浅谈Android中的Binder机制

Binder是一个灰常深入的话题，为什么说它深入，因为它不仅仅涉及到了应用层，还涉及到了linux驱动层，Binder的驱动层目录或者说设备驱动是/dev/binder，从一张图可以大概看出Binder总体一个工作机制。它由Client、Server、Service
Manager和驱动程序Binder四个组件构成。



从IPC角度来看，这张图表示Binder是一种跨进程通信方式，Binder也可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder，从Android framework角度来说，Binder是Service Manager连接各种Manager(ActivityManager WindowManager等等)和相应ManagerService的桥梁，当然这是从源码角度，从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService的时候，服务端会返回一个包含了服务端业务的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

其中Service Manager，它是整个Binder机制的守护进程，用来管理开发者创建的各种Server，并且向Client提供查询Server远程接口的功能。Service Manager组件是用来管理Server并且向Client提供查询Server远程接口的功能，那么，Service Manager就必然要和Server以及Client进行通信了。我们知道，Service
Manger、Client和Server三者分别是运行在独立的进程当中，这样它们之间的通信也属于进程间通信了，而且也是采用Binder机制进行进程间通信，因此，Service Manager在充当Binder机制的守护进程的角色的同时，也在充当Server的角色，然而，它是一种特殊的Server，Service Manager是成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程的过程是这样的：
1. 打开/dev/binder文件：open("/dev/binder", O_RDWR);

        2. 建立128K内存映射：mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);

        3. 通知Binder驱动程序它是守护进程：binder_become_context_manager(bs);

        4. 进入循环等待请求的到来：binder_loop(bs, svcmgr_handler);

我个人从AIDL方面来说一下我对Binder机制的理解。也就是上面所说的Android应用层角度来分析Binder机制。

新建包com.qian.aidl,然后在包中新建三个文件，Book.java Book.aidl IBookManager.aidl代码如下

Book.java

package com.qian.aidl;

import android.os.Parcel;
import android.os.Parcelable;

public class Book implements Parcelable {

public int bookId;
public String bookName;

public Book() {

}

public Book(int bookId, String bookName) {
this.bookId = bookId;
this.bookName = bookName;
}

public int describeContents() {
return 0;
}

public void writeToParcel(Parcel out, int flags) {
out.writeInt(bookId);
out.writeString(bookName);
}

public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>() {
public Book createFromParcel(Parcel in) {
return new Book(in);
}

public Book[] newArray(int size) {
return new Book[size];
}
};

private Book(Parcel in) {
bookId = in.readInt();
bookName = in.readString();
}

@Override
public String toString() {
return String.format("[bookId:%s, bookName:%s]", bookId, bookName);
}

}

Bool.aidl

package com.qian.aidl;

parcelable Book;

IBookManager.aidl

package com.qian.aidl;

import com.qian.aidl.Book;

interface IBookManager {
List<Book> getBookList();
void addBook(in Book book);
}

上面三个文件中，Book.java是一个表示图书信息的类，它实现了Parceable接口。Book.aidl是Book类在aidl中的声明。IBookManager.aidl是定义的一个接口，里面有两个方法，主要用于远程调用，分别是getBookList和addBook，其中getBookList用于从远程服务端获取图书列表，addBook用于添加，此时在gen目录下已经自动生成了一个类 IBookManager.java。

代码如下，经过了稍微的格式转换。

package com.qian.aidl;
public interface IBookManager extends android.os.IInterface
{
/** Local-side IPC implementation stub class. */
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.qian.aidl.IBookManager {

private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.qian.aidl.IBookManager";
/** Construct the stub at attach it to the interface. */
public Stub() {
this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
}
/**
* Cast an IBinder object into an com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager interface,
* generating a proxy if needed.
*/
public static com.qian.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) {
if ((obj==null)) {

return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.qian.aidl.IBookManager))) {
return ((com.qian.aidl.IBookManager)iin);
}
return new com.qian.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj);
}
@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 {
switch (code) {
case INTERFACE_TRANSACTION: {
reply.writeString(DESCRIPTOR);
return true;
}
case TRANSACTION_getBookList: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
java.util.List<com.qian.aidl.Book> _result = this.getBookList();
reply.writeNoException();
reply.writeTypedList(_result);
return true;
}
case TRANSACTION_addBook: {
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
com.qian.aidl.Book _arg0;
if ((0!=data.readInt())) {
_arg0 = com.qian.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data);
} else {
_arg0 = null;
}
this.addBook(_arg0);
reply.writeNoException();
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
private static class Proxy implements com.qian.aidl.IBookManager
{
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 java.util.List<com.qian.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException {

android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
java.util.List<com.qian.aidl.Book> _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.createTypedArrayList(com.qian.aidl.Book.CREATOR);
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
@Override
public void addBook(com.qian.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
if ((book!=null)) {
_data.writeInt(1);
book.writeToParcel(_data, 0);
} else {
_data.writeInt(0);
}
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
} finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
}
}
static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
}
public java.util.List<com.qian.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException;
public void addBook(com.qian.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException;
}

代码结构大概是，首先是IBookManager类继承了IIterface这个接口，接着里面直接包含了一个内部类Stub，Stub里面又包含了一个Proxy类和Stub类中的一些方法和变量声明。变量为DESCRIPTOR，方法有asInterface，asBinder，onTransact。

OK，结构分析完了，下面看是分析Binder机制。Binder机制又和上述方法asInterface，asBinder，onTransact息息相关。

DESCRIPTOR

Binder的唯一标识，一般用当前Binder的类名表示，比如上述代码

private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.qian.aidl.IBookManager";

asInterface(android.os.IBinder obj)

用于将服务端的Binder对象转换为客户端所需要的AIDL接口类型的对象，这种转换过程又是区分进程的，如果客户端和服务端位于同一进程，那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身(Stub——>extends
Binder)否则返回Stub.Proxy对象。也是一个Binder对象。

可以这么说，远程请求返回的是Binder对象，而Binder对象中则封装了我们所请求需要的一些参数在里面，通过强制类型转换即可获得相对的对象。

asBinder()

此方法用于返回当前的Binder对象。

onTransact

这个方法运行在服务端的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法处理。该方法的原型为：

public boolean onTransact(intcode, android.os.Parceldata,
android.os.Parcel reply, int
flags) throws android.os.RemoteException

服务端通过code可以确定客户端所请求的目标方法是什么，接着从data中取出目标方法所需的参数（如果目标方法有参数的话），然后执行目标方法。当目标方法执行完毕后，就向reply中写入返回值（如果目标方法有返回值的话），onTransact方法的执行过程就是这样的。需要注意的是，如果此方法返回false，那么客户端的请求会失败，因此我们可以利用这个特性来做权限验证，毕竟我们也不希望随便一个进程都能远程调用我们的服务。

Proxy#getBookList

这个方法运行在客户端，当客户端远程调用此方法时，他的内部实现是这样的：

1）首先创建该方法所需要的输入型Parce对象_data、输出型Parce对象_reply和返回值对象List；

2）然后把该方法的参数信息写入_data中(如果有参数)

3）接着调用transact方法来发起RPC（远程过程调用）请求，同时当前线程挂起；

4）然后服务端的onTransact方法会被调用，直到RPC过程返回，客户端挂起的线程继续执行，并从_reply中取出RPC过程的返回结果；

5）最后返回_reply的数据。

Proxy#addBook

这个方法运行在客户端，它的执行过程和getBookList是一样的，addBookList没有返回值，所以它不需要从_reply中取出结果。

IBookManager.aidl中声明了两个整形的变量：

static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);

这两个id用于表示在transact过程中客户端请求的是哪个方法。

自动生成的IBookManager.java继承了IInterface这个接口，IIterface这个接口的源码中有这样一句注释，“ase class for Binder interfaces”，所有Binder接口的基类，那么首先它本身就是一个Binder对象，内部类Stub直接继承Binder，所以Stub也是Binder对象，Stub.Proxy继承了IBookManager，所以Stub.Proxy也是一个Binder对象。

当客户端和服务端位于同一进程中时，方法调用不会走跨进程的transact过程，当跨进程方法调用时，需要走transact过程，这个逻辑由Stub.Proxy来完成。

Binder的工作机制图如下所示：



Binder返回数据唤醒Clinet，返回的是Bidner对象，但是需要转换AIDL接口类型的对象，这个过程由asInterface方法完成