Android高频面试专题 - 进阶篇（三）Binder机制

Android扫地僧

发布于 2020-03-19 08:15:10

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Binder机制一直是Android面试的一个难点，尤其是Binder驱动，那不是一篇文章就能简单说清楚的，本篇还是一样，作为面试复习的一个支撑，阅读如果出现不懂的，需要及时查阅相关资料。

1、Linux内核基础知识

进程隔离/虚拟地址空间为保证操作系统不同进程间数据互不干扰，进程直接是相互隔离的，这样即使A进程发生崩溃，B进程也不会受到影响。进程隔离其实是基于虚拟地址空间实现的，操作系统对于不同进程来说是共享的，但是进程隔离后，每个进程任务自己所独享的操作系统其实是虚拟的，如果二者之间需要通信，则需要通过某种机制。Android就是基于Binder机制。
系统调用 Linux将用户空间和内核空间也是隔离开来的，那么用户的应用程序如果需要访问内核空间，唯一的方式就是系统调用，通过这个统一入口接口，所有的资源访问都是在内核的控制下执行，以免导致对用户程序对系统资源的越权访问，从而保障了系统的安全和稳定。
Binder驱动通过系统调用，用户空间可以访问内核空间，那么如果一个用户空间想与另外一个用户空间进行通信怎么办呢？传统的 Linux有很多通信机制，但是 Binder 并不是 Linux 内核的一部分，它是怎么做到访问内核空间的呢？ Linux 的动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）机制解决了这个问题；模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行。这样，Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程之间的通过这个模块作为桥梁，就可以完成通信了。在 Android 系统中，这个运行在内核空间的，负责各个用户进程通过 Binder 通信的内核模块叫做 Binder 驱动;

2、什么是Binder

Android作为移动端操作系统，传统的Linux进程间通信机制不满足于Android，所以开发了一套新的IPC机制，就是Binder机制。

3、为什么Android使用Binder机制

Linux 本身就支持很多通信机制，比如 Socket，管道，共享内存。选择Binder机制主要有以下2个原因

性能内存资源对Android来说非常宝贵，Socket作为一款通用接口，其传输效率低，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。消息队列和管道采用存储-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。共享内存虽然无需拷贝，但控制复杂，难以使用。

安全性传统IPC机制对通信双方的身份都没有严格的验证，比如Socket通信ip地址是客户端手动填入，很容易进行伪造，而Binder机制从协议本身就支持对通信双方做身份校检，因而大大提升了安全性。

4、Binder机制通信模型

Binder的通信机制有4个重要角色：Client、Server、Binder驱动、ServiceManager。

Client、Server、ServiceManager都在用户空间，处于不同进程。Binder驱动位于内核空间，ServiceManager相对于通讯录，内部保存了Server相关的信息，这样Client就可以通过ServiceManager拿到Server的信息，Binder驱动就相当于通信基站，这样Client和Server直接就可以通信了。

5、Binder机制通信原理

结合以上通信模型，可以看出Binder通信机制分三步：

第一步：ServiceManager在其内部维护一张表；

第二步：服务端进程向ServiceManager注册信息；

第三步：客户端进程向ServiceManager取得信息，通过Binder驱动与服务端进程通信；

这里我们一直在强调通过Binder驱动进行通信，那么Binder驱动究竟是如何进行通信的

如上图，Client想调用Server的的add方法，该方法返回一个Object对象。

首先，Server会先向ServiceManager注册一张表，这个表中就存储了相关信息，告诉ServiceManager我这里有一个返回值为Object的add方法，client向ServiceManager中查询Server端有没有一个返回值为Object的add方法，由于进程之间的通信都是在内核中进行的，驱动会在数据传输时做一些手脚，不会返回给client真正的server的Object的对象，而是返回一个代理对象，这个代理对象里包含了一个add方法，要注意，代理对象的add方法是一个空方法，它唯一要做的只是需要将参数包装好之后交给Binder驱动来实现。

Binder驱动收到代理对象的add方法之后，会在ServiceManager表中查询存在有这个方法，Binder驱动就会将代理对象替换成server端的对象，调用server端的add方法，最后将结果返回给Client。

6、AIDL是什么？与Binder的关系

AIDL（Android Interface definition language），从名字可以看出，它是一个Language，所以它并不是Android的跨进程通信机制，它只是我们程序员偷懒的一个工具，真正的进程间通信，还是Binder来实现的，AIDL只是帮我们生成Binder和BinderProxy接口类，只要你愿意，完全可以不创建AIDL文件，自己实现这一套代码。

7、AIDL使用步骤

①新建AIDL文件，例如IMyAidlInterface.aidl，内部声明一个add方法

②然后我们只需要点击 Build -> Make Project，等待构建完成，AS就会自动为我们生成复杂的Java文件。在build\generated\aidl_source_output_dir\目录下，会生成一个IMyAidlInterface.java文件继承自IInterface，并且内部生成了一个抽象静态内部类Stub

该类实现了IMyAidlInterface继承自IInterface的方法asBinder。可将将接口转化为Binder。
该类同时提供了一个可以将Binder转化为IMyAidlInterface实现类的方法，asInterface。
该类继承自Binder类，重写了Binder类的onTransact方法。该方法的作用是，接收客户端发来的请求，并将请求分发至各个接口。
该类中又自定义了一个非抽象静态类Proxy，也实现了IMyAidlInterface。该类在asInterface中被调用。
该类为每个接口方法定义了一个整型的唯一标识。

可以看到，Proxy已经实现了add方法，那我们为什么还要怎么实现自己的业务逻辑呢？其实在Proxy的构造方法中，传入了一个IBinder对象，保存为成员变量mRemote，这里的add实现，其实是调用了mRemote的transact方法，将请求发送到了真正的服务端来实现，那么Proxy是在哪里被调用的，经过查看，是在Stub类的asInterface方法中