Binder机制详解

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本文是Binder知识点的总结
主要分为两个部分：
1、讲解Binder机制的流程图、步骤和实现代码
2、从Android整体架构层面讲解Binder IPC相关原理和知识点

Anndroid Binder机制详解

版本：2019/3/14-1

-参考自《Android开发艺术探索》和(https://www.jianshu.com/p/1eff5a13000d)
-参考自：https://www.jianshu.com/p/bdef9e3178c9

文章目录

Anndroid Binder机制详解

Android如何通过Binder机制提供跨进程通信的解决方案？

进程A通过bindService方法去绑定在进程B中注册的一个service
系统收到进程A的bindService请求后，会调用进程B中相应service的onBind方法，该方法返回一个特殊对象，系统会接收到这个特殊对象
系统为这个特殊对象生成一个代理对象，再将这个代理对象返回给进程A
进程A在ServiceConnection回调的onServiceConnected方法中接收该代理对象，依靠这个代理对象的帮助，就可以解决进程间通信问题

1-总结的流程图

代理的优化：将步骤9~16都封装到PlusProxy中:

public class PlusProxy implements IPlus {
          private IBinder  binderproxy ;
          public PlusProxy(IBinder binderproxy){
                this.binderproxy = binderproxy ;
          }
          public int add (int a ,int b ){
              android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
              android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
              data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");
              data.writeInt(a);
              data.writeInt(b);
              binderproxy.transact(1, data, reply, 0);
              int _result;
              reply.readException();
              _result = reply.readInt();
              return _result ;
          }
}

给进程A一种假象-进程A获取到了进程B中的IPlus对象，并直接进行了add()操作。
最终的流程图如下：

Stub.asInterface()会先查找本地接口是否存在，判断是否是本地调用，如果是则直接返回 IReporter 的对象，否则返回 PlusProxy 对象。

2-Binder机制步骤分析:

step 1：进程B创建Binder对象

进程B需要实现的特殊对象(service的onBind方法返回的对象)需要有两个特性：

具有完成特定任务的能力(例如a+b=c)
具有能被跨进程传输的能力
这就是Binder类对象
####Binder类对象如何具有这两个关键能力

Binder具有被跨进程传输的能力是因为它实现了IBinder接口。系统会为每个实现了该接口的对象提供跨进程传输。
Binder具有的完成特定任务的能力是通过调用attachInterface()而持有的IInterface对象来实现的

attachInterface()会将（descriptor，plus）作为（key,value）键值对存入Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中，Binder对象可通过attachInterface方法持有一个IInterface对象（即plus）的引用，并依靠它获得完成特定任务的能力。queryLocalInterface方法可以认为是根据key值（即参数 descriptor）查找相应的IInterface对象。onTransact方法暂时不用管，后面会讲到。

public class Binder implement IBinder{
        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)
        IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) //从IBinder中继承而来
        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)//暂时不用管，后面会讲。
        ......
        final class BinderProxy implements IBinder {
        ......//Binder的一个内部类，暂时不用管，后面会讲。
        }
}

我们来实现IInterface和Binder对象，概略代码如下：

 public interface IPlus extends IInterface {
         public int add(int a,int b);
}

public class Stub extends Binder {
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          ......//这里我们覆写了onTransact方法，暂时不用管，后面会讲解。
          }
          ......
}

实现IInterface对象plus，并将plus根据键值对存入到Binder内部的Map中，此时该Binder对象持有了该特殊对象plus

IInterface plus = new IPlus(){//匿名内部类
         public int add(int a,int b){//定制我们自己的相加方法
             return a+b;
         }
         public IBinder asBinder(){ //实现IInterface中唯一的方法，
             return null ;
        }
};
Binder binder = new Stub();
binder.attachIInterface(plus,"PLUS TWO INT");

step 2: 进程A接收进程B的Binder对象

现在有了这个特殊的对象binder，可以在进程B的service中的onBind方法将它返回，即return binder ;

系统会首先收到这个binder对象，然后，它会生成一个BinderProxy（就是前面提到的Binder 的内部类）类的对象，姑且称之为binderproxy
然后将该BinderProxy代理对象返回给进程A
最终进程A在onServiceConnected方法中接收到了BinderProxy对象。

public class Binder implement IBinder{
        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)
        IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) //从IBinder中继承而来
        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)//暂时不用管，后面会讲。
        final class BinderProxy implements IBinder {
                    IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) {
                          return null ;//注意这行代码！！
                                                  //下面会讲到。这行代码只是示例，不是源代码。
                      }
               ......
        }
}

此时的进程A接收到Binder的代理对象，要通过queryLocalInterface方法获取这个binder的plus对象，利用该对象的加法功能进行加法计算------这样是不行的

binderproxy.queryLocalInterface("PLUS TWO INT")调用是合法的，因为queryLocalInterface方法是IBinder中的方法，而BinderProxy和Binder都实现了IBinder接口。
但是，binderproxy对象显然没有plus对象，因为它根本就没有attachInterface方法（这是Binder具有的）。
因此进程A的binderproxy.queryLocalInterface("PLUS TWO INT")调用返回的将是一个null（参见上面的示例代码）。

step 3: 进程A利用进程B传过来的对象发起请求

BinderProxy对象不能让进程A去直接完成需要的操作，但是提供了transact方法(在IBinder接口中定义的方法).
进程A将数据（两个int）和操作（plus.add）通过transact方法交给Binder对象执行，最终结果会通过BinderProxy代理对象返回给进程A
代码如下：

 android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
 android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
 int _result;
 data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");
 data.writeInt(a);
 data.writeInt(b);
 binderproxy.transact(1,  //约定好的数据，用于让B对A传入的数据进行加法运算(含义是自定义的)，可以定义在`Stub`类中，如`public static final int ADD = 1`
                      data, //进程A传入的数据
                      reply, //进程B返回的结果数据
                      0);//为简单起见，最后一个0暂时不管它

step 4: 进程B收到并处理进程A的请求

系统保存了Binder对象和BinderProxy对象的对应关系
binderproxy.transact调用发生后，系统会将这个请求中的数据转发给Binder对象，Binder对象将会在onTransact中收到binderproxy传来的数据（Stub.ADD,data,reply,0）
根据约定好的操作Stub.ADD进行运算后，会把结果写回reply。

代码概略如下:

 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;
                }

                //1. 根据code判断需要的操作是`加法`
                case Stub.ADD: {
                   //2. 获取Token
                      data.enforceInterface("PLUS TWO INT");
                        int _arg0;
                        _arg0 = data.readInt();
                       int _arg1;
                        _arg1 = data.readInt();
                   //3. 获取数据并调用IInterface对象的方法
                       int  _result = this.queryLocalIInterface("PLUS TWO INT") .add(_arg0, _arg1);
                       reply.writeNoException();
                        reply.writeInt(_result);
                        return true;
                  }
           }
      return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}

根据code判断当前是加法操作Stub.ADD
进程A写数据时写入了一个InterfaceToken(data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");)
进程B在自己的Binder对象中会获取到该Token并调用queryLocalIInterface方法查找相应的IInterface对象
进程A要执行的操作就在该IInterface对象中，并执行add操作

step 5: 进程A获取进程B返回的处理结果

进程B把结果写入reply后，进程A就可以从reply读取结果。
代码概略如下:

binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0);
reply.readException();
_result = reply.readInt();

3-Binder优化(step 3-4-5 用代理PlusProxy进行封装)

我们可以将传入数据，并将处理结果返回的代码进行优化，原代码如下：

 android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
 android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
 int _result;
 data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");
 data.writeInt(a);
 data.writeInt(b);
 binderproxy.transact(1, data, reply, 0);//为简单起见，最后一个0暂时不管它
 reply.readException();
 _result = reply.readInt();

将其封装为PlusProxy类

public class PlusProxy implements IPlus {
          private IBinder  binderproxy ;
          public PlusProxy(IBinder binderproxy){
                this.binderproxy = binderproxy ;
          }
          public int add (int a ,int b ){
              android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
              android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
              data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");
              data.writeInt(a);
              data.writeInt(b);
              binderproxy.transact(1, data, reply, 0);
              int _result;
              reply.readException();
              _result = reply.readInt();
              return _result ;
          }
}

可以再Stub类中增加一个静态辅助方法public static IPlus asInterface(Ibinder):

进程A收到BinderProxy对象时，调用Stub.asInterface(binderproxy)
该方法负责利用BinderProxy生成一个PlusProxy代理对象返回给我们
给进程A一种假象：获取到了Plus对象(进程B中的加法操作)，并进行了add()操作。本质是内部进行了传入数据给B进行处理，最终从B中获取到结果等一系列操作。

4-Android整体架构层面的Binder机制

###1-提出问题
1、ContentProvider中的CRUD是否是线程安全的？

不是, 因为底层的Binder机制中的Server端不是线程安全的

2、AIDL中在Service中实现的接口是否是线程安全的？

不是, 理由同上

2-Android整体架构

结构图

Android整体架构从底层到上层大致分为五层，依次为：

Linux内核层: Binder IPC驱动在此层。该层包含各类硬件设备的驱动。
HAL(硬件抽象层)：封装Linux内核层的硬件驱动，提供可供Android System Services层级调用的统一硬件接口。
Android System Service(系统服务层): 提供核心服务，包括-Activity Manager、WindowManager、Camera Service(ServiceManagerService)等等
【Binder IPC层】: 作为系统服务层和FrameWork层的IPC桥梁，互相传递接口调用的数据以实现跨进程的通信。
Application Framework(应用程序框架层): 提供四大组件，View绘制等内容(ServiceManager)。

每个应用框架层的ServiceManager在系统服务层都有一个对应的ServiceManagerService。
例如：WindowManager和WindowManagerService

3-Binder IPC C/S架构:

Binder IPC

Client: 用户实现的代码，如AIDL自动生成的接口类
Binder Driver: 内核层实现的驱动
Server: Service中的onBind返回的IBinder对象

绿色区域：用户自行实现部分
蓝色区域：系统实现部分(包括Servcer端的线程池-线程池实现在Binder内部的native方法中)

线程池决定了Server的代码不是线程安全的

4-IBinder接口作用

IBinder是用于远程对象的基本接口，是轻量级远程调用机制的核心部分，用于高性能地进行进程内部和进程间调用。
IBinder描述了远程对象间交互的抽象协议。
不能直接实现IBinder接口，而是应该继承自Binder类。

5-Binder解析

Binder的初始化代码, Binder.java:

public Binder(){
  init();
  ...
}
...
private native final void init();

init()是native方法，是对底层Binder Driver的封装。
客户端发起请求的时候(调用IBinder的transact()接口也就是调用驱动层的mRemote.transact()), Binder Driver会调用execTransact()，并在内部调用服务端Binder的onTransact()方法。