Binder原理

1、概述

在Android系統中，涉及到多線程間的通訊，底層都是依賴於Binder IPC機制。例如當進程A中的Activity要想進程吧B中的Service通訊，這便須要依賴於Binder IPC。不只於此，整個Android系統架構中，大量採用Binder機制來做爲IPC（進程間通訊，Interprocess Communication）方案。

固然也存在部分其餘的IPC方式，如管道、SystemV、Socket等。那麼Android爲何不使用這個原有技術，而是要開發一種新的Binder的進程間通訊機制呢？

一、爲何要使用Binder

• 性能方面

在移動設備上（性能受限制的設備，好比要省電），普遍地使用跨進程通訊對通訊機制的性能有嚴格的要求，Binder相對於傳統的Socket方式，更加高效。

Binder數據拷貝只須要一次，而管道、消息隊列、Socket都須要兩次，共享內存方式一次內存拷貝都不要，但實現方式又比較複雜。

• 安全方面

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通訊的IP地址是客戶端手動填入，很容易進行僞造。然而，Binder機制從協議自己就支持對通訊雙方作身份驗校驗，從而大大提高了安全性。

2、Binder原理

一、IPC原理

從進場角度來看IPC（Interprocess Communication）機制（圖片來源）

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。

如，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。內核空間大小能夠經過參數調整，而用戶空間進程私有，沒法共享，但內核空間是可共享的。

Client進程向Service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端和Service端進程每每採用ioctl等方式與內核空間驅動進行交互。

二、Binder原理

Binder通訊採用C/S架構，從組件視角來講，包含Client、Service、ServiceManager以及Binder驅動，其中ServiceManager用於管理系統中的各類服務。架構圖以下：（圖片來源）

Binder通訊的四個角色

Client進程：使用服務的進程

Service進程：提供服務的進程

ServiceManager進程：ServiceManger的做用是將字符形式的Binder名字轉化成Client中對該Binder的引用，使得Client可以經過Binder名字得到對Service中Binder實體的引用。

Binder驅動：驅動負責進程間Binder通訊的創建，Binder在進程之間的傳遞，Binder引用計數管理，數據包在進程之間的傳遞和交互等一系列底層支持。

三、Binder運行機制

圖中Client/Service/ServiceManager之間的相互通訊都是基於Binder機制。既然基於Binder機制通訊，那麼一樣也是C/S架構，雜圖中的3大步驟都對應的Client端與Service端。

• 註冊服務（addService）

Service進程要先註冊Service到ServiceManager。這個過程：Service是客戶端，而ServiceManager是服務端

• 獲取服務（getService）
  

Client進程使用某個Service以前，須先向ServiceManager中獲取相應的Service。該過程：Client是客戶端，Service是服務端

• 使用服務
  

Client根據獲得的Service信息創建與Service所在的Service進程通訊的道路，而後就能夠直接與Service交互。該過程：Client是客戶端，Service是服務端。

圖中的Client、Service、ServiceManager之間交互都是虛線表示，是因爲它們彼此直接不是直接交互的，而是都經過與Binder驅動進行交互的，從而實現IPC通訊方式。

其中，Binder驅動位於內核空間，Client、Service、ServiceManager位於用戶空間。

Binder驅動和ServiceManager能夠看作是Android平臺的基礎架構，而Client和Service是Android的應用層，開發人員只需自定義實現Client、Service端，藉助Android的基礎平臺架構即可以直接進行IPC通訊。

四、Binder運行的實例解釋

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，實現浮動窗口的部分代碼：

//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);複製代碼

• 註冊服務（addService）：在Android開啓啓動過程中，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）。這一步是系統自動完成的。
  
• 得到服務（getService）：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，一般是Service引用的代理對象，對數據進行一些處理操做。即第2行代碼中，獲得的wm是WindowManger對象的引用。
• 使用服務：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。即第6行調用WindowManager的addView方法，將觸發遠程調用，調用的是運行在systemService進程中的WindowManager的addView方法。

五、使用服務的具體執行過程

1. Client經過得到一個Service的代理接口，對Service進行調用
   
2. 代理接口中定義的方法與Service中定義的方法一一對應
3. Client調用某個代理接口中的方法時，代理接口的方法會將Client傳遞的參數打包成Parcel對象
4. 代理接口將Parcel發送給內核中的Binder Driver
5. Service會讀取Binder Driver中的請求數據，若是是發送給本身的，解包Parcel對象，處理並將結果返回
6. 整個的調用過程是一個同步過程，在Service處理的時候，Client會Block住，所以Client調用過程不該在主線程。