本文主要分析native層和Java層的Android binder通信機制。

binder是Android最為常見的進程通信機制之一，其驅(qū)動和通信庫是binder的核心，分別由C和C++編寫，應用程序通過JNI同底層庫進行關(guān)聯(lián)，也就是native層驅(qū)動和通信庫通過Java層包裝后被Java層調(diào)用。

源代碼網(wǎng)址：http://androidxref.com/4.2_r1/

參考博客：http://blog.csdn.net/coding_glacier/article/details/7520199

一、native層整體通信流程

• 通信流程概要

  在探究binder通信流程之前，首先我們需要了解Binder機制的四個組件：Client、Server、Service Manager和Binder驅(qū)動程序。關(guān)系如圖：

  應用程序最終目的是完成Client組件和Server組件之間的通信。ServiceManger對于大家而言是一個公共接入點，0便是ServiceManger的句柄值。

  從表面看通信建立的流程便是注冊和獲取的過程： 1、client通過參數(shù)（Parcel包）傳遞進行通信請求；

  2、在收到通信請求時，Server組件需要通過0這個句柄值訪問ServiceManger，在ServiceManger中注冊一個binder實體。并關(guān)聯(lián)一個字符串；

  3、Client組件通過0這個標識去訪問ServiceManger，通過一個字符去查詢Server組件的引用，此ServiceManger將Server注冊的binder實體的一個引用傳遞給Client端，此時client便可根據(jù)這個引用同server進行通信了。

  由以上可知，在收到請求時server將一個binder實體傳遞給C進程，而client得到的只是binder的一個引用，進而調(diào)用binder實體的函數(shù)。BpBinder和BBinder分別代表binder 的引用和實體，它們均繼承自IBinder類。

  在描述具體流程之前我們先來了解binder通信中需要用到的三個主要基類：

  1.基類IInterface： 為server端提供接口，它的子類聲明了service能夠?qū)崿F(xiàn)的所有的方法；

  2.基類IBinder BBinder與BpBinder均為IBinder的子類，因此可以看出IBinder定義了binder IPC的通信協(xié)議，BBinder與BpBinder在這個協(xié)議框架內(nèi)進行的收和發(fā)操作，構(gòu)建了基本的binder IPC機制。

  3.基類BpRefBase client端在查詢SM獲得所需的的BpBinder后，BpRefBase負責管理當前獲得的BpBinder實例。

• ServiceManger

  首先我們來了解一下在通信流程中ServiceManger所做的工作。

  ServiceManger是一個linux級進程，是一個service管理器（service向SM注冊是，service就是一個client，而ServiceManger便是server），即我們前邊提到的：每一個service被使用之前，均要向ServiceManger注冊，客戶端通過查詢ServiceManger是否存在此服務(wù)來獲取service的handle（標識符）。

  ServiceManger入口函數(shù)為：service_manager.c位于：/frameworks/base/cmds/servicemanager/int main(int argc, char **argv){struct binder_state *bs;void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;bs = binder_open(128*1024);if (binder_become_context_manager(bs)) {ALOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));return -1;}svcmgr_handle = svcmgr;binder_loop(bs, svcmgr_handler);return 0;}主要工作：1. 初始化binder，打開/dev/binder設(shè)備，在內(nèi)存中為binder映射128Kb空間。bs = binder_open(128*1024);其中binder_open位于binder.c中，源代碼為：struct binder_state *binder_open(unsigned mapsize){struct binder_state *bs;bs = malloc(sizeof(*bs));if (!bs) {errno = ENOMEM;return 0;}bs->fd = open("/dev/binder", O_RDWR);……return 0;}2. 指定SM對于代理binder的handle為0，即client嘗試同SM通信時創(chuàng)建一個handle為0的代理binder。void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;svcmgr_handle = svcmgr;其中BINDER_SERVICE_MANAGER在binder.h中被指定為0：#define BINDER_SERVICE_MANAGER ((void*) 0)3. 通知binder driver(BD)使SM成為BD的context manager；if (binder_become_context_manager(bs)) {LOGE("cannot become context manager (%s)/n", strerror(errno));return -1;}binder_become_context_manager(bs)源碼位于binder.c中：int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs){return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);}4.進入一個死循環(huán)，不斷讀取內(nèi)核的binder driver，查看是否有對service的操作請求，如果有調(diào)用svcmgr_handler來處理請求操作：binder_loop(bs, svcmgr_handler);binder_loop(,)源碼位于binder.c中：void binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func){int res;struct binder_write_read bwr;unsigned readbuf[32];……}}5.維護一個svclist列表來存儲service的信息。源碼位于service_manager.c：int svcmgr_handler(struct binder_state *bs,struct binder_txn *txn,struct binder_io *msg,struct binder_io *reply){struct svcinfo *si;……}

• ProcessState

  ProcessState是每個進程在使用Binder通信時都需要維護的，用來描述當前進程的binder狀態(tài)。

  ProcessState主要完成兩個功能：

  1.創(chuàng)建一個thread負責與內(nèi)核中的binder模塊進行通信（Poolthread）。

  在Binder IPC中，所有進程均會啟動一個thread來負責與binder來直接通信，也就是不斷讀寫binder，這個線程主體是一個IPCThreadState對象（具體介紹見第4節(jié)）。

  Poolthread啟動方式：ProcessState::self()->startThreadPool();/frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp136void ProcessState::startThreadPool(){AutoMutex _l(mLock);` if (!mThreadPoolStarted) {mThreadPoolStarted = true;spawnPooledThread(true);}}

  2.為知道的handle創(chuàng)建一個BpBinder對象，并管理進程中所有的BpBinder對象。

  BpBinder在第一節(jié)已經(jīng)提到，其主要功能是負責client向BD發(fā)送調(diào)用請求的數(shù)據(jù)，是client端binder通信的核心，通過調(diào)用transact向BD發(fā)送調(diào)用請求的數(shù)據(jù)。

  ProcessState通過如下函數(shù)獲取BpBinder對象：

  /frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cppsp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller){return getStrongProxyForHandle(0);}sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle){sp<IBinder> result;AutoMutex _l(mLock);handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);……return result;}ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle){const size_t N=mHandleToObject.size();if (N <= (size_t)handle) {handle_entry e;e.binder = NULL;e.refs = NULL;status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);if (err < NO_ERROR) return NULL;}return &mHandleToObject.editItemAt(handle);}

  在獲取BpBinder對象的過程中，ProcessState會維護一個BpBinder的vecto：mHandleToObject(具體調(diào)用過程見上述源代碼)。

  創(chuàng)建一個BpBinder實例時，回去查詢mHandleToObject，如果對應的handler以及有binder指針，就不再創(chuàng)建，否則創(chuàng)建并插入到mHandlerToObject中（具體代碼見上述的lookupHandleLocked）。

  BpBinder構(gòu)造函數(shù)位于/frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp：

  BpBinder::BpBinder(int32_t handle): mHandle(handle), mAlive(1), mObitsSent(0), mObituaries(NULL){ALOGV("Creating BpBinder %p handle %d\n", this, mHandle);extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle);}

  通過此構(gòu)造函數(shù)我們可以發(fā)現(xiàn)：BpBinder會將通信中server的handle記錄下來。當有數(shù)據(jù)發(fā)送時，會把數(shù)據(jù)的發(fā)送目標通知BD。

• IPCThreadState

  IPCThreadState也是一個單例模式，由上邊我們已知每個進程維護一個ProcessState實例，且ProcessState只啟動一個Pool thread，因此一個進程之后啟動一個Pool thread。

  IPCThreadState實際內(nèi)容為：

  void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain){LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS JOINING THE THREAD POOL\n", (void*)pthread_self(), getpid());mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER); set_sched_policy(mMyThreadId, SP_FOREGROUND); status_t result;do {int32_t cmd;if (mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize()) {size_t numPending = mPendingWeakDerefs.size();if (numPending > 0) {for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {RefBase::weakref_type* refs = mPendingWeakDerefs[i];refs->decWeak(mProcess.get());}mPendingWeakDerefs.clear();}numPending = mPendingStrongDerefs.size();if (numPending > 0) {for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {BBinder* obj = mPendingStrongDerefs[i];obj->decStrong(mProcess.get());}mPendingStrongDerefs.clear();}}result = talkWithDriver();if (result >= NO_ERROR) {size_t IN = mIn.dataAvail();if (IN < sizeof(int32_t)) continue;cmd = mIn.readInt32();IF_LOG_COMMANDS() {alog << "Processing top-level Command: "<< getReturnString(cmd) << endl;}result = executeCommand(cmd);}if(result == TIMED_OUT && !isMain) {break;}} while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS LEAVING THE THREAD POOL err=%p\n",(void*)pthread_self(), getpid(), (void*)result);mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);talkWithDriver(false);}

  ProcessState中有2個Parcel成員（mIn和mOut），由以上代碼可見，Pool Thread會不斷查詢BD中是否有數(shù)據(jù)可讀，若有，則保存在mIn；不停檢查mOut是否有數(shù)據(jù)需要向BD發(fā)送，若有，則寫入BD。

  根據(jù)第三節(jié)提到的：BpBinder通過調(diào)用transact向BD發(fā)送調(diào)用請求的數(shù)據(jù)，也就是說ProcessState中生成的BpBinder實例通過調(diào)用IPCThreadState的transact函數(shù)來向mOut中寫入數(shù)據(jù)，這樣的話這個binder IPC過程的client端的調(diào)用請求的發(fā)送過程就講述完畢。

  IPCThreadState有兩個重要的函數(shù)，talkWithDriver函數(shù)負責從BD讀寫數(shù)據(jù)，executeCommand函數(shù)負責解析并執(zhí)行mIn中的數(shù)據(jù)。

• 兩個接口類

  1.BpINTERFACE

  client在獲得server端service時，server端向client提供一個接口，client在這個接口基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個BpINTERFACE，使用此對象，client端的應用能夠像本地調(diào)用一樣直接調(diào)用server端的方法，而不必關(guān)系binder IPC實現(xiàn)。

  BpINTERFACE原型如下：/frameworks/native/include/binder/IInterface.h template<typename INTERFACE>class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase{public:BpInterface(const sp<IBinder>& remote);protected:virtual IBinder* onAsBinder();};

  可見，BpINTERFACE繼承自INTERFACE、BpRefBase。

  BpINTERFACE既實現(xiàn)了service中各方法的本地操作，將每個方法的參數(shù)以Parcel的形式發(fā)送給BD。同時又將BpBinder作為了自己的成員來管理，將BpBinder存儲在mRemote中，BpServiceManager通過調(diào)用BpRefBase的remote()來獲得BpBinder指針。

  2.BnINTERFACE

同樣位于/frameworks/native/include/binder/IInterface.h template<typename INTERFACE>class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder{public:virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& _descriptor);virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const;protected:virtual IBinder* onAsBinder();};

由代碼可知，BnInterface繼承自INTERFACE、BBinder。

class BBinder : public

IBinder，由此可見，server端的binder操作及狀態(tài)維護是通過BBinder來實現(xiàn)的。BBinder即為binder的本質(zhì)。

3.接口類總結(jié)

由上節(jié)的描述及剛才對于兩個接口類源代碼分析可知：BpBinder是client端用于創(chuàng)建消息發(fā)送的機制，而BBinder是server端用于接口消息的通道。

BpBinder是client創(chuàng)建的用于消息發(fā)送的代理，其transact函數(shù)用于向IPCThreadState發(fā)送消息，通知其有消息要發(fā)送給BD，部分源代碼如下：

/frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp status_t BpBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) {if (mAlive) {status_t status = IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags);if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;return status;}return DEAD_OBJECT;}default:return UNKNOWN_TRANSACTION;} }

由BBinder的源碼可知，其作用是當IPCThreadState收到BD消息時，通過transact方法將其傳遞給它的子類BnSERVICE的onTransact函數(shù)執(zhí)行server端的操作。部分源碼如下：

/frameworks/native/libs/binder/Binder.cppstatus_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags){data.setDataPosition(0); status_t err = NO_ERROR;switch (code) {case PING_TRANSACTION:reply->writeInt32(pingBinder());break;default:err = onTransact(code, data, reply, flags);break;}if (reply != NULL) {reply->setDataPosition(0);}return err;}

由上述可知，BpINTERFACE，BnINTERFACE均來自同一接口類IINTERFACE，由此保證了service方法在C/S兩端的一致性。

• writeStrongBinder和readStrongBinder

writeStrongBinder是client將一個binder傳送給server時需要調(diào)用的函數(shù)。

具體源碼如下：status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val){return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);}flatten_binder為：status_t flatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,const sp<IBinder>& binder, Parcel* out){flat_binder_object obj;obj.flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;if (binder != NULL) {IBinder *local = binder->localBinder();if (!local) {BpBinder *proxy = binder->remoteBinder();if (proxy == NULL) {LOGE("null proxy");}const int32_t handle = proxy ? proxy->handle() : 0;obj.type = BINDER_TYPE_HANDLE;obj.handle = handle;obj.cookie = NULL;} else {obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;obj.binder = local->getWeakRefs();obj.cookie = local;}} else {obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;obj.binder = NULL;obj.cookie = NULL;} return finish_flatten_binder(binder, obj, out);}

下邊舉例說明，addService源碼為：

/frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cppvirtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,bool allowIsolated){Parcel data, reply;data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());data.writeString16(name);data.writeStrongBinder(service);data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;}

由上述代碼塊可知，寫入到parcel的binder類型為BINDER_TYPE_BINDER，然而SM收到的Service的binder類型必須為BINDER_TYPE_HANDLE才會將其添加到svclist中，因此說，addService開始傳遞的binder類型為BINDER_TYPE_BINDER然而SM收到的binder類型為BINDER_TYPE_HANDLE，中間經(jīng)歷了一個改變，代碼如下：

drivers/staging/android/Binder.cstatic void binder_transaction(struct binder_proc *proc,struct binder_thread *thread,struct binder_transaction_data *tr, int reply){……if (fp->type == BINDER_TYPE_BINDER)fp->type = BINDER_TYPE_HANDLE;elsefp->type = BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE;fp->handle = ref->desc;……}

由以上函數(shù)可知，SM只保存了Service binder的handle和name，當client需要和Service通信時，如何才能獲得Service得binder呢？需要由readStrongBinder來完成。

readStrongBinder

Client向server請求時，server向BD發(fā)送一個binder返回給SM(保存handle和name)，當IPCThreadState收到由返回的parcel時，client通過這一函數(shù)將這個server返回給SM的binder讀出。

源碼為：/frameworks/native/libs/binder/Parcel.cppsp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const{sp<IBinder> val;unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);return val;}unflatten_binder為：status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,const Parcel& in, sp<IBinder>* out){const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);if (flat) {switch (flat->type) {case BINDER_TYPE_BINDER:*out = static_cast<IBinder*>(flat->cookie);return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);case BINDER_TYPE_HANDLE:*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);return finish_unflatten_binder(static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);}}return BAD_TYPE;}

由如上源碼可知：發(fā)現(xiàn)如果server返回的binder類型為BINDER_TYPE_BINDER的話，直接獲取這個binder；如果server返回的binder類型為BINDER_TYPE_HANDLE時，那么需要重新創(chuàng)建一個BpBinder返回給client。Client通過獲得SMhandle來重新構(gòu)建代理binder與server進行通信。

至此，native通信機制已構(gòu)建完畢。

二、Java層的binder機制

下邊來解析一下java層對于binder的封裝過程，分四部分來進行介紹：Java層ServiceManager的結(jié)構(gòu)、如何注冊一個Service、如何得到一個Service、Service代理對象方法的過程。

*ServiceManager的結(jié)構(gòu):

在Java層，ServiceManager的函數(shù)源碼為：/frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.javapublic final class ServiceManager {} public static IBinder getService(String name) {}public static void addService(String name, IBinder service) {}public static void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated) {}public static IBinder checkService(String name) {}public static String[] listServices() throws RemoteException {}public static void initServiceCache(Map<String, IBinder> cache) {}

由源碼可知，ServiceManager沒有繼承其他類，下邊我們來分析ServiceManager管理binder通信的流程。

• 在Java層注冊Service：

  通過ServiceManager的addService()可注冊自己，其傳輸了兩個參數(shù)：String name, IBinder service，分別為name和BBinder的子類對象，跟native層ServiceManager中Service的注冊方法相一致。

  具體源碼如下：public static void addService(String name, IBinder service) {try {getIServiceManager().addService(name, service, false);} catch (RemoteException e) {Log.e(TAG, "error in addService", e);}}

  getIServiceManager().addService表明將此操作請求轉(zhuǎn)發(fā)給了getIServiceManager()，返回一個IServiceManger類型的sServiceManager對象，源碼如下：

  private static IServiceManager getIServiceManager() {if (sServiceManager != null) {return sServiceManager;}sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());return sServiceManager;}

  BinderInternal.getContextObject在native層得到BpBinder對象。

  ServiceManagerNative.asInterface 將BpBinder封裝為Java層可用的ServiceManagerProxy對象。

  下面來通過源碼具體分析BpBinder封裝為ServiceManagerProxy的過程：

  static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)

  {if (obj == null) {return null;}IServiceManager in =(IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);if (in != null) {return in;}return new ServiceManagerProxy(obj);}

  由源碼可知，通過asInterface的轉(zhuǎn)換，BpBinder對象生成了ServiceManagerProxy對象。也就是說getIServiceManager()得到的是一個ServiceManagerProxy對象，那么ServiceManagerProxy又是什么，下邊來具體分析一下。

  class ServiceManagerProxy implements IServiceManager {public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {mRemote = remote;}public IBinder asBinder() {return mRemote;}public IBinder getService(String name) throws RemoteException {}public IBinder checkService(String name) throws RemoteException {}public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated)throws RemoteException {}public String[] listServices() throws RemoteException {}public void setPermissionController(IPermissionController controller)throws RemoteException {}private IBinder mRemote;}

  由源碼可知，ServiceManagerProxy繼承自IServiceManager，提供add、get、list、check等方法。由以上分析可知，通過getIServiceManager的便可得到ServiceManagerProxy對象，調(diào)用其addService方法便可進行注冊，addService源碼如下：

  public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated)throws RemoteException {Parcel data = Parcel.obtain();Parcel reply = Parcel.obtain();data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);data.writeString(name);data.writeStrongBinder(service);data.writeInt(allowIsolated ? 1 : 0);mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);reply.recycle();data.recycle();}

  可知，將name和Service對象封裝到Parcel中，調(diào)用transact()方法送出，并將當前操作標記為ADD_SERVICE_TRANSACTION，根據(jù)上一章提到的內(nèi)容，transact()便會調(diào)用到BpBinder中，此時便進入到native層的使用，這部分內(nèi)容已經(jīng)在上一章節(jié)分析完畢，具體流程圖如下：?

• 客戶端得到一個Service：

  主要流程如下：通過Java層的ServerManager得到相應的Service，然后通過asInterface()將得到的對象轉(zhuǎn)為客戶端可直接調(diào)用的代理對象，然后調(diào)用代理對象的updateAdnRecordsEfBySearch()方法。

  具體分析如下：首先，通過ServerManager得到相應的BpBinder對象。源碼位于ServerManager.java中public static IBinder getService(String name) {try {IBinder service = sCache.get(name);if (service != null) {return service;} else {return getIServiceManager().getService(name);}} catch (RemoteException e) {Log.e(TAG, "error in getService", e);}return null;}可見，調(diào)用getIServiceManager()對象的getService()方法，代碼如下。private static IServiceManager getIServiceManager() {if (sServiceManager != null) {return sServiceManager;}// Find the service managersServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());return sServiceManager;}

可知通過IServiceManager得到的是一個ServiceManager在Java層的代理對象，下邊來分析此代理對象的getService( )方法。

/frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.javapublic IBinder getService(String name) throws RemoteException {Parcel data = Parcel.obtain();Parcel reply = Parcel.obtain();data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);data.writeString(name);mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);IBinder binder = reply.readStrongBinder();reply.recycle();data.recycle();return binder;}

可見，getService請求被轉(zhuǎn)交給native層，由上一章分析可知，native層得到請求后會將目標Service的BpBinder返回給客戶端，得到BpBinder對象后，通過asInterface()得到一個Proxy對象，客戶端便通過這個代理類調(diào)用服務(wù)端定義的各種方法。具體客戶端得到Service的流程圖如下：?

三、總結(jié)

Binder通信整體流程圖如下：

原文地址：https://mobile100.gitbooks.io/android/content/paper/android_binderji_523628_1501210451_zhang_zhi_5eb72.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Android Binder机制(1501210451 张志康)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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