Android开发之漫漫长途 Ⅷ——Android Binder（也许是最容易理解的）

前言

我们在上一篇中比较详尽的介绍了Android的消息机制，不过有一些内容我们在不理解Android Binder的话是无法讲解清楚的。对于初学Android的朋友而言，最难却又最想掌握的恐怕就是Binder机制了，因为Android系统基本上可以看作是一个基于Binder通信的C/S架构。 Binder就像网络一样，把系统的各个部分连接在了一起，因此它是非常重要的。我们下面会Android Binder机制进行从上到下从易到难的分层次讲解，从而既能让初学者对Binder有一定认识，也能让有一定Android基础的人获得收获。
注：下文中的源码均出自android-6.0.0_r5

Binder概述

对于初学者来说，深入Android Binder机制是非常不明智的。Android Binder机制大都涉及Java层、Native层、驱动层这三三个方面，对于初学者来说想啃这三块硬骨头很容易磕着牙。我们这这一节概述从以下几个方面让你从比较宏观的角度理解Android Binder。

进程

在该系列博客中的第一章我们就说起了Android进程相关问题，Android故意弱化了进程的概念，而用相对容易理解的四大组件。可是我们在稍微深入Android的时候，那么进程是绕不过的。默认情况下，同一个应用程序中的所有组件运行在同一个进程中，而且绝大多数的应用程序也都是这样的。这个默认进程是用这个应用的包名来命名的。

进程间通信

我们在运行App的时候经常需要使用一些系统服务，比如剪切板服务，而剪切板服务是运行在SystemServer进程中的。那我们的App是怎么使用剪切板服务的呢，我们都知道进程是相互独立的，静态变量等等都无法共用。这就涉及到进程间的通信了，即IPC。我们都知道Android是基于Linux内核的，那我们简单介绍下Linux下的几种IPC机制。

管道（Pipe）

管道是由内核管理的一个缓冲区，相当于我们放入内存中的一个纸条。管道的一端连接一个进程的输出。这个进程会向管道中放入信息。管道的另一端连接一个进程的输入，这个进程取出被放入管道的信息。

• 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道
• 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）。比如fork或exec创建的新进程，在使用exec创建新进程时，需要将管道的文件描述符作为参数传递给exec创建的新进程。当父进程与使用fork创建的子进程直接通信时，发送数据的进程关闭读端，接受数据的进程关闭写端。
• 管道只能在本地计算机中使用，而不可用于网络间的通信。

命名管道(FIFO)

命名管道是一种特殊类型的文件，它在系统中以文件形式存在。这样克服了管道的弊端，他可以允许没有亲缘关系的进程间通信。

共享内存(Share Memory)

共享内存是在多个进程之间共享内存区域的一种进程间的通信方式，由IPC为进程创建的一个特殊地址范围，它将出现在该进程的地址空间中。其他进程可以将同一段共享内存连接到自己的地址空间中。所有进程都可以访问共享内存中的地址，如果一个进程向共享内存中写入了数据，所做的改动将立刻被其他进程看到。

• 共享内存是IPC最快捷的方式，共享内存方式直接将某段内存段进行映射，多个进程间的共享内存是同一块的物理空间，仅仅映射到各进程的地址不同而已，因此不需要进行复制，可以直接使用此段空间。

• 共享内存本身并没有同步机制，需要程序员自己控制。

  内存映射(Memory Map)

  内存映射是由一个文件到一块内存的映射，在此之后进程操作文件，就像操作进程空间里的内存地址一样了。

  套接字（Socket）

  套接字机制不但可以单机的不同进程通信，而且使得跨网机器间进程可以通信。
  套接字的创建和使用与管道是有区别的，套接字明确地将客户端与服务器区分开来，可以实现多个客户端连到同一服务器。

Binder

作为Android系统下的一种IPC机制，其本质上与上面罗列出的IPC机制并无本质上的不同，都是作为进程间通信的一种手段。并且在Android系统中也不是只存在Binder这一种进程间通信的方式，在有些地方也使用了Socket。既然Linux已经提供了众多IPC机制，那么Android 为何还要使用Binder作为主要的进程间通信的方式呢，那么当然有他的优点存在。

• 采用C/S的通信模式。而在linux通信机制中，目前只有socket支持C/S的通信模式，但socket有其劣势，具体参看第二条。
• 有更好的传输性能。对比于Linux的通信机制，socket：是一个通用接口，导致其传输效率低，开销大；管道和消息队列：因为采用存储转发方式，所以至少需要拷贝2次数据，效率低；共享内存：虽然在传输时没有拷贝数据，但其控制机制复杂（比如跨进程通信时，需获取对方进程的pid，得多种机制协同操作）。
• 安全性更高。Linux的IPC机制在本身的实现中，并没有安全措施，得依赖上层协议来进行安全控制。而Binder机制的UID/PID是由Binder机制本身在内核空间添加身份标识，安全性高；并且Binder可以建立私有通道，这是linux的通信机制所无法实现的（Linux访问的接入点是开放的）。
• 对用户来说，通过binder屏蔽了client的调用server的隔阂，client端函数的名字、参数和返回值和server的方法一模一样，对用户来说犹如就在本地（也可以做得不一样），这样的体验或许其他ipc方式也可以实现，但binder出生那天就是为此而生。

Java层Binder

Java层Binder的功能，依赖于Native层Binder来实现，可以认为Java层Binder架构是Native层Binder架构的一个镜像。但是这并不影响我们分析Android Java层Binder的功能。我们用一个例子来说明这个过程。

我们在第一篇中就讲解了SystemServer这个进程，这个进程和zygote进程一起撑起了Android 世界，他们之中有一个崩溃，Android世界就会砰然倒塌。Android许多的重要的系统服务如AMS、PMS等都运行在SystemServer进程中。但是还有一个比较重要的进程ServiceManager进程（简称SM）跟zygote是兄弟进程。这个进程的作用是用来统一管理服务，如AMS。它们之间的关系如下。

我们的AMS需要向SM进程中注册信息，其他进程如果想使用AMS，那么先和ServiceManager进程进行通信查询，接着再和AMS所在SystemServer进程通信。这部分关系图如下