶端持有MyService的引用，而且調用了MyService的func函數，那麼Android內部調用過程以下：

代碼調用過程

看了這個圖之後，相信你對你的代碼在調用遠程進程函數時有個全局的認識。這張圖有一點很重要，就是客戶端當前線程會被掛起！所以，若是遠程進程是執行長時間的運算，請不要使用主線程去調用遠程函數，以防止ANR。

Binder的C/S架構

上面一節咱們對遠程進程調用代碼執行過程有個初步瞭解，在Android開發中，咱們大量使用到了系統Service，好比媒體播放、各類傳感器以及WindowManagerService等等等等（太多了~）。那麼Android是怎麼管理這些服務，而且讓用戶跨進程調用這些服務呢？首先咱們看看調用系統服務的過程。在Android開機啓動過程當中，Android會初始化系統的各類Service，並將這些Service向ServiceManager註冊（即讓ServiceManager管理）。客戶端想要獲得具體的Service直接向ServiceManager要便可。客戶端首先向ServiceManager查詢獲得具體的Service引用，而後經過這個引用向具體的服務端發送請求，服務端執行完成後就返回。

Binder驅動實現原理

服務端跨進程的類都要繼承Binder類。咱們所持有的Binder引用(即服務端的類引用)並非實際真實的遠程Binder對象，咱們的引用在Binder驅動裏還要作一次映射。也就是說，設備驅動根據咱們的引用對象找到對應的遠程進程。客戶端要調用遠程對象函數時，只需把數據寫入到Parcel，在調用所持有的Binder引用的transact()函數，transact函數執行過程當中會把參數、標識符（標記遠程對象及其函數）等數據放入到Client的共享內存，Binder驅動從Client的共享內存中讀取數據，根據這些數據找到對應的遠程進程的共享內存，把數據拷貝到遠程進程的共享內存中，並通知遠程進程執行onTransact()函數，這個函數也是屬於Binder類。遠程進程Binder對象執行完成後，將獲得的寫入本身的共享內存中，Binder驅動再將遠程進程的共享內存數據拷貝到客戶端的共享內存，並喚醒客戶端線程。

Binder機制運用

好了，如今對Binder機制已經理解了，咱們再看看Android是怎麼運用Binder的。再現前面代碼：

//獲取WindowManager服務引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);  
//佈局參數layoutParams相關設置略... View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null); //添加view wm.addView(view, layoutParams);

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6

這段代碼前面已經出現過。getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);函數內部原理就是向ServiceManager查詢標識符爲getApplication().WINDOW_SERVICE的遠程對象的引用。即WindowManager對象的引用，這個引用的真正實現是WindowManager的某個代理。獲得這個引用後，在調用addView時，真正的實現是在代理裏面，代理把參數打包到Parcel對象中，而後調用transact函數（該函數繼承自Binder），再觸發Binder驅動的一系列調用過程。