Android-徹底地理解Binder

轉自：https://blog.csdn.net/huachao1001 https://blog.csdn.net/huachao1001/article/details/51504469

你是不是看過很多Binder文章但是還是對Binder沒有一個深刻理解？不是那些文章講得不夠好，主要是存在兩種情況，一種是講的深，全C代碼~，對我這種專做Java的人來說沒有心情往下看；另一種是只講framework層，Binder驅動並沒有具體提，導致我們會用Binder，也大致能說的出一些原理，可並沒有一個完整的深刻認知。那么接下來讓我們一起學習Binder吧，相信接下來的內容會讓你有一定的收獲~

什么是Binder

這個問題很多文章都有解釋，比如：Binder是Android跨進程通信方式，它實現了IBinder接口，是ServiceManager連接各種Manager(如WindowManager、ActivityManager等)的橋梁。但是我覺得這些說法還是過於抽象。剛接觸Binder時，看到這些定義還是一頭霧水，只是內心覺得Binder很牛逼、很底層，僅此而已。

那么應該怎么去理解Binder呢？我不打算介紹這個概念，而是介紹Binder是怎么來到Android世界的。我是這樣理解的：Android團隊想要實現進程之間的通信，需要解決以下幾個問題：

 
  如何知道客戶端需要調用哪個進程以及該進程中的函數
  客戶端如何將函數形參發送給遠程進程中的函數，以及如何將遠程進程函數計算結果返回客戶端
  如何去屏蔽底層通信細節，讓實現客戶端調用遠程函數就像調用本地函數一樣
 

第一個問題，很容易解決，只要給每個需要遠程通信的類唯一標識就可以通過包名+類名的字符串就可以做到，然后在類里面給每個函數編號即可對函數唯一編碼。第二個問題，定義一個可打包的接口Parcelable，這個接口提供2個重要函數，分別是將對象中的屬性寫入到數組和從數組中的數據還原對象，每個可以發送到遠程函數作為形參的對象只需實現Parcelable對象即可。Parcelable具體使用不再本文討論范圍。第三個問題，為了屏蔽進程之間的通信細節，那么Android團隊肯定在想，定義一個類，由這個類來實現這些細節。這個類應該做哪些事情呢？首先，這個類得幫用戶發送遠程請求並將拿到返回結果提交給用戶，這是最重要的功能了，有了這個功能，媽媽再也不用擔心我的進程通信。其次，如果我想實現服務端，什么時候客戶端調用我了，這些細節不用用戶操心。當然，這個類還要幫用戶封裝更多細節。既然打算定義這個類了，那總得取個響當當的名稱吧，什么？你說取名為Binder，好吧，那就叫Binder吧。Binder類既然封裝很多功能，那該怎么用這個類呢？讓客戶端去繼承還是服務端繼承呢？答案是服務端。接下來有個約定，本文后面所指的Binder類都是指遠程服務端的對象。服務端想要實現被跨進程訪問，就必須繼承Binder類。
首先我們看看我們的程序跨進程調用系統服務的簡單示例，實現浮動窗口部分代碼：

 

//獲取WindowManager服務引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE); 
//布局參數layoutParams相關設置略...
View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null); 
//添加view
wm.addView(view, layoutParams);  123456

系統服務都是運行在systemServer進程中，因此我們調用系統服務都是跨進程的調用。第2行代碼中，得到的wm是WindowManager對象的引用，第6行調用WindowManager的addView函數，將觸發遠程調用，調用的是運行在systemServer進程中的WindowManager的addView函數。是不是很想知道addView發生了什么？我們先看看Binder機制吧！看完Binder原理，再解釋！

 

Binder機制

先看看一般執行過程

 

代碼執行過程

假設你已經創建好服務端類MyService、客戶端類MyClient。在客戶端持有MyService的引用，並且調用了MyService的func函數，那么Android內部調用過程如下：

 

 

Created with Raphaël 2.1.0MyClientMyClientBinder驅動Binder驅動MyServiceMyService請求相關數據：Parcel客戶端當前線程被掛起從線程池中取出線程並執行客戶端指定的函數等待執行結果執行函數func計算結果返回得到返回結果喚醒被掛起的線程並將返回結果傳給客戶端當前線程被喚醒，取出返回結果，繼續往下執行。

看了這個圖以后，相信你對你的代碼在調用遠程進程函數時有個全局的認識。這張圖有一點很重要，就是客戶端當前線程會被掛起！因此，如果遠程進程是執行長時間的運算，請不要使用主線程去調用遠程函數，以防止ANR。

 

Binder的C/S架構

上面一節我們對遠程進程調用代碼執行過程有個初步了解，在Android開發中，我們大量使用到了系統Service，比如媒體播放、各種傳感器以及WindowManagerService等等等等（太多了~）。那么Android是怎么管理這些服務，並且讓用戶跨進程調用這些服務呢？首先我們看看調用系統服務的過程。在Android開機啟動過程中，Android會初始化系統的各種Service，並將這些Service向ServiceManager注冊（即讓ServiceManager管理）。客戶端想要得到具體的Service直接向ServiceManager要即可。客戶端首先向ServiceManager查詢得到具體的Service引用，然后通過這個引用向具體的服務端發送請求，服務端執行完成后就返回。

 

 

 

Binder驅動實現原理

一直以來，我有個困惑！！！這個困惑讓我迷茫了很久：客戶端持有遠程進程的某個對象引用，然后調用引用類中的函數，遠程進程的函數就執行了。我在想，憑什么？學過操作系統都知道，不同的進程之間是不共享資源的。也就是說，客戶端持有的這個對象跟遠程進程中的實際對象完全是兩個不同的對象。客戶端調用引用的對象跟遠程進程半毛錢關系都沒有，憑啥遠程進程就調用了執行了？相信也有一部分人跟我有同樣的困惑！仔細研讀一下下面這張圖，相信你會豁然開朗！

 

 

服務端跨進程的類都要繼承Binder類。我們所持有的Binder引用(即服務端的類引用)並不是實際真實的遠程Binder對象，我們的引用在Binder驅動里還要做一次映射。也就是說，設備驅動根據我們的引用對象找到對應的遠程進程。客戶端要調用遠程對象函數時，只需把數據寫入到Parcel，在調用所持有的Binder引用的transact()函數，transact函數執行過程中會把參數、標識符（標記遠程對象及其函數）等數據放入到Client的共享內存，Binder驅動從Client的共享內存中讀取數據，根據這些數據找到對應的遠程進程的共享內存，把數據拷貝到遠程進程的共享內存中，並通知遠程進程執行onTransact()函數，這個函數也是屬於Binder類。遠程進程Binder對象執行完成后，將得到的寫入自己的共享內存中，Binder驅動再將遠程進程的共享內存數據拷貝到客戶端的共享內存，並喚醒客戶端線程。

 

Binder機制運用

好了，現在對Binder機制已經理解了，我們再看看Android是怎么運用Binder的。再現前面代碼：

 

//獲取WindowManager服務引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE); 
//布局參數layoutParams相關設置略...
View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null); 
//添加view
wm.addView(view, layoutParams);  123456

這段代碼前面已經出現過。getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);函數內部原理就是向ServiceManager查詢標識符為getApplication().WINDOW_SERVICE的遠程對象的引用。即WindowManager對象的引用，這個引用的真正實現是WindowManager的某個代理。得到這個引用后，在調用addView時，真正的實現是在代理里面，代理把參數打包到Parcel對象中，然后調用transact函數（該函數繼承自Binder），再觸發Binder驅動的一系列調用過程