Android Binder机制

Binder是IPC（进程间通信）的一种机制，它答应不同的应用或体系服务在不同的进程中安全地互换数据。Binder的焦点原理是基于客户端-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还可以明白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毗连各种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的时间，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，这里的服务包罗普通服务和基于AIDL的服务。
一、Binder架构

在Android体系中，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，负责处置惩罚跨进程通信的所有底层细节。
2.ServiceManager：这是一个特别的体系服务，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，答应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，比如体系服务或应用服务。
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(),终极通过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置惩罚，进入add()
6、MyService在被绑定时，有了实体IMyService.Stub，终极进入MyService.java的add()处置惩罚，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计划实现的，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，只需要履历一次数据复制，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创建映射关系。
. 将数据接收缓冲区与接收进程的用户空间地点创建映射关系。
. 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点有映射关系，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，返回的是体系封装后的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，长途请求会通过体系底层封装后交由此方法来处置惩罚。
transact()：运行在客户端，当客户端发起长途请求的同时将当前线程挂起。之后调用服务端的onTransact()直到长途请求返回，当前线程才继续实行。
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()：用于查抄一个Binder对象是否仍旧存活
linkToDeath：注册对Binder殒命通知的观察者，在其殒命后，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，共享内存答应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点中的内容的时间，其它进程都会察觉到这个更改。
性能和安全分析：由于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计划代码，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，构成一条数据通报的流水线。
性能和安全分析：
管道一次通信需要履历2次数据复制（进程A -> 管道文件，管道文件 -> 进程B）。管道的读写分壅闭和非壅闭，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，或者在壅闭模式下没有安排好数据的读写，会出现壅闭的情况。
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省等缺点，消息队列一次通信同样需要履历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本来是为了网络计划的，但也可以通过本地回环地点 (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一次通信也是需要履历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酷的要求，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，但实现方式又比力复杂。
2. 安全优势
. 传统的进程通信方式对于通信两边的身份并没有做出严酷的验证，比如Socket通信ip地点是客户端手动填入，很容易进行伪造。
. 而Binder机制从协议本身就支持对通信两边做身份校检，因而大大提拔了安全性。
. 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，需要自行处置惩罚并同步等问题。	基于C/S架构
安全性	内核添加身份标识（可靠）	依靠上层协议，访问接入点开放不安全	依靠上层协议，访问接入点开放不安全

七、代码分析

1. /*
2. * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
3. */
4. package com.flyme.auto.account.manager;
5. public interface IAccountManagerInterface extends android.os.IInterface
6. {
7.     /** Default implementation for IAccountManagerInterface. */
8.     public static class Default implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface
9.     {
10.         /**
11.          * 获取当前登录的账号数据
12.          */
13.         @Override public java.lang.String getAccountInfo() throws android.os.RemoteException
14.         {
15.             return null;
16.         }
17.         /**
18.          * 判断当前是否已登录
19.          */
20.         @Override public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException
21.         {
22.             return false;
23.         }
26.         @Override
27.         public android.os.IBinder asBinder() {
28.             return null;
29.         }
30.     }
31.     /** Local-side IPC implementation stub class. */
32.     public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface
33.     {
34.         private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface";
35.         /** Construct the stub at attach it to the interface. */
36.         public Stub()
37.         {
38.             this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
39.         }
40.         /**
41.          * Cast an IBinder object into an com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface interface,
42.          * generating a proxy if needed.
43.          */
44.         //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，
45.         // 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
46.         public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface asInterface(android.os.IBinder obj)
47.         {
48.             if ((obj==null)) {
49.                 return null;
50.             }
51.             android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
52.             if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface))) {
53.                 return ((com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface)iin);
54.             }
55.             return new com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface.Stub.Proxy(obj);
56.         }
57.         //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
58.         @Override public android.os.IBinder asBinder()
59.         {
60.             return this;
61.         }
62.         //Android Binder IPC机制中服务端用于处理客户端请求的关键方法
63.         @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
64.         {
65.             java.lang.String descriptor = DESCRIPTOR;
66.             switch (code)
67.             {
68.                 case INTERFACE_TRANSACTION:
69.                 {
70.                     reply.writeString(descriptor);
71.                     return true;
72.                 }
73.                 case TRANSACTION_getAccountInfo:
74.                 {
75.                     data.enforceInterface(descriptor);
76.                     java.lang.String _result = this.getAccountInfo();
77.                     reply.writeNoException();
78.                     reply.writeString(_result);
79.                     return true;
80.                 }
81.                 case TRANSACTION_isLoggedIn:
82.                 {
83.                     // Android Binder IPC 机制中用于确保接口一致性和安全性的一个方法
84.                     data.enforceInterface(descriptor);
85.                     boolean _result = this.isLoggedIn();
86.                     reply.writeNoException();
87.                     reply.writeInt(((_result)?(1):(0)));
88.                     return true;
89.                 }
90.                 default:
91.                 {
92.                     return super.onTransact(code, data, reply, flags);
93.                 }
94.             }
95.         }
96.         //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。
97.         // 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
98.         private static class Proxy implements com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface
99.         {
100.             private android.os.IBinder mRemote;
101.             Proxy(android.os.IBinder remote)
102.             {
103.                 mRemote = remote;
104.             }
105.             @Override public android.os.IBinder asBinder()
106.             {
107.                 return mRemote;
108.             }
109.             public java.lang.String getInterfaceDescriptor()
110.             {
111.                 return DESCRIPTOR;
112.             }
113.             /**
114.              * 获取当前登录的账号数据
115.              */
116.             @Override public java.lang.String getAccountInfo() throws android.os.RemoteException
117.             {
118.                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
119.                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
120.                 java.lang.String _result;
121.                 try {
122.                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
123.                     boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getAccountInfo, _data, _reply, 0);
124.                     if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
125.                         return getDefaultImpl().getAccountInfo();
126.                     }
127.                     _reply.readException();
128.                     _result = _reply.readString();
129.                 }
130.                 finally {
131.                     _reply.recycle();
132.                     _data.recycle();
133.                 }
134.                 return _result;
135.             }
136.             /**
137.              * 判断当前是否已登录
138.              */
139.             @Override public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException
140.             {
141.                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
142.                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
143.                 boolean _result;
144.                 try {
145.                     //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，
146.                     // 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
147.                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
148.                     boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_isLoggedIn, _data, _reply, 0);
149.                     if (!_status && getDefaultImpl() != null) {
150.                         return getDefaultImpl().isLoggedIn();
151.                     }
152.                     _reply.readException();
153.                     _result = (0!=_reply.readInt());
154.                 }
155.                 finally {
156.                     _reply.recycle();
157.                     _data.recycle();
158.                 }
159.                 return _result;
160.             }
163.             public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface sDefaultImpl;
164.         }
165.         static final int TRANSACTION_getAccountInfo = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
166.         static final int TRANSACTION_isLoggedIn = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
167.         public static boolean setDefaultImpl(com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface impl) {
168.             // Only one user of this interface can use this function
169.             // at a time. This is a heuristic to detect if two different
170.             // users in the same process use this function.
171.             if (Stub.Proxy.sDefaultImpl != null) {
172.                 throw new IllegalStateException("setDefaultImpl() called twice");
173.             }
174.             if (impl != null) {
175.                 Stub.Proxy.sDefaultImpl = impl;
176.                 return true;
177.             }
178.             return false;
179.         }
180.         public static com.flyme.auto.account.manager.IAccountManagerInterface getDefaultImpl() {
181.             return Stub.Proxy.sDefaultImpl;
182.         }
183.     }
184.    
185.     public java.lang.String getAccountInfo() throws android.os.RemoteException;
187.     public boolean isLoggedIn() throws android.os.RemoteException;
190. }

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