Binder机制学习

Binder机制是Android进行IPC（进程间通信）的主要方式Binder跨进程通信机制：基于C/S架构，由Client、Server、ServerManager和Binder驱动组成。 进程空间分为用户空间和内核空间。用户空间不可以进行数据交互；内核空间可以进行数据交互，所有进程共用 一个内核空间 Client、Server、ServiceManager均在用户空间中实现，而Binder驱动程序则是在内核空间中实现的；

·为何新增Binder来作为主要的IPC方式

Android也是基于linux内核，Linux现有的进程通信手段有管道/消息队列/共享内存/套接字/信号量。

既然有现有的IPC方式，为什么重新设计一套Binder机制呢？

主要是出于以上三个方面的考量：

1、效率：传输效率主要影响因素是内存拷贝的次数，拷贝次数越少，传输速率越高。从Android进程架构角度 分析：对于消息队列、Socket和管道来说，数据先从发送方的缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，再从内核缓存区拷 贝到接收方的缓存区，一共两次拷贝。一次数据传递需要经历：用户空间 –> 内核缓存区 –> 用户空间，需要2次数据拷贝，这样效率不高。 而对于Binder来说，数据从发送方的缓存区拷贝到内核的缓存区，而接收方的缓存区与内核的缓存区是映射到同 一块物理地址的，节省了一次数据拷贝的过程 ： 共享内存不需要拷贝，Binder的性能仅次于共享内存。 

2、稳定性：上面说到共享内存的性能优于Binder，那为什么不采用共享内存呢，因为共享内存需要处理并发同 步问题，容易出现死锁和资源竞争，稳定性较差。 Binder基于C/S架构 ，Server端与Client端相对独立，稳定性较 好。

3、安全性：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；而Binder机制 为每个进程分配了UID/PID，且在Binder通信时会根据UID/PID进行有效性检测。

2. binder是什么？

从进程间通信的角度看，Binder 是一种进程间通信的机制；

从 Server 进程的角度看，Binder 指的是 Server 中的 Binder 实体对象(Binder类 IBinder)；

从 Client 进程的角度看，Binder 指的是对 Binder 代理对象，是 Binder 实体对象的一个远程代理

从传输过程的角度看，Binder 是一个可以跨进程传输的对象；Binder 驱动会自动完成代理对象和本地对象之间 的转换。 从Android Framework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager和相应ManagerService的桥梁

3.Binder 跨进程通信机制 模型

·模型原理图：Binder 跨进程通信机制 模型 基于 Client - Server 模式

· 模型组成角色说明

4.Binder驱动的作用 & 原理：

模型工作原理：

模型原理步骤说明

注意：

Client进程、Server进程 & Service Manager 进程之间的交互 都必须通过Binder驱动（使用 open 和 ioctl文件操作函数），而非直接交互原因：Client进程、Server进程 & Service Manager进程属于进程空间的用户空间，不可进行进程间交互Binder驱动 属于 进程空间的 内核空间，可进行进程间 & 进程内交互

Binder驱动 & Service Manager进程 属于 Android基础架构（即系统已经实现好了）；而Client 进程 和 Server 进程 属于Android应用层（需要开发者自己实现）所以，在进行跨进程通信时，开发者只需自定义Client & Server 进程 并 显式使用上述3个步骤，最终借助 Android的基本架构功能就可完成进程间通信

# Binder请求的线程管理Server进程会创建很多线程来处理Binder请求Binder模型的线程管理 采用Binder驱动的线程池，并由Binder驱动自身进行管理,而不是由Server进程来管理的一个进程的Binder线程数默认最大是16，超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。所以，在进程间通信时处理并发问题时，如使用ContentProvider时，它的CRUD（创建、检索、更新和删除）方法只能同时有16个线程同时工作

利用binder进行通信的实现代码Demo：

1. 直接利用Binder的transact实现：

server端：（注意，要在注册清单中注册，并且标注进程号(在其他进程中运行)）

public class IPCService extends Service {private static final String DESCRIPTOR = "IPCService";private final String[] names = {"B神","艹神","基神","J神","翔神"};private MyBinder mBinder = new MyBinder();private class MyBinder extends Binder {  @Override  protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {      switch (code){          case 0x001: {              Log.d("TAG", "MyBinder Switch块 -----" + android.os.Process.myPid());              data.enforceInterface( "IPCService");              int num = data.readInt();              int num1 = data.readInt();              int num2 = data.readInt();              String test = data.readString();              reply.writeNoException();              reply.writeString(names[num] + "  " + android.os.Process.myPid() + "    " + num1 + "   " + num2 + "   " + test);              reply.writeInt(1);              reply.writeString("收到");              return true;          }      }      Log.d("TAG", "MyBinder   OnTransact块 ----- " + android.os.Process.myPid());      return super.onTransact(code, data, reply, flags);  }}@Overridepublic IBinder onBind(Intent intent) {  return mBinder;}}

client:

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener{    private EditText edit_num;    private Button btn_query;    private TextView txt_result;    private IBinder mIBinder;    private ServiceConnection PersonConnection  = new ServiceConnection()    {        @Override        public void onServiceDisconnected(ComponentName name)        {            mIBinder = null;        }        @Override        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service)        {            mIBinder =  service;            Log.d("TAG", "客户端-----" + android.os.Process.myPid());        }    };    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        bindViews();        //绑定远程Service        Intent service = new Intent(this,IPCService.class);        bindService(service, PersonConnection, BIND_AUTO_CREATE);        btn_query.setOnClickListener(this);    }    private void bindViews() {        edit_num = (EditText) findViewById(R.id.edit_num);        btn_query = (Button) findViewById(R.id.btn_query);        txt_result = (TextView) findViewById(R.id.txt_result);    }    @Override    public void onClick(View v) {        int num = Integer.parseInt(edit_num.getText().toString());        if (mIBinder == null)        {            Toast.makeText(this, "未连接服务端或服务端被异常杀死", Toast.LENGTH_SHORT).show();        } else {            android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();            android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();            String _result = null;            try{                _data.writeInterfaceToken("IPCService");                _data.writeInt(num);                _data.writeInt(4);                mIBinder.transact(0x001, _data, _reply, 0);                _reply.readException(); //读取异常                _result = _reply.readString();                String test = _reply.readString();                int test1 = _reply.readInt();                Toast.makeText(this, "我收到的内容是：" + test + "    " + test1, Toast.LENGTH_SHORT).show();                txt_result.setText(_result);                edit_num.setText("");                Log.d("TAG", "客户端-----" + android.os.Process.myPid());            }catch (RemoteException e)            {                e.printStackTrace();            } finally            {                _reply.recycle();                _data.recycle();            }        }    }}

运行结果：

方法说明及其注意点：

1. Parcel的读写顺序要一致。 比如写的时候先 writeInt ，然后再writeString。 那么读的时候也是要先readInt 然后再writeString。 （原因应该是跟Parcelable差不多，调用的是native层的序列化写入，用的是C/C++的指针顺序写入，如果没有按顺序读取，读取地址的时候读到的内容就会很奇怪了）

例如，服务端写入顺序：

客户端读取顺序：

结果：

收到的数据不理想

2. Parcel的writeInterfaceToken(接口名)以及enforceInterface(接口名)

·writeInterfaceToken以及writeInterfaceToken的接口名要一致（类似于验证要访问的接口是否一致）。

不一致，如果找不到binder找不到要调用的接口，就会报异常

java.lang.SecurityException: Binder invocation to an incorrect interface

例如：服务端

客户端：

报错：

·writeInterfaceToken以及writeInterfaceToken的调用时期必须在读写数据前调用，否则会报错：

java.lang.SecurityException: Binder invocation to an incorrect interface

例如：在写入数据后才调用时：

结果报错：

源码对这俩个函数的描述：

        public final void writeInterfaceToken(@NonNull String interfaceName) {        nativeWriteInterfaceToken(mNativePtr, interfaceName);    }

        public final void enforceInterface(@NonNull String interfaceName) {        nativeEnforceInterface(mNativePtr, interfaceName);    }

3.Parcel的readException()

作用是读取异常，如果读写的时候有异常，那么就能获取到改异常（获取异常不catch就会导致程序奔溃）。 上述代码可以选择不加这个，不加的话如果有异常就获取不到，也不会导致程序奔溃，但读不到数据

4. transact和onTransact

protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)

public boolean transact(int code, @NonNull Parcel data, @Nullable Parcel reply, int flags)

参数说明： 1.code，服务端和客户端约定的标识码，这样在服务端中就可以根据改标识码来处理不同的事件

​ 2.data, 用于读取和写入 要通信的数据

​ 3.reply，用于读取和写入 返回的数据 4. flags 可以不管

transact在客户端中调用，ontransact在服务端中调用。 （当然一个进程可以同时为服务端和客户端。 也就是binder机制支持"递归化调用"，比如A跟B通信，A可以调用B提供的Ibinder对象的transact跟B通信，同时B也可以调用A提供的IBinder对象的transact跟A通信。 然后他们在各自的onTransact方法中处理即可）

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上面的Demo只是验证了通信，并没有真正意义上的调用另一个进程的接口方法，因此再测试了一个Demo调用另外一个进程的方法：

定义接口方法：一定要继承IInterface

import android.os.IInterface;public interface IPlus extends IInterface {      int add(int a, int b);}

服务端代码：

public class IPCService extends Service {    private static final String DESCRIPTOR = "add two int";    private final String[] names = {"B神","艹神","基神","J神","翔神"};    private MyBinder mBinder = new MyBinder();    private IInterface plus = new IPlus() {        @Override        public int add(int a, int b) {            return a + b;        }        @Override        public IBinder asBinder() {            return null;        }    };    public IPCService(){        mBinder.attachInterface(plus,"add two int");    }    private class MyBinder extends Binder {        @Override        protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {            switch (code){                case 0x001: {                    Log.d("TAG", "MyBinder Switch块 -----" + android.os.Process.myPid());                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);                    int a = data.readInt();                    int b = data.readInt();                    int result = ((IPlus)this.queryLocalInterface("add two int")).add(a,b);                    reply.writeNoException();                    reply.writeInt(result);                    return true;                }            }            Log.d("TAG", "MyBinder   OnTransact块 ----- " + android.os.Process.myPid());            return super.onTransact(code, data, reply, flags);        }    }    @Override    public IBinder onBind(Intent intent) {        return mBinder;    }}

客户端代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener{    private EditText edt_arg1;    private EditText edt_arg2;    private Button add;    private TextView addResult;    private IBinder mIBinder;    private ServiceConnection PersonConnection  = new ServiceConnection()    {        @Override        public void onServiceDisconnected(ComponentName name)        {            mIBinder = null;        }        @Override        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service)        {            mIBinder =  service;            Log.d("TAG", "客户端-----" + android.os.Process.myPid());        }    };    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        bindViews();        //绑定远程Service        Intent service = new Intent(this,IPCService.class);        bindService(service, PersonConnection, BIND_AUTO_CREATE);        add.setOnClickListener(this);    }    private void bindViews() {        edt_arg1 = (EditText) findViewById(R.id.arg1);        edt_arg2 = (EditText) findViewById(R.id.arg2);        add = (Button) findViewById(R.id.add);        addResult = (TextView) findViewById(R.id.result);    }    @Override    public void onClick(View v) {        int arg1 = Integer.parseInt(edt_arg1.getText().toString());        int arg2 = Integer.parseInt(edt_arg2.getText().toString());        if (mIBinder == null)        {            Toast.makeText(this, "未连接服务端或服务端被异常杀死", Toast.LENGTH_SHORT).show();        } else {            android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();            android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();            int _result = -1;            try{                _data.writeInterfaceToken("add two int");                _data.writeInt(arg1);                _data.writeInt(arg2);                mIBinder.transact(0x001, _data, _reply, 0);                _reply.readException();                _result  = _reply.readInt();                addResult.setText(""+_result );            }catch (RemoteException e)            {                e.printStackTrace();            } finally            {                _reply.recycle();                _data.recycle();            }        }    }}

运行结果：

区别第一个Demo：

这里多使用了IInterface，即IPlus

并且在服务端的代码里多写了：

    public IPCService(){        mBinder.attachInterface(plus,"add two int");    }    

                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);                    int a = data.readInt();                    int b = data.readInt();                    int result = ((IPlus)this.queryLocalInterface("add two int")).add(a,b);

Binder跨进程的通信AIDL方案：

AIDL使用步骤：

1. 创建AIDL文件

2. 写上服务端需要提供的接口方法

3. 重新build一下模块，就会自动生成aidl文件对应的java文件

测试Demo1：（同一模块下时）

AIDL文件代码：

interface IMyAidlInterface {        void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,            double aDouble, String aString);  //默认生成，可以删除    //以下俩个是自定义方法    void say(String Word);    int tell(String word,int age);}

服务端代码：

public class MyAidlServer extends Service {    private String TAG = "MyAidlService";    //使用生成的java文件中的stub作为binder对象    private IMyAidlInterface.Stub stub = new IMyAidlInterface.Stub() {        @Override        public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, String aString) throws RemoteException {            Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() + "   basicTypes:  " + anInt + "   " + aLong + "   " + aBoolean + "   "                  + aFloat + "   " + aDouble + "   " + aString);        }        @Override        public void say(String word) throws RemoteException {            Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() + "   say:  "  + word);        }        @Override        public int tell(String word, int age) throws RemoteException {            Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() +  "   tell:   " + word + "    " + age);            return 100;        }    };    @Nullable    @Override    public IBinder onBind(Intent intent) {        return stub;    }}

客户端代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private static final  String TAG = "MainActivity";    TextView bindService;    ServiceConnection serviceConnection = new ServiceConnection() {        @Override        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {            IMyAidlInterface iMyAidlInterface = IMyAidlInterface.Stub.asInterface(service); //获取到服务端的binder代理对象，也就是上面stub            try {                iMyAidlInterface.say("I am handsome boy");                int result = iMyAidlInterface.tell("我是个靓仔", 20);                Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() +"    " + "onServiceConnected:   " + result);            } catch (RemoteException e) {                throw new RuntimeException(e);            }        }        @Override        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {        }    };    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        bindService = findViewById(R.id.bind_service);        bindService.setOnClickListener((v) -> {            Intent intent = new Intent(MainActivity.this, MyAidlServer.class);            bindService(intent,serviceConnection,BIND_AUTO_CREATE); //绑定服务        });    }}

结果：不同进程的日志需要指令抓取才可以显示出来

客户端进程：

服务端进程：

测试Demo2：（不同模块时）

服务端aidl：

interface IServiceAidlInterface {        void setData(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,            double aDouble, String aString,byte anByte);   //aidl不支持short类型，但可以考虑把short转换成int解决    void saySomething(String word);    String saySomethingAndRespon(String word);}

服务端Service：

public class AidlService extends Service {    private String TAG = "AidlService";    private IServiceAidlInterface.Stub stub = new IServiceAidlInterface.Stub() {        @Override        public void setData(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, String aString, byte anByte) throws RemoteException {            Log.d(TAG,android.os.Process.myPid() +  "   服务端收到客户端调用setData传入的数据为:  " + anInt + "   " + aLong + "   "            + aBoolean + "   " + aFloat + "    " + aDouble + "    " + aString + "     " + (int) anByte);        }        @Override        public void saySomething(String word) throws RemoteException {            Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() + "    服务端收到客户端调用saySomethingAndRespon传入的数据为: " + word);        }        @Override        public String saySomethingAndRespon(String word) throws RemoteException {            Log.d(TAG, android.os.Process.myPid() + "    服务端收到客户端调用saySomethingAndRespon传入的数据为: " + word);            return "我是服务端，我已经接收到你发送过来的数据了。 ---> " + word;        }    };    @Nullable    @Override    public IBinder onBind(Intent intent) {        return stub;    }    @Override    public boolean onUnbind(Intent intent) {        Log.d(TAG, "onUnbind: ");        return super.onUnbind(intent);    }    @Override    public void onDestroy() {        super.onDestroy();        Log.d(TAG, "onDestory: ");    }}

服务端的注册清单： 此处只为注册service。 且exported属性为true是一定要的

客户端：aidl文件直接从服务端复制过来（自建 包名会跟着客户端）

绑定服务的代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private final String TAG = "ClientMainActivity";    Button bind_service;    Intent intent;    private ServiceConnection connection = new ServiceConnection() {        @Override        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {            IServiceAidlInterface aidlInterface = IServiceAidlInterface.Stub.asInterface(service);            try {                aidlInterface.setData(10,100L,true,50.01f,79.0,"XIAO JIAN", (byte) 90);                aidlInterface.saySomething("服务端你好呀");                String respon = aidlInterface.saySomethingAndRespon("你是个靓仔");                Log.d(TAG, android.os.Process.myPid()+"      我是客户端，收到服务端传送过来的消息为: " + respon);            } catch (RemoteException e) {                throw new RuntimeException(e);            }        }        @Override        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {        }    };    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        bind_service = findViewById(R.id.bind_service);        bind_service.setOnClickListener((v)->{            intent = new Intent("android.intent.action.AIDLService");            intent.setPackage("net.aidl_server");            bindService(intent,connection,BIND_AUTO_CREATE);        });    }    @Override    protected void onDestroy() {        super.onDestroy();        Log.d(TAG, "onDestroy: " );    }}

运行结果：

服务端

客户端：

Aidl传输复杂数据注意事项：

数据需要实现Parceable接口，并且格式要跟Parceable实现格式一样，可以把鼠标指在Parceable那，然后Alt + 回车

需要在aidl文件中加入Parceable实现类

定义接口参数需要加上in

在AIDL中，in、out和inout是定向标记，用于指示数据在跨进程通信中的流向。其中，in表示数据只能从客户端流向服务端，out表示数据只能从服务端流向客户端，inout表示数据可以在服务端和客户端之间双向流动需要注意的是，in 和 out 的作用只是为了告诉系统参数的传递方向，实际上在 AIDL 中，所有的参数都是通过值传递的，即传递的是参数的副本，而不是参数本身。因此，如果需要修改参数的值，需要使用 inout 或者返回值的方式来实现。

引用和参考

Carson带你学Android–Android跨进程通信：图文详解 Binder机制 原理

来源地址：https://blog.csdn.net/XJ200012/article/details/131204391