android-----我眼中的Binder

Binder作為進程間通信方式(IPC)的一種，算Android中比較難理解的部分了，今天計劃以自己所認識的framework層的Binder原理來做個總結，好了，我們開始吧！

Android中利用Binder通信，首先肯定需要獲得Binder對象了，但是系統服務和我們自定義服務Binder對象的獲取方式是不一樣的，原因就在於系統服務是在系統啟動的時候被注冊到ServiceManegr的，我們只需要通過ServiceManager.getService(String name)傳入想要獲得的系統服務的名字就可以獲得其對應的Binder對象進行進程間通信了，系統已經將該Service所提供的服務內容全部寫好了；但是對於我們自定義的服務想要實現進程間通信的話，Client端和Server端都是我們自己寫的，所以Android提供了AIDL來幫你簡化這個過程，而Server端的實現一般是借助於Service來完成的，下面我們分別從系統服務和自定義服務兩個方面來進行分析；

先來看系統服務：

首先從系統剛剛啟動說起，init進程會啟動一個叫ServiceManager的進程，該進程啟動之後會做三件事：(1)通過open打開設備文件/dev/binder，將該文件中的內容通過mmap映射到本進程空間中；(2)通過IO控制命令BINDER_SET_CONTEXT_MGR將當前進程注冊到Binder驅動中，Binder驅動便會為他在內核空間創建一個稱為binder_context_mgr_node的節點出來，這個節點也就是ServiceManager在內核空間的Binder實體了，並且將他的句柄設置為0，他的創建是在系統啟動的時候，這個節點在Binder驅動中是唯一的，所以也就造成了ServiceManager區別於其他Server了，但他仍然是運行在用戶空間的；(3)ServiceManager啟動之後就會無限循環等待Server和Client之間的進程間通信請求了；接著Zygote進程會孵化出一個子進程SystemService，我們的大部分系統服務比如ActivityManagerService、WindowManagerService、MediaPlayService等都是該進程內的一個線程，這些服務會通過調用ServiceManager.addService方法添加到ServiceManager中的服務列表svclist中，這樣我們的系統服務就已經都注冊到了ServiceManager裡面了；

上面講了ServiceManager，他是隨著系統的啟動而創建的，它不同於普通的Server，甚至可以理解為是普通Server的Server,系統會將系統所要提供的服務注冊到它的服務列表裡面，服務列表中存儲的便是服務名字+服務在Binder驅動中的句柄，這裡的句柄可以理解為同一進程內部的引用，只不過現在是跨進程通信換了個名字而已，如果我們的應用想要用到某個系統服務的話，可以通過傳入服務名字調用ServiceManager.getService得到該服務對應的Binder對象的方式進行獲取，接著通過這個Binder對象進行相應操作即可，具體這就是ContentProvider為我們封裝的內容了；

Binder是通過客戶端/服務端模式實現的，要想明白Binder的實現原理，我們需要明白幾個概念之間的關系：Server/Client/ServiceManager/Binder驅動，他們四個是Binder架構的核心，尤其是ServiceManager和Binder驅動，因為我們的應用程序安裝到系統上的時候，都會被分配一個唯一的UID用戶ID，他是運行在獨立進程中的，Linux基於用戶安全的考慮是不允許我們直接訪問系統上服務的，因為他們分屬於不用的進程，進程間的數據是不能共享的，我們要想訪問這些系統服務就涉及到了進程間通信了，那麼勢必就需要內核空間的參與了，所以用到了Binder驅動，它有點類似於橋的作用；那麼平常我們是怎麼做到訪問系統服務的呢？比如媒體資源，是通過ContentProvider，他的底層實現就是Binder，只不過被封裝了而已；

我們可以通過一個例子來說明他們四者之間的關系，假如你想問你同學借點錢，那麼你現在就是Client端，你同學就是Server端，但是你兩是異地的，不能直接見面，怎麼辦呢，打電話呗，首先你先從通訊錄裡面找到你同學的電話，這裡的通訊錄就是ServiceManager了，然後打過去借就好了，那麼電信運營商就是Binder驅動了，沒有他你兩根本聯系不起來；

講完了所有涉及到的概念之後，就該看看是怎麼通信的了，也就是ServiceManager.addService和ServiceManager.getService到底做了些什麼事了？

首先來說說ServiceManager.addService，也就是我們的Server是怎麼和Binder驅動通信的：

ServiceManager.addService(String name, IBinder service)：傳入的內容是Server的名字和該Server在Binder驅動中對應的對象；

(1)：Server首先將自己作為對象，並且附上一個句柄為0的值(用於訪問ServiceManager)，將這些內容封裝成一個數據包，open有關Binder的設備文件/dev/binder，將封裝好的該數據包發送給Binder驅動；

(2)：Binder驅動在收到這個數據包之後，發現裡面存在一個Server對象，首先會在Binder驅動自己裡面新建該Server對應的Binder實體，並賦予一個大於0的句柄，同時會將該句柄也加入到數據包中，接著將該數據包發送到句柄為0對應的對象上面，也就是ServiceManager上面了；

(3)：ServiceManager收到轉發給自己的數據包之後，會查看其服務列表svlist中是否已經存在當前Server名字的服務，不存在的話，會將當前服務+當前服務對應於Binder驅動中的句柄加入到列表中；

這樣，系統服務就注冊到ServiceManager中了；

接下來便是ServiceManager.getService部分了，也就是Client是怎麼和Binder驅動進行通信，返回對應請求的Binder對象，也就是該Server在Binder驅動中的句柄的：

ServiceManager.getService(String name)：傳入的參數是將要請求的服務的名字

(1)：Client首先會將要獲取的服務的名字以及一個句柄為0的值(為了訪問ServiceManager)封裝成一個數據包，open有關Binder的設備文件/dev/binder，將該數據包發送給Binder驅動；

(2)：Binder驅動在收到數據包之後發現裡面有句柄為0的信息，就將該數據包轉發給了ServiceManager來進行處理了；

(3)：ServiceManager在收到數據包之後根據服務的名字查看自己的服務列表svclist，找到之後會將其對應的在Binder驅動中的句柄信息也封裝成一個數據包；

(4)：該數據包也會通過Binder驅動被發送給Client端；

(5)：Client端在收到數據包之後，就得到了自己所請求的服務在Binder驅動中的句柄，他會利用這個句柄信息在自己本地創建一個遠程Server的代理，以後Client發消息都是發給這個代理的，隨後的通信便變成了代理通過Binder驅動與真正的Server進行交互了，以此完成跨進程間的通信；

這樣系統服務是怎麼注冊到ServiceManager裡面以及我們怎麼獲得這些服務對應於Binder驅動的句柄也就是Binder對象的過程講解就已經結束了，接下來便是我們自定義服務是怎麼通過Binder進行進程間通信的呢？

自定義服務：

這裡就要用到Android為我們自定義進程間通信所提供的AIDL文件了，沒有這個文件，你完全也可以實現跨進程通信，但是序列化，反序列化數據的封裝都將需要你自己來實現，有了AIDL之後這個過程會顯的比較簡單，你並不需要關心序列化反序列化的順序問題，只需要將Server進程想要提供給Client進程訪問的方法定義在一個.aidl文件中即可，我們在此將他命名為Ixxx.aidl，那麼系統將會為該AIDL文件自動生成對應的Ixxx.java文件；

簡單說說Ixxx.java的類結構，將是下面這樣的偽代碼形式：

public interface Ixxx extends IInterface
{
	public static abstarct class Stub extends Binder implements Ixxx
	{
		public static Ixxx asInterface(Binder binder){}
		public Binder asBinder(){}
		public boolean onTransact(int code,Parcel data,Parcel reply,int flags){}
		private static class Proxy implements Ixxx
		{
			public Binder asBinder(){}
			//Ixxx接口中的一些實現方法，當然這些實現並不是真正的邏輯實現，而只是通過transcat進行的一些進程切換操作
		}
	}
}

可以看到Ixxx.java中存在一個Stub靜態抽象類和Prxoy靜態類，最關鍵的方法就是Stub類中的asInterface了，他會根據我們傳入的Binder對象來判斷是跨進程通信還是進程內部通信，如果是進程內部通信，該方法返回的將是Ixxx.Stub對象；如果是跨進程
通信返回的將是Ixxx.Stub.Proxy對象，這個代理對象中將的方法會通過調用transact方法來進行內核態的切換；

下面我以文字的方式簡述下我們自定義服務實現跨進程通信的原理：

(1)：首先，我們需要創建一個AIDL文件，將其命名為Ixxx.aidl，裡面定義了服務端進程想要提供給客戶端進程的方法列表，系統會為我們生成一個Ixxx.java文件；

(2)：我們的自定義服務端主要是通過service來實現的，在service裡面實現具體提供給客戶端的方法的操作代碼，並且通過onBind方法返回此服務端對應的Binder對象，而後我們的客戶端通過bindService綁定服務端的時候就可以獲得這個服務端的Binder對象了；

(3)：在客戶端獲得Binder對象之後會調用Ixxx.Stub的asInterface方法將Binder對象傳入，獲得Ixxx對象，在這裡就將跨進程和通進程通信分開了，如果是跨進程通信的話asInterface返回的是Ixxx.Stub.Proxy代理對象，那麼以後客戶端調用服務端的方法實際上是首先調用的Ixxx.Stub.Proxy代理對象裡面對應於服務端的方法，這個代理對象的方法會通過transact陷入內核態來進行實際上的進程間通信調用服務端的onTransact方法，在onTransact方法中會根據標志調用不同的服務端方法；如果是同進程通信的話，asInterface返回的是Ixxx.Stub對象，則直接調用服務端方法，沒有必要陷入內核態來執行了；

這也便是我們自定義服務實現進程間通信的簡單過程了；

在使用AIDL實現Binder通信的過程中，我們應該注意一點的就是，AIDL中不管是服務端方法還是客戶端方法都是運行在各自的Binder線程池中的，如果我們想要更新UI的話，需要用到Handler進行切換操作；