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Android Binder机制

news 2025/11/26 20:22:23

Binder是IPC（进程间通信）的一种机制，它允许不同的应用或系统服务在不同的进程中安全地交换数据。Binder的核心原理是基于客户端-服务器模型（C/S架构)。

一、Binder的定义

1. Binder是Android中的一个类，它继承了IBinder接口。

2. 从IPC角度来说，Binder是Android中的一种跨进程通信方式，Binder还可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder，该通信方式在linux中没有

3. 从Android Framework角度来说，Binder是ServiceManager连接各种Manager（ActivityManager、WindowManager，etc）和相应ManagerService的桥梁

4. 从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当你bindService的时候，服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder对象，通过这个Binder对象，客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

一、Binder架构

在Android系统中，Binder架构主要由以下几个部分组成：

1.Binder驱动程序：这是Linux内核的一部分，负责处理跨进程通信的所有底层细节。

2.ServiceManager：这是一个特殊的系统服务，负责管理所有通过Binder进行通信的服务。它维护一个服务列表，允许其他服务注册和查询服务。

3.Server端：这是提供某种服务的组件，比如系统服务或应用服务。

4.Client端：需要使用Server端提供服务的组件。

二、Binder的工作流程

1、Client和Server都使用同一个AIDL文件，包名相同，编译后，两边都会生成IMyService.java,其中有Stub实体和Proxy代理两个对象

2、Server端通过AndroidManifest.xml 注册Service

3、Client通过bindService()获得服务的代理Stub.Proxy()

4、Client 调用AIDL的方法add()，其实调用的是IMyService.java中的Stub.Proxy.add(),最终通过BinderProxy.java的transact()向服务端发送

5、过Binder驱动的流程，进入到服务端的onTransact()，根据Client发送的TRANSACTION code，解析进入相应的流程处理，进入add()

6、MyService在被绑定时，有了实体IMyService.Stub，最终进入MyService.java的add()处理，完成接口调用，调用完成后把数据写入Parcel，通过reply发送给Client

四、Binder通信原理

1. Binder是基于内存映射mmap设计实现的，通过这种方式，直接操作映射的这一部分内存，通过mmap，Binder通信时，只需要经历一次数据复制，从而获得更好的性能。

2. Binder通信过程

. 首先，Binder驱动在内核空间中开辟出一个数据接收缓冲区。
. 接着，在内核空间中开辟出一个内核缓冲区。
. 将内核缓冲区与数据接收缓冲区建立映射关系。
. 将数据接收缓冲区与接收进程的用户空间地址建立映射关系。
. 发送方进程通过copy_from_user将数据从用户空间复制到内核缓冲区。
. 由于内核缓冲区与数据接收缓冲区有映射关系，同时数据接收缓冲区与接收进程的用户空间地址有映射关系，所以在接收进程中可以直接获取到这段数据。

五、参数定义

Stub类：Binder的实现类，服务端通过这个类来提供服务。

Proxy类：服务器的本地代理（Binder），客户端通过这个类调用服务器的方法。

asInterface()：客户端调用，将服务端的返回的Binder对象，转换成客户端所需要的AIDL接口类型对象。返回对象：

1.若客户端和服务端位于同一进程，则直接返回Stub对象本身；

2.否则，返回的是系统封装后的Stub.proxy对象。

asBinder()：根据当前调用情况返回代理Proxy的Binder对象。

onTransact()：运行服务端的Binder线程池中，当客户端发起跨进程请求时，远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理。

transact()：运行在客户端，当客户端发起远程请求的同时将当前线程挂起。之后调用服务端的onTransact()直到远程请求返回，当前线程才继续执行。

Parcel：这是一种用于封装数据的数据结构，可以在进程间传输。它类似于Java中的序列化对象，但更轻量级且效率更高。

isBinderAlive()：用于检查一个Binder对象是否仍然存活

linkToDeath：注册对Binder死亡通知的观察者，在其死亡后，会收到相应的通知

六、进程通信对比

1. 共享内存

定义：共享内存是进程间通信中最简单的方式之一，共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存，当一个进程改变了这块地址中的内容的时候，其它进程都会察觉到这个更改。

性能和安全分析：因为共享内存是访问同一块内存，所以数据不需要进行任何复制，是IPC几种方式中最快，性能最好的方式。由于能任意的访问和修改内存中的数据，如果有恶意程序去针对某个程序设计代码，很可能导致隐私泄漏或者程序崩溃，所以安全性较差。

2. 管道

定义：它具有固定的读端和写端，写进程通过写段向管道文件里写入数据，读进程通过读段从读进程中读出数据，构成一条数据传递的流水线。

性能和安全分析：

管道一次通信需要经历2次数据复制（进程A -> 管道文件，管道文件 -> 进程B）。管道的读写分阻塞和非阻塞，管道创建会分配一个缓冲区，而这个缓冲区是有限的，如果传输的数据大小超过缓冲区上限，或者在阻塞模式下没有安排好数据的读写，会出现阻塞的情况。

3. 消息队列

定义：消息队列是存放在内核中的消息链表，每个消息队列由消息队列标识符表示。消息队列允许多个进程同时读写消息，发送方与接收方要约定好，消息体的数据类型与大小。

性能和安全分析：消息队列克服了信号承载信息量少、管道只能承载无格式字节流等缺点，消息队列一次通信同样需要经历2次数据复制（进程A -> 消息队列，消息队列 -> 进程B）。

4. Socket

定义：Socket原本是为了网络设计的，但也可以通过本地回环地址 (127.0.0.1) 进行进程间通信。Socket是一种通信机制，位于应用层和传输层之间，提供了一组接口用于应用程序之间的通信。

性能和安全分析：一个Socket会拥有两个缓冲区，一读一写，由于发送/接收消息需要将一个Socket缓冲区中的内容拷贝至另一个Socket缓冲区，所以Socket一次通信也是需要经历2次数据复制。

5.Binder优势

1. 性能优势

. 在移动设备上（性能受限制的设备，比如要省电），广泛地使用跨进程通信对通信机制的性能有严格的要求，Binder相对出传统的Socket方式，更加高效。

. Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，共享内存方式一次内存拷贝都不需要，但实现方式又比较复杂。

2. 安全优势

. 传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证，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。
. 还有一些好处，如实现面象对象的调用方式，在使用Binder时就和调用一个本地实例一样。

	Binder	共享内存	Socket
性能	数据拷贝一次	无需拷贝	数据拷贝两次
稳定	C/S架构，清晰明朗。Client与Server相对独立，稳定性好	实现与控制复杂，需要自行处理并同步等问题。	基于C/S架构
安全性	内核添加身份标识（可靠）	依赖上层协议，访问接入点开放不安全	依赖上层协议，访问接入点开放不安全

七、代码分析

/** This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.*/
package com.flyme.auto.account.manager;
public interface IAccountManagerInterface extends android.os.IInterface
{/** Default implementation for IAccountManagerInterface. */public static class Default implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface{/*** 获取当前登录的账号数据*/@Override public java.lang.String getAccountInfo() throws android.os.RemoteException{return null;}/*** 判断当前是否已登录*/@Override public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException{return false;}@Overridepublic android.os.IBinder asBinder() {return null;}}/** Local-side IPC implementation stub class. */public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface{private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface";/** Construct the stub at attach it to the interface. */public Stub(){this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);}/*** Cast an IBinder object into an com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface interface,* generating a proxy if needed.*///asInterface是Android Binder IPC机制中用于将Binder对象转换为特定接口的关键方法，// 它使得客户端能够调用服务端提供的方法和服务，实现进程间的通信和数据交换public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface asInterface(android.os.IBinder obj){if ((obj==null)) {return null;}android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface))) {return ((com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface)iin);}return new com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface.Stub.Proxy(obj);}//Android Binder IPC机制中用于获取接口对象所关联的IBinder实例的方法，它提供了直接操作IBinder对象的能力，但需要谨慎使用@Override public android.os.IBinder asBinder(){return this;}//Android Binder IPC机制中服务端用于处理客户端请求的关键方法@Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException{java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;switch (code){case INTERFACE_TRANSACTION:{reply.writeString(descriptor);return true;}case TRANSACTION_getAccountInfo:{data.enforceInterface(descriptor);java.lang.String _result = this.getAccountInfo();reply.writeNoException();reply.writeString(_result);return true;}case TRANSACTION_isLoggedIn:{// Android Binder IPC 机制中用于确保接口一致性和安全性的一个方法data.enforceInterface(descriptor);boolean _result = this.isLoggedIn();reply.writeNoException();reply.writeInt(((_result)?(1):(0)));return true;}default:{return super.onTransact(code, data, reply, flags);}}}//Proxy的实现通常依赖于具体的接口定义和服务端实现。在Android中，可以使用AIDL来定义接口，并自动生成Proxy和Stub（存根）代码。// Stub是服务端的一个组件，它与Proxy相对应，负责接收和处理来自客户端的请求private static class Proxy implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface{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;}/*** 获取当前登录的账号数据*/@Override public java.lang.String getAccountInfo() 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);boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getAccountInfo, _data, _reply, 0);if (!_status && getDefaultImpl() != null) {return getDefaultImpl().getAccountInfo();}_reply.readException();_result = _reply.readString();}finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}/*** 判断当前是否已登录*/@Override public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException{android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();boolean _result;try {//writeInterfaceToken方法的使用有助于确保客户端和服务端之间的接口一致性，// 并减少因接口不匹配而导致的通信错误或安全问题。它是Android Binder IPC机制中保证通信正确性和安全性的一个重要环节_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_isLoggedIn, _data, _reply, 0);if (!_status && getDefaultImpl() != null) {return getDefaultImpl().isLoggedIn();}_reply.readException();_result = (0!=_reply.readInt());}finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface sDefaultImpl;}static final int TRANSACTION_getAccountInfo = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);static final int TRANSACTION_isLoggedIn = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);public static boolean setDefaultImpl(com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface impl) {// Only one user of this interface can use this function// at a time. This is a heuristic to detect if two different// users in the same process use this function.if (Stub.Proxy.sDefaultImpl != null) {throw new IllegalStateException("setDefaultImpl() called twice");}if (impl != null) {Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;return true;}return false;}public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface getDefaultImpl() {return Stub.Proxy.sDefaultImpl;}}public java.lang.String getAccountInfo() throws android.os.RemoteException;public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException;}