Activity底层知识之Binder透彻分析

2018-08-13 本文已影响74人遛狗的程序员

前言：

apk是怎么安装的？资源是怎么加载的？AIDL究竟是什么？Binder又是啥？等等这样的疑问，今天起就开始一一揭开。
先来一张图感受一下：

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今天重点先分析Binder。

知识准备

在讲解Binder前，我们先了解一些Linux的基础知识。

进程空间划分

一个进程空间分为用户空间 & 内核空间（Kernel），即把进程内用户 & 内核隔离开来。
二者区别：进程间，用户空间的数据不可共享，所以用户空间 = 不可共享空间；进程间，内核空间的数据可共享，所以内核空间 = 可共享空间。

所有进程共用1个内核空间

进程内用户空间 & 内核空间进行交互需通过系统调用，主要通过函数：
- [x] copy_from_user（）：将用户空间的数据拷贝到内核空间
- [x] copy_to_user（）：将内核空间的数据拷贝到用户空间

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进程隔离 & 跨进程通信（ IPC ）

进程隔离
为了保证安全性 & 独立性，一个进程不能直接操作或者访问另一个进程，即Android的进程是相互独立、隔离的
跨进程通信（ IPC ）
即进程间需进行数据交互、通信
跨进程通信的基本原理

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a. 而Binder的作用则是：连接两个进程，实现了mmap()系统调用，主要负责创建数据接收的缓存空间 & 管理数据接收缓存

b. 注：传统的跨进程通信需拷贝数据2次，但Binder机制只需1次，主要是使用到了内存映射。

Binder 跨进程通信机制

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模型原理步骤说明

image

以上内容和图片借鉴：[Android跨进程通信：图文详解 Binder机制原理] (https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/73560642) （作者图片画的很细致，思路清晰，如若侵权，请联系作者）

Binder组成

（划重点了，作为APP开发人员上面的内容不是非必须的，下面的知识点是必须掌握的）

Binder分为Client和Server两个进程
- [x] Client和Server是相对的，谁发消息，谁就是Client，谁接受消息，谁就是Server。
Binder组成。

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整个通信过程过程可以看做一个拨打电话进行通信的过程，ServericeManager相当于一个电话局，张三（Client)给李四(Server)打电话，电话局先解析电话号码的地址。有的话就可以拨通，没有的话，就报错。

Binder通信过程

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AIDL原理

AIDL是Binder的延伸。
Android系统中很多系统服务都是AIDL，比如剪切板，双进程守护。这里举例一下双进程守护：

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 * Original file: /Users/huangchen/workspace/web/yhparter/yh-partner-app/android/app/src/main/aidl/com/yonghuivip/partner/Service_1.aidl
 */
package com.yonghuivip.partner;
// Declare any non-default types here with import statements

public interface Service_1 extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.yonghuivip.partner.Service_1 {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.yonghuivip.partner.Service_1";

        /**
         * Construct the stub at attach it to the interface.
         */
        public Stub() {
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.yonghuivip.partner.Service_1 interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.yonghuivip.partner.Service_1 asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.yonghuivip.partner.Service_1))) {
                return ((com.yonghuivip.partner.Service_1) iin);
            }
            return new com.yonghuivip.partner.Service_1.Stub.Proxy(obj);
        }

        @Override
        public android.os.IBinder asBinder() {
            return this;
        }

        //收到Binder驱动通知后，Server 进程通过回调Binder对象onTransact（）进行数据解包 & 调用目标方法
        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {
            // code即在transact（）中约定的目标方法的标识符
            switch (code) {
                case INTERFACE_TRANSACTION: {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_getName: {
                    // a. 解包Parcel中的数据
                    // a1. 解析目标方法对象的标识符
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    // a2. 获得目标方法的参数
                    java.lang.String _result = this.getName();
                    reply.writeNoException();
                    // c. 将计算结果写入到reply
                    reply.writeString(_result);
                    return true;
                }
            }
            // 2. 将结算结果返回 到Binder驱动
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        private static class Proxy implements com.yonghuivip.partner.Service_1 {
            private android.os.IBinder mRemote;

            Proxy(android.os.IBinder remote) {
                mRemote = remote;
            }

            @Override
            public android.os.IBinder asBinder() {
                return mRemote;
            }

            public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
                return DESCRIPTOR;
            }
            // 注：在发送数据后，Client进程的该线程会暂时被挂起
// 所以，若Server进程执行的耗时操作，请不要使用主线程，以防止ANR
            @Override
            public java.lang.String getName() throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.lang.String _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    //通过 调用代理对象的transact（） 将 上述数据发送到Binder驱动
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getName, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readString();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }

        static final int TRANSACTION_getName = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    }

    public java.lang.String getName() throws android.os.RemoteException;
}

AIDL重要的几个类：

IBinder
IInterface
Stub
Binder
Proxy

AIDL中涉及到的类图：

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MyService.asInterface(service).getName()

asInteface作用是判断当前进程是否和自己再同一个进程。Stub调用自己的asInterface方法发现不在同一个进程之内，就调用Proxy的getName()

Proxy在自己的getName方法中，会使用Parceable来准备数据，把函数名称、函数参数都写入_data，让_reply接受函数返回值，最后调用IBinder的transact，就可以把数据传递给Binder的Server端。

 //通过 调用代理对象的transact（） 将 上述数据发送到Binder驱动
 mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getName, _data, _reply, 0);

Server通过onTransact方法接受Client传递过来的数据，包括函数名称、函数参数，找到对应的函数，这里是getName()，把参数传递过去。所以onTransact方法经历了：读数据、执行要调用的函数、把执行结果再写入数据。

 //收到Binder驱动通知后，Server 进程通过回调Binder对象onTransact（）进行数据解包 & 调用目标方法
        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {
            // code即在transact（）中约定的目标方法的标识符
            switch (code) {
                case INTERFACE_TRANSACTION: {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_getName: {
                    // a. 解包Parcel中的数据
                    // a1. 解析目标方法对象的标识符
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    // a2. 获得目标方法的参数
                    java.lang.String _result = this.getName();
                    reply.writeNoException();
                    // c. 将计算结果写入到reply
                    reply.writeString(_result);
                    return true;
                }
            }
            // 2. 将结算结果返回 到Binder驱动
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

四大组件的启动和后续流程，都是在和AMS打交道，四大组件给AMS发消息，四大组件就是Client Binder , AMS就是Server Binder，反之，角色替换。

参考：

Android系统源代码情景分析（第三版）罗升阳著
Android插件化开发指能包建强著
项目Demo代码分析
Android跨进程通信：图文详解 Binder机制原理

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Activity底层知识之Binder透彻分析

前言：

知识准备

进程空间划分

进程隔离 & 跨进程通信（ IPC ）

Binder 跨进程通信机制

模型原理步骤说明

Binder组成

AIDL原理

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