「Android」Binder机制入门学习笔记

Binder是什么?

• Binder是一种进程通信机制
• Binder是一个虚拟物理设备驱动
• Binder是一个能够发起通信的类

为什么需要多进程

• 提升稳定性
  每个进程互相独立，子进程崩溃不会影响主进程的稳定性（微信小程序、插件化插件…）
• 突破内存限制
  虚拟机对每个进程限制了内存大小，让某些组件运行在独立进程中，可以降低OOM的发生概率，也可以降低被系统杀死的概率（加载图片…）
• 业务需要
  某些通信或服务进程需要保活，插件化接入插件开发需要（消息推送进程…）

为什么使用Binder

Linux现有IPC机制

在学习Binder机制前，先简单说说Linux现有的所有进程间IPC机制：

1. 管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限
2. 消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信
3. 共享内存：无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决
4. 套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信
5. 信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段
6. 信号：不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等

对比

1. 从性能的角度 数据拷贝次数：Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，但共享内存方式一次内存拷贝都不需要。从性能角度看，Binder性能仅次于共享内存。
2. 从稳定性的角度Binder是基于C/S架构的，Client端有什么需求，直接发送给Server端去完成，架构清晰明朗，Server端与Client端相对独立，稳定性较好；而共享内存实现方式复杂，没有客户与服务端之别， 需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题，否则可能会出现死锁等问题。从稳定性角度看，Binder架构优于共享内存。
3. 传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份，安全保护措施完全由上层协议来确保；Android为每个安装好的应用程序分配了自己的UID，故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志，前面提到C/S架构，Android系统中对外只暴露Client端，Client端将任务发送给Server端，Server端会根据权限控制策略，判断UID/PID是否满足访问权限。从安全性角度看，Binder架构优于传统IPC。
4. Linux是基于C语言（面向过程），而Android是基于Java语言（面向对象），而对于Binder恰恰也符合面向对象的思想，将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法，而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却遍布于系统的各个进程之中。可以从一个进程传给其它进程，让大家都能访问同一Server，就像将一个对象或引用赋值给另一个引用一样。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通信过程，整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。从语言层面的角度看，Binder更适合基于面向对象语言的Android系统，对于Linux系统可能会有点“水土不服”。

	Binder	共享内存	Socket
性能	拷贝一次	无需拷贝	拷贝两次
特点	基于C/S架构，易用性高	控制复杂，易用性差	基于C/S架构，通用接口，传输效率低、开销大
安全	每个App分配UID，同时支持实名和匿名	依赖上层协议，访问接入点是开放的	依赖上层协议，访问接入点是开放的

Binder原理

Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。如下图所示。

无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager（C++），并非指framework层的ServiceManager(Java)。

ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家，是Android进程间通信机制Binder的守护进程。当Service Manager启动之后，Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口，才能开始通信服务。

图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S架构，则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。

• 注册服务(addService)：Server进程要先注册Service到ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。
• 获取服务(getService)：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManager是服务端。
• 使用服务：Client根据得到的Service信息建立与Service所在的Server进程通信的通路，然后就可以直接与Service交互。该过程：client是客户端，server是服务端。

图中的Client，Server，Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client，Server，Service Manager位于用户空间。

Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现Client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

Binder的应用：AIDL

AIDL = Android Interface Definition Language，主要目的是简化调用Binder的流程。

在Android中使用AIDL需要首先编写xxx.aidl文件，然后Android Studio会根据该.aidl文件自动生成xxx.java文件

• 手动编写：xxx.aidl

 interface IDemoAidlInterface {
   
      void functionA(int arg);

      void functionB(String arg);
    }

• 自动生成：xxx.java

     * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
     */
    package com.example.serverdemo;

    public interface IDemoAidlInterface extends android.os.IInterface {
   
      public void functionA(int arg) throws android.os.RemoteException;

      public void functionB(java.lang.String arg) throws android.os.RemoteException;

      /**
       * Default implementation for IDemoAidlInterface.
       */
      public static class Default implements com.example.serverdemo.IDemoAidlInterface {
   
          @Override
          public void functionA(int arg) throws android.os.RemoteException {
   
          }