Android Binder跨進程通信

---

前言

• 如果你接觸過 跨進程通信 （IPC），那麼你對Binder一定不陌生
• 雖然 網上有很多介紹 Binder的文章，可是存在一些問題：淺顯的討論Binder機制 或 一味講解 Binder源碼、邏輯不清楚，最終導致的是讀者們還是無法形成一個完整的Binder概念
• 本文采用 清晰的圖文講解方式，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：
  1. 先從 機制、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型
  2. 再 從源碼實現角度，分析 Binder在 Android中的具體實現

從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡。

---

目錄

---

1. Binder到底是什麼?

• 中文即 粘合劑，意思爲粘合了兩個不同的進程
• 網上有很多對Binder的定義，但都說不清楚：Binder是跨進程通信方式、它實現了IBinder接口，是連接 ServiceManager的橋樑blabla，估計大家都看暈了，沒法很好的理解
• 我認爲：對於Binder的定義，在不同場景下其定義不同

在本文的講解中，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：

• 先從 機制、模型的角度 去分析 整個Binder跨進程通信機制的模型 其中，會詳細分析模型組成中的 Binder驅動
• 再 從源碼實現角度，分析 Binder在 Android中的具體實現

從而全方位地介紹 Binder，希望你們會喜歡。

---

2. 知識儲備

在講解Binder前，我們先了解一些基礎知識

2.1 進程空間分配

• 一個進程空間分爲 用戶空間 & 內核空間（Kernel），即把進程內 用戶 & 內核 隔離開來
• 二者區別：
  1. 進程間，用戶空間的數據不可共享，所以用戶空間 = 不可共享空間
  2. 進程間，內核空間的數據可共享，所以內核空間 = 可共享空間
• 進程內 用戶 與 內核 進行交互 稱爲系統調用

2.2 進程隔離

爲了保證 安全性 & 獨立性，一個進程 不能直接操作或者訪問另一個進程，即Android的進程是相互獨立、隔離的

2.3 跨進程通信（ IPC ）

• 隔離後，由於某些需求，進程間 需要合作 / 交互
• 跨進程間通信的原理
  1. 先通過 進程間 的內核空間進行 數據交互
  2. 再通過 進程內 的用戶空間 & 內核空間進行 數據交互，從而實現 進程間的用戶空間 的數據交互

而Binder，就是充當 連接 兩個進程（內核空間）的通道。

---

3. Binder 跨進程通信機制 模型

3.1 模型原理

Binder 跨進程通信機制 模型 基於 Client - Server 模式，模型原理圖如下：

相信我，一張圖就能解決問題

3.2 額外說明

說明1：Client進程、Server進程 & Service Manager 進程之間的交互都必須通過Binder驅動（使用 open 和 ioctl文件操作函數），而非直接交互 **

原因：

1. Client進程、Server進程 & Service Manager進程屬於進程空間的用戶空間，不可進行進程間交互
2. Binder驅動 屬於 進程空間的 內核空間，可進行進程間 & 進程內交互

所以，原理圖可表示爲以下：

虛線表示並非直接交互

說明2：

Binder驅動 & Service Manager進程 屬於 Android基礎架構（即系統已經實現好了）；而Client 進程 和 Server 進程 屬於Android應用層（需要開發者自己實現）

所以，在進行跨進程通信時，開發者只需自定義Client & Server 進程 並 顯式使用上述3個步驟，最終藉助 Android的基本架構功能就可完成進程間通信

說明3：Binder請求的線程管理

• Server進程會創建很多線程來處理Binder請求
• 管理Binder模型的線程是採用Binder驅動的線程池，並由Binder驅動自身進行管理 而不是由Server進程來管理的
• 一個進程的Binder線程數默認最大是16，超過的請求會被阻塞等待空閒的Binder線程。 所以，在進程間通信時處理併發問題時，如使用ContentProvider時，它的CRUD（創建、檢索、更新和刪除）方法只能同時有16個線程同時工作
• 至此，我相信大家對Binder 跨進程通信機制 模型 已經有了一個非常清晰的定性認識
• 下面，我將通過一個實例，分析Binder跨進程通信機制 模型在 Android中的具體代碼實現方式 即分析 上述步驟在Android中具體是用代碼如何實現的

4. Binder機制 在Android中的具體實現原理

• Binder機制在 Android中的實現主要依靠 Binder類，其實現了IBinder 接口 下面會詳細說明
• 實例說明：Client進程 需要調用 Server進程的加法函數（將整數a和b相加） 即：
  1. Client進程 需要傳兩個整數給 Server進程
  2. Server進程 需要把相加後的結果 返回給Client進程
• 具體步驟 下面，我會根據Binder 跨進程通信機制 模型的步驟進行分析

步驟1：註冊服務

• 過程描述 Server進程 通過Binder驅動 向 Service Manager進程 註冊服務
• 代碼實現 Server進程 創建 一個 Binder 對象
  1. Binder 實體是 Server進程 在 Binder 驅動中的存在形式
  2. 該對象保存 Server 和 ServiceManager 的信息（保存在內核空間中）
  3. Binder 驅動通過 內核空間的Binder 實體 找到用戶空間的Server對象

註冊服務後，Binder驅動持有 Server進程創建的Binder實體

步驟2：獲取服務

• Client進程 使用 某個 service前（此處是 相加函數），須 通過Binder驅動 向 ServiceManager進程 獲取相應的Service信息
• 具體代碼實現過程如下：

此時，Client進程與 Server進程已經建立了連接

步驟3：使用服務

Client進程 根據獲取到的 Service信息（Binder代理對象），通過Binder驅動 建立與 該Service所在Server進程通信的鏈路，並開始使用服務

• 過程描述
  1. Client進程 將參數（整數a和b）發送到Server進程
  2. Server進程 根據Client進程要求調用 目標方法（即加法函數）
  3. Server進程 將目標方法的結果（即加法後的結果）返回給Client進程
• 代碼實現過程

步驟1： Client進程 將參數（整數a和b）發送到Server進程

步驟2：Server進程根據Client進要求 調用 目標方法（即加法函數）

步驟3：Server進程 將目標方法的結果（即加法後的結果）返回給Client進程

• 總結 下面，我用一個原理圖 & 流程圖來總結步驟3的內容

原理圖

---

5. 優點

對比 Linux （Android基於Linux）上的其他進程通信方式（管道/消息隊列/共享內存/信號量/Socket），Binder 機制的優點有：

• 高效
  1. Binder數據拷貝只需要一次，而管道、消息隊列、Socket都需要2次
  2. 通過驅動在內核空間拷貝數據，不需要額外的同步處理
• 安全性高 Binder 機制爲每個進程分配了 UID/PID 來作爲鑑別身份的標示，並且在 Binder 通信時會根據 UID/PID 進行有效性檢測
  1. 傳統的進程通信方式對於通信雙方的身份並沒有做出嚴格的驗證
  2. 如，Socket通信 ip地址是客戶端手動填入，容易出現僞造
• 使用簡單
  1. 採用Client/Server 架構
  2. 實現 面向對象 的調用方式，即在使用Binder時就和調用一個本地對象實例一樣

---

6. 總結

• 本文主要詳細講解 跨進程通信模型 Binder機制 ，總結如下：

定義