前言

在了解Binder之前，需要对Android的整个架构有个大致了解。

Android-Architecture

Android开发中Binder是必须了解的知识，但是想要去深入了解其原理其实是一件比较麻烦的事情，涉及到的内容太杂。从Framework到Kernel，处处都在使用Binder。本文不记录源码，篇幅过长，本文记录对于Binder的理解、工作流程以及Binder的使用。

Binder是什么

Binder是使用在Android上的一种跨进程通信机制。 众所周知Android中一个进程不能直接访问另一个进程的内存（进程隔离）。为了解决这种问题，进程与进程之间的通信需要一个桥梁。比如你的应用想要知道现在手机还剩下多少电量，此时就需要使用系统服务PowerManager，这就是一个典型的Binder机制使用。

为什么是Binder？

Linux的IPC实现已经有了共享内存、管道、UDS等机制，为什么Android不采用这些，而是额外实现一个Binder？主要的原因是Binder更高效、更稳定、更安全。

简单对比几种IPC机制的优劣势：

共享内存（Shared Memory) 共享内存方式实现进程间通信依靠的是申请一块内存区域，然后将这块内存映射到进程空间中，这样两个进程都可以直接访问这块内存。在进行进程间通信时，两个进程可以利用这块内存空间进行数据交换。通过这样的方式，减少了数据的赋值操作，因此共享内存实现进程间通信在速度上有明显优势。缺点：控制复杂，难以使用。
管道（Pipe） 管道也是操作系统中常见的一种进程间通信方式，Windows系统进程间的通信依赖于此种方式实现。在进行进程间通信时，会在两个进程间建立一根拥有读（read）写(write)功能的管道,一个进程写数据，另一个进程可以读取数据，从而实现进程间通信问题。缺点：采用存储-转发方式，即数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程。
UDS（UNIX Domain Socket） UDS也被称为IPC Socket，但它有别于network 的Socket。UDS的内部实现不依赖于TCP/IP协议，而是基于本机的“安全可靠操作”实现。UDS这种进程间通信方式在Android中用到的也是比较多的。缺点：传输效率低，开销大，主要用在跨网络的进程间通信和本机上进程间的低速通信。
Binder Binder是Android中独有的一种进程间通信方式。它底层依靠mmap（Memory Map），只需要一次数据拷贝，把一块物理内存同时映射到内核和目标进程的用户空间。

Binder的优势

相比传统的通信方式Binder在效率、稳定性、安全性上有更高的要求。

效率： Binder是仅次于共享内存，Binder数据需要拷贝一次，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。
稳定性： Binder是基于C/S架构，架构清晰明了。Server跟Client相互独立，稳定性更好。共享内存虽然效率占优，但是实现起来比较复杂，没有Server跟Client的概念，需要考虑并发等难题。
安全性： 传统的Linux下的IPC机制无法获取可靠的UID/PID，如果Android采用Linux下的传统IPC机制会导致系统漏洞更大。

Binder工作流程

Binder的结构如下：

binder

使用Binder流程如下：

1， 注册服务（addService）
2， 获取服务（getService）
3， 使用服务

注册服务

服务端需要往ServiceManager注册，ServiceManager有一个全局的service列表svcinfo，用来缓存所有服务的handler和name。

获取服务

客户端通过ServiceManager从svcinfo中查找服务，ServiceManager返回服务的引用。

使用服务

拿到服务对象后，需要向服务发送请求，实现我们需要的功能。通过 BinderProxy 将我们的请求参数发送给内核，通过共享内存的方式使用内核方法 copy_from_user()将我们的参数先拷贝到内核空间，这时我们的客户端进入等待状态。然后 Binder 驱动向服务端的 todo队列里面插入一条事务，执行完之后把执行结果通过 copy_to_user()将内核的结果拷贝到用户空间（这里只是执行了拷贝命令，并没有拷贝数据，binder只进行一次拷贝），唤醒等待的客户端并把结果响应回来，这样就完成了一次通讯。

一次完整的Binder通信流程如下（图片来自csdn-jeanboydev）：

binder_flow

使用Binder

使用Binder不复杂，比如实现一个查询功能，客户端C想要了解Switch卡带的价格，向服务端S进行价格查询。

服务端

服务端负责提供查询功能，开启Service等待客户端链接，也就是上面提到的注册服务。

新建一个项目，就以BinderServer命名吧，包名为 cn.xuyonghong.binderserver。

创建SwitchCassetteService提供卡带价格查询服务。

class SwitchCassetteService : Service() {

    companion object {
        const val REQUEST_CODE = 1000
    }

    private val mBinder = object : Binder() {
        override fun onTransact(code: Int, data: Parcel, reply: Parcel?, flags: Int): Boolean {
            if (code == REQUEST_CODE) {
                when (data.readString()) {
                    "Zelda" -> {
                        reply?.writeString("Zelda - ¥300.00")
                    }
                    "Mario Kart" -> {
                        reply?.writeString("Mario Kart - ¥299.00")
                    }
                    else -> {
                        reply?.writeString("未查询到该卡带价格")
                    }
                }
                return true
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags)
        }
    }

    override fun onBind(intent: Intent?): IBinder {
        return mBinder
    }
}

在Manifest声明：

  <service
        android:name=".SwitchCassetteService"
        android:exported="true"
        android:process=":cassette" />

客户端

客户端负责的事情就是获取服务，使用服务。

新建项目BinderClient，准备获取并使用服务。

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    companion object {
        const val REQUEST_CODE = 1000
    }

    private var mBinder: IBinder? = null

    private val mConnection = object : ServiceConnection {
        override fun onServiceConnected(name: ComponentName?, service: IBinder?) {
            mBinder = service
            Toast.makeText(this@MainActivity, "service is connected", Toast.LENGTH_SHORT).show()
        }

        override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
            mBinder = null
            Toast.makeText(this@MainActivity, "service is disconnected", Toast.LENGTH_SHORT).show()
        }
    }

    private val mSwitchCassettePriceTv: TextView by lazy {
        findViewById(R.id.tv_switch_cassette_price)
    }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }

    fun query(v: View) {
        val requestData = Parcel.obtain()
        val replyData = Parcel.obtain()

        requestData.writeString("Zelda")

        try {
            mBinder?.transact(REQUEST_CODE, requestData, replyData, 0)
            mSwitchCassettePriceTv.text =
                "查询结果：${replyData.readString()}"
        } catch (e: Exception) {
            Toast.makeText(this, "Error ${e.message}", Toast.LENGTH_LONG).show()
        } finally {
            requestData.recycle()
            replyData.recycle()
        }
    }

    fun bind(v: View) {
        bindService(
            Intent().apply {
                component = ComponentName(
                    "cn.xuyonghong.binderserver",
                    "cn.xuyonghong.binderserver.SwitchCassetteService"
                )
            },
            mConnection,
            Context.BIND_AUTO_CREATE
        )
    }
}

layout_main：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.appcompat.widget.LinearLayoutCompat xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:gravity="center"
    android:orientation="vertical"
    tools:context=".MainActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/tv_switch_cassette_price"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:textSize="18sp" />

    <Button
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:onClick="query"
        android:text="query"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <Button
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:onClick="bind"
        android:text="bind"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />
</androidx.appcompat.widget.LinearLayoutCompat>

至此一个完整的Binder使用案例就完成了。

当点击BIND按钮的时候，会提示

service is connected

点击查询的时候，页面会提示：

binder_sample

AIDL

全称Android Interface Definition Language（Android接口定义语言），简言之就是用于B/S之间IPC通信而定义的语言，当然并不是所有的情况都需要使用AIDL，只有当 需要不同应用的客户端通过 IPC方式访问服务，并且希望在服务中进行多线程处理时才使用AIDL，如果无需多线程并发处理的情况则应该使用Binder来创建接口。

AIDL介绍，参考官方文档。

服务端

定义AIDL文件：

interface ISwitchCassette {
    /**
     * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
     * and return values in AIDL.
     */
    void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,
            double aDouble, String aString);

    String querySwitchCassettePrice(String cassettename);
}

向客户端公开接口：

class SwitchCassetteService : Service() {
    private val serverBinder = object:ISwitchCassette.Stub(){
        override fun basicTypes(
            anInt: Int,
            aLong: Long,
            aBoolean: Boolean,
            aFloat: Float,
            aDouble: Double,
            aString: String?
        ) {

        }

        override fun querySwitchCassettePrice(cassettename: String?): String {
            return when (cassettename) {
                "Zelda" -> {
                    "Zelda - ¥300.00"
                }
                "Mario Kart" -> {
                    "Mario Kart - ¥299.00"
                }
                else -> {
                    "未查询到该卡带价格"
                }
            }
        }

    }
    override fun onBind(intent: Intent?): IBinder {
        return serverBinder
    }
}

客户端

定义AIDL文件，跟服务端一致：

interface ISwitchCassette {
    /**
     * Demonstrates some basic types that you can use as parameters
     * and return values in AIDL.
     */
    void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat,
            double aDouble, String aString);

    String querySwitchCassettePrice(String cassettename);
}

调用IPC方法：

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private var mBinder: ISwitchCassette? = null

    private val mConnection = object : ServiceConnection {
        override fun onServiceConnected(name: ComponentName, service: IBinder?) {
            mBinder = ISwitchCassette.Stub.asInterface(service)
            Toast.makeText(this@MainActivity, "service is connected", Toast.LENGTH_SHORT).show()
        }

        override fun onServiceDisconnected(name: ComponentName?) {
            mBinder = null
            Toast.makeText(this@MainActivity, "service is disconnected", Toast.LENGTH_SHORT).show()
        }
    }

    private val mSwitchCassettePriceTv: TextView by lazy {
        findViewById(R.id.tv_switch_cassette_price)
    }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }

    fun query(v: View) {
        try {
            val queriedPrice = mBinder?.querySwitchCassettePrice("Zelda")
            mSwitchCassettePriceTv.text =
                "查询结果：$queriedPrice"
        } catch (e: Exception) {
            Toast.makeText(this, "Error ${e.message}", Toast.LENGTH_LONG).show()
        }
    }

    fun bind(v: View) {
        bindService(
            Intent().apply {
                component = ComponentName(
                    "cn.xuyonghong.binderserver",
                    "cn.xuyonghong.binderserver.SwitchCassetteService"
                )
            },
            mConnection,
            Context.BIND_AUTO_CREATE
        )
    }
}

Q&A

Q：AIDL中定义的方法参数前缀 in / out / inout 的作用？ A: 官方文档对于AIDL接口中定义的方法参数有以下要求。

方法参数必须是
方法可带零个或多个参数，返回值或空值。
所有非原语参数均需要指示数据走向的方向标记。这类标记可以是 in、out 或 inout。参数修饰默认为 in，不能是其他方向。

in表示数据流向是从客户端流向服务端，out表示数据流向是从服务端流向客户端，inout表示双向流通，流向的解释为任何对于参数的修改对于流向的终点都会同步。

Q：AIDL中oneway的作用？

A：官方解释，oneway用于修改远程调用的行为。使用此关键字后，远程调用不会屏蔽，而只是发送事务数据并立即返回。最终接收该数据时，接口的实现会将其视为来自 Binder 线程池的常规调用（普通的远程调用）。如果 oneway 用于本地调用，则不会有任何影响，且调用仍为同步调用。

Q：AIDL如何使用自定义参数？

A：AIDL中方法默认支持以下参数类型：

Java 编程语言中的所有原语类型（如 int、long、char、boolean 等）
String
CharSequence
List - **List 中的所有元素必须是以上列表中支持的数据类型，或者您所声明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 类型。您可选择将 List 用作“泛型”类（例如，List）。尽管生成的方法旨在使用 List 接口，但另一方实际接收的具体类始终是 ArrayList。**
Map - Map 中的所有元素必须是以上列表中支持的数据类型，或者您所声明的由 AIDL 生成的其他接口或 Parcelable 类型。不支持泛型 Map（如 Map<String,Integer> 形式的 Map）。尽管生成的方法旨在使用 Map 接口，但另一方实际接收的具体类始终是 HashMap。

如果要传递自定义的参数需要实现Parcelable接口。

Binder小记

Binder的个人理解小记

前言