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红茶一杯话Binder

發布時間：2025/3/15 编程问答 41 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了红茶一杯话Binder 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

1 什么是Binder？

?????? 簡單地說，Binder是Android平臺上的一種跨進程交互技術。該技術最早并不是由Google公司提出的，它的前身是Be Inc公司開發的OpenBinder，而且在Palm中也有應用。后來OpenBinder的作者Dianne Hackborn加入了Google公司，并負責Android平臺的開發工作，所以把這項技術也帶進了Android。

?????? 我們知道，在Android的應用層次上，基本上已經沒有過去的進程概念了。然而在實現層次，它畢竟還是要建構在一個個進程之上的。實際上，在Android內部，那些支撐應用的組件往往會身處于不同的進程，那么應用的底層必然會牽涉大量的跨進程通信。為了保證通信的高效性，Android提供了Binder機制。

?????? Binder機制具有兩層含義：?
1）是一種跨進程通信手段（IPC，Inter-Process Communication）。?
2）是一種遠程過程調用手段（RPC，Remote Procedure Call）。

?????? 從實現的角度來說，Binder核心被實現成一個Linux驅動程序，并運行于內核態。這樣它才能具有強大的跨進程訪問能力。

1.1 簡述Binder的跨進程機制

?????? 為了理解Binder，我們可以先畫一張最簡單的跨進程通信示意圖：

這個很容易理解，不需贅言。到了Android平臺上，IPC機制就變成了Binder機制，情況類似，只不過為了便于說明問題，我們需要稍微調整一下示意圖：

圖中A側的圓形塊，表示“Binder代理方”，主要用于向遠方發送語義，而B側的方形塊則表示“Binder響應方”，主要用于響應語義。需要說明的是，這種圖形表示方法是我自己杜撰的，并沒有正規的出處。我個人覺得這種圖形非常簡便，所以在分析Android架構時，會經常使用這種表示法。

??????? 在后文中，我們可以看到，Binder代理方大概對應于C++層次的BpBinder對象，而Binder響應方則對應于BBinder對象。這兩個對象在后文會詳細闡述，此處不必太細究。

??????? 然而，上圖的Binder代理方主要只負責了“傳遞信息”的工作，并沒有起到“遠程過程調用”的作用，如果要支持遠程過程調用，我們還必須提供“接口代理方”和“接口實現體”。這樣，我們的示意圖就需要再調整一下，如下：

??????? 從圖中可以看到，A進程并不直接和BpBinder（Binder代理）打交道，而是通過調用BpInterface（接口代理）的成員函數來完成遠程調用的。此時，BpBinder已經被聚合進BpInterface了，它在BpInterface內部完成了一切跨進程的機制。另一方面，與BpInterface相對的響應端實體就是BnInterface（接口實現）了。需要注意的是，BnInterface是繼承于BBinder的，它并沒有采用聚合的方式來包含一個BBinder對象，所以上圖中B側的BnInterface塊和BBinder塊的背景圖案是相同的。

??????? 這樣看來，對于遠程調用的客戶端而言，主要搞的就是兩個東西，一個是“Binder代理”，一個是“接口代理”。而服務端主要搞的則是“接口實現體”。因為binder是一種跨進程通信機制，所以還需要一個專門的管理器來為通信兩端牽線搭橋，這個管理器就是Service Manager Service。不過目前我們可以先放下Service Manager Service，以后再詳細研究。

2 Binder相關接口和類

????? Android的整個跨進程通信機制都是基于Binder的，這種機制不但會在底層使用，也會在上層使用，所以必須提供Java和C++兩個層次的支持。

2.1 Java層次的binder元素

????? Java層次里并沒有我們前文圖中所表示的BpBinder、BpInterface、BBinder等較低層次的概念，取而代之的是IBinder接口、IInterface等接口。Android要求所有的Binder實體都必須實現IBinder接口，該接口的定義截選如下：

【frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java】

public interface IBinder {. . . . . .public String getInterfaceDescriptor() throws RemoteException;public boolean pingBinder();public boolean isBinderAlive();public IInterface queryLocalInterface(String descriptor);public void dump(FileDescriptor fd, String[] args) throws RemoteException;public void dumpAsync(FileDescriptor fd, String[] args) throws RemoteException;public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException;public interface DeathRecipient {public void binderDied();}public void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags)throws RemoteException;public boolean unlinkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags); }

另外，不管是代理方還是實體方，都必須實現IInterface接口：

public interface IInterface {public IBinder asBinder(); }

???????? Java層次中，與Binder相關的接口或類的繼承關系如下：

??????? 在實際使用中，我們并不需要編寫上圖的XXXXNative、XXXXProxy，它們會由ADT根據我們編寫的aidl腳本自動生成。用戶只需繼承XXXXNative編寫一個具體的XXXXService即可，這個XXXXService就是遠程通信的服務實體類，而XXXXProxy則是其對應的代理類。

??????? 關于Java層次的binder組件，我們就先說這么多，主要是先介紹一個大概。就研究跨進程通信而言，其實質內容基本上都在C++層次，Java層次只是一個殼而已。以后我會寫專文來打通Java層次和C++層次，看看它們是如何通過JNI技術關聯起來的。現在我們還是把注意力集中在C++層次吧。

2.2 C++層次的binder元素

??????? 在C++層次，就能看到我們前文所說的BpBinder類和BBinder類了。這兩個類都繼承于IBinder，IBinder的定義截選如下：

【frameworks/native/include/binder/IBinder.h】

class IBinder : public virtual RefBase { public:. . . . . .IBinder();virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& descriptor);virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const = 0;virtual bool isBinderAlive() const = 0;virtual status_t pingBinder() = 0;virtual status_t dump(int fd, const Vector<String16>& args) = 0;virtual status_t transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0) = 0;class DeathRecipient : public virtual RefBase{public:virtual void binderDied(const wp<IBinder>& who) = 0;};virtual status_t linkToDeath(const sp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0) = 0;virtual status_t unlinkToDeath(const wp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0, wp<DeathRecipient>* outRecipient = NULL) = 0;virtual bool checkSubclass(const void* subclassID) const;typedef void (*object_cleanup_func)(const void* id, void* obj, void* cleanupCookie);virtual void attachObject(const void* objectID, void* object,void* cleanupCookie, object_cleanup_func func) = 0;virtual void* findObject(const void* objectID) const = 0;virtual void detachObject(const void* objectID) = 0;virtual BBinder* localBinder();virtual BpBinder* remoteBinder();protected:virtual ~IBinder(); private: };

???????? C++層次的繼承關系圖如下：

其中有以下幾個很關鍵的類：

BpBinder
BpInterface
BBinder
BnInterface

它們扮演著很重要的角色。

2.2.1 BpBinder

??????? BpBinder的定義截選如下：

class BpBinder : public IBinder { public: BpBinder(int32_t handle);inline int32_t handle() const { return mHandle; }virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const;virtual bool isBinderAlive() const;virtual status_t pingBinder();virtual status_t dump(int fd, const Vector<String16>& args);virtual status_t transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0);virtual status_t linkToDeath(const sp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0);virtual status_t unlinkToDeath(const wp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0, wp<DeathRecipient>* outRecipient = NULL); . . . . . . . . . . . .

??????? 作為代理端的核心，BpBinder最重要的職責就是實現跨進程傳輸的傳輸機制，至于具體傳輸的是什么語義，它并不關心。我們觀察它的transact()函數的參數，可以看到所有的語義都被打包成Parcel了。其他的成員函數，我們先不深究，待我們儲備了足夠的基礎知識后，再回過頭研究它們不遲。

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2.2.2 BpInterface

??????? 另一個重要的類是BpInterface，它的定義如下：

template<typename INTERFACE> class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase { public: BpInterface(const sp<IBinder>& remote);protected:virtual IBinder* onAsBinder(); };

其基類BpRefBase的定義如下：

class BpRefBase : public virtual RefBase { protected:BpRefBase(const sp<IBinder>& o);virtual ~BpRefBase();virtual void onFirstRef();virtual void onLastStrongRef(const void* id);virtual bool onIncStrongAttempted(uint32_t flags, const void* id);inline IBinder* remote() { return mRemote; }inline IBinder* remote() const { return mRemote; }private: BpRefBase(const BpRefBase& o);BpRefBase& operator=(const BpRefBase& o);IBinder* const mRemote;RefBase::weakref_type* mRefs;volatile int32_t mState; };

BpInterface使用了模板技術，而且因為它繼承了BpRefBase，所以先天上就聚合了一個mRemote成員，這個成員記錄的就是前面所說的BpBinder對象啦。以后，我們還需要繼承BpInterface<>實現我們自己的代理類。

??????? 在實際的代碼中，我們完全可以創建多個聚合同一BpBinder對象的代理對象，這些代理對象就本質而言，對應著同一個遠端binder實體。在Android框架中，常常把指向同一binder實體的多個代理稱為token，這樣即便這些代理分別處于不同的進程中，它們也具有了某種內在聯系。這個知識點需要大家關注。

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2.2.3 BBinder

??????? Binder遠程通信的目標端實體必須繼承于BBinder類，該類和BpBinder相對，主要關心的只是傳輸方面的東西，不太關心所傳輸的語義。

class BBinder : public IBinder { public: BBinder();virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const;virtual bool isBinderAlive() const;virtual status_t pingBinder();virtual status_t dump(int fd, const Vector<String16>& args);virtual status_t transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0);virtual status_t linkToDeath(const sp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0);virtual status_t unlinkToDeath(const wp<DeathRecipient>& recipient,void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0, wp<DeathRecipient>* outRecipient = NULL);virtual void attachObject(const void* objectID, void* object,void* cleanupCookie, object_cleanup_func func);virtual void* findObject(const void* objectID) const;virtual void detachObject(const void* objectID);virtual BBinder* localBinder();protected:virtual ~BBinder();virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0); private:BBinder(const BBinder& o);BBinder& operator=(const BBinder& o);class Extras;Extras* mExtras; void* mReserved0; };

??????? 我們目前只需關心上面的transact()成員函數，其他函數留待以后再分析。transact函數的代碼如下：

【frameworks/native/libs/binder/Binder.cpp】

status_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; }

看到了嗎，transact()內部會調用onTransact()，從而走到用戶所定義的子類的onTransact()里。這個onTransact()的一大作用就是解析經由Binder機制傳過來的語義了。

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2.2.4 BnInterface

??????? 遠程通信目標端的另一個重要類是BnInterface<>，它是與BpInterface<>相對應的模板類，比較關心傳輸的語義。一般情況下，服務端并不直接使用BnInterface<>，而是使用它的某個子類。為此，我們需要編寫一個新的BnXXX子類，并重載它的onTransact()成員函數。

???????? BnInterface<>的定義如下：

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(); };

如上所示，BnInterface<>繼承于BBinder，但它并沒有實現一個默認的onTransact()成員函數，所以在遠程通信時，前文所說的BBinder::transact()調用的onTransact()應該就是BnInterface<>的某個子類的onTransact()成員函數。

2.3 幾個重要的C++宏或模板

??????? 為了便于編寫新的接口和類，Android在C++層次提供了幾個重要的宏和模板，比如我們在IInterface.h文件中，可以看到DECLARE_META_INTERFACE、IMPLEMENT_META_INTERFACE的定義。

2.3.1 DECLARE_META_INTERFACE()

??????? DECLARE_META_INTERFACE()的定義如下：

#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) \static const android::String16 descriptor; \static android::sp<I##INTERFACE> asInterface( \const android::sp<android::IBinder>& obj); \virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \I##INTERFACE(); \virtual ~I##INTERFACE(); \

我們舉個實際的例子，來說明如何使用這個宏：

上例中ICamera內部使用了DECLARE_META_INTERFACE(Camera)，我們把宏展開后，可以看到ICamera類的定義相當于：

class ICamera: public IInterface { public:static const android::String16 descriptor; static android::sp<ICamera> asInterface( const android::sp<android::IBinder>& obj); virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; ICamera(); virtual ~ICamera();virtual void disconnect() = 0; . . . . . .

宏展開的部分就是中間那5行代碼，其中最關鍵的就是asInterface()函數了，這個函數將承擔把BpBinder打包成BpInterface的職責。

2.3.2 IMPLEMENT_META_INTERFACE()

??????? 與DECLARE_META_INTERFACE相對的就是IMPLEMENT_META_INTERFACE宏。它的定義如下：

#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \const android::String16& \I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \return I##INTERFACE::descriptor; \} \android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( \const android::sp<android::IBinder>& obj) \{ \android::sp<I##INTERFACE> intr; \if (obj != NULL) { \intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \obj->queryLocalInterface( \I##INTERFACE::descriptor).get()); \if (intr == NULL) { \intr = new Bp##INTERFACE(obj); \} \} \return intr; \} \I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { } \

其中，實現了關鍵的asInterface()函數。

??????? 實際使用IMPLEMENT_META_INTERFACE時，我們只需把它簡單地寫在binder實體所處的cpp文件中即可，舉例如下：

其中的IMPLEMENT_META_INTERFACE(Camera, “android.hardware.ICamera”);一句相當于以下這段代碼：

const android::String16 ICamera::descriptor(“android.hardware.ICamera”); const android::String16& ICamera::getInterfaceDescriptor() const { return ICamera::descriptor; }android::sp<ICamera> ICamera::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj) { android::sp<ICamera > intr; if (obj != NULL) { intr = static_cast<ICamera*>(obj->queryLocalInterface( ICamera::descriptor).get());if (intr == NULL) {intr = new BpCamera(obj);} }return intr; }ICamera::ICamera() { } ICamera::~ICamera () { }

看來，其中重點實現了asInterface()成員函數。請注意，asInterface()函數中會先嘗試調用queryLocalInterface()來獲取intr。此時，如果asInterface()的obj參數是個代理對象（BpBinder），那么intr = static_cast<ICamera*>(obj->queryLocalInterface(...)一句得到的intr基本上就是NULL啦。這是因為除非用戶編寫的代理類重載queryLocalInterface()函數，否則只會以默認函數為準。而IBinder類中的默認queryLocalInterface()函數如下：

【frameworks/native/libs/binder/Binder.cpp】

sp<IInterface> IBinder::queryLocalInterface(const String16& descriptor) {return NULL; }

另一方面，如果obj參數是個實現體對象（BnInterface對象）的話，那么queryLocalInterface()函數的默認返回值就是實體對象的this指針了，代碼如下：

【frameworks/native/include/binder/IInterface.h】

template<typename INTERFACE> inline sp<IInterface> BnInterface<INTERFACE>::queryLocalInterface(const String16& _descriptor) {if (_descriptor == INTERFACE::descriptor) return this;return NULL; }

??????? 在我們所舉的Camera例子中，我們要研究的是如何將BpBinder轉成BpInterface，所以現在我們只闡述obj參數為BpBinder的情況。此時asInterface()函數中obj->queryLocalInterface()的返回值為NULL，于是asInterface()會走到new BpCamera(obj)一句，這一句是最關鍵的一句。我們知道，BpCamera繼承于BpInterface<ICamera>，所以此時所創建的BpCamera對象正是可被App使用的BpInterface代理對象。

??????? BpCamera的定義如下：

class BpCamera: public BpInterface<ICamera> { public:BpCamera(const sp<IBinder>& impl): BpInterface<ICamera>(impl){}// disconnect from camera servicevoid disconnect(){LOGV("disconnect");Parcel data, reply;data.writeInterfaceToken(ICamera::getInterfaceDescriptor());remote()->transact(DISCONNECT, data, &reply);} . . . . . .

至此，IMPLEMENT_META_INTERFACE宏和asInterface()函數的關系就分析完畢了。

2.3.3 interface_cast

??????? 不過，我們經常使用的其實并不是asInterface()函數，而是interface_cast()，它簡單包裝了asInterface()：

template<typename INTERFACE> inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj) {return INTERFACE::asInterface(obj); }

??????? 以上就是關于C++層次中一些binder元素的介紹，下面我們再進一步分析其他細節。

3 ProcessState

??????? 前文我們已經提到過，在Android的上層架構中，已經大幅度地弱化了進程的概念。應用程序員能看到的主要是activity、service、content provider等概念，再也找不到以前熟悉的main()函數了。然而，底層程序（C++層次）畢竟還是得跑在一個個進程之上，現在我們就來看底層進程是如何運用Binder機制來完成跨進程通信的。

??????? 在每個進程中，會有一個全局的ProcessState對象。這個很容易理解，ProcessState的字面意思不就是“進程狀態”嗎，當然應該是每個進程一個ProcessState。ProcessState的定義位于frameworks/native/include/binder/ProcessState.h中，我們只截選其中的一部分：

class ProcessState : public virtual RefBase { public:static sp<ProcessState> self();. . . . . .void startThreadPool();. . . . . .void spawnPooledThread(bool isMain);status_t setThreadPoolMaxThreadCount(size_t maxThreads);private:friend class IPCThreadState;. . . . . .struct handle_entry {IBinder* binder;RefBase::weakref_type* refs;};handle_entry* lookupHandleLocked(int32_t handle);int mDriverFD;void* mVMStart;mutable Mutex mLock; // protects everything below.Vector<handle_entry> mHandleToObject;. . . . . .KeyedVector<String16, sp<IBinder> > mContexts;. . . . . . };

我們知道，Binder內核被設計成一個驅動程序，所以ProcessState里專門搞了個mDriverFD域，來記錄binder驅動對應的句柄值，以便隨時和binder驅動通信。ProcessState對象采用了典型的單例模式，在一個應用進程中，只會有唯一的一個ProcessState對象，它將被進程中的多個線程共用，因此每個進程里的線程其實是共用所打開的那個驅動句柄（mDriverFD）的，示意圖如下：

每個進程基本上都是這樣的結構，組合起來的示意圖就是：

我們常見的使用ProcessState的代碼如下：

int main(int argc, char** argv) {sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());. . . . . .. . . . . .ProcessState::self()->startThreadPool();IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); }

因為ProcessState采用的是單例模式，所以它的構造函數是private的，我們只能通過調用ProcessState::self()來獲取進程中唯一的一個ProcessState對象。self()函數的代碼如下：

sp<ProcessState> ProcessState::self() {Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);if (gProcess != NULL) {return gProcess;}gProcess = new ProcessState;return gProcess; }

??????? ProcessState對象構造之時，就會打開binder驅動：

ProcessState::ProcessState(): mDriverFD(open_driver()) // 打開binder驅動。, mVMStart(MAP_FAILED), mManagesContexts(false), mBinderContextCheckFunc(NULL), mBinderContextUserData(NULL), mThreadPoolStarted(false), mThreadPoolSeq(1) {. . . . . .mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);. . . . . . }

注意上面那句mDriverFD(open_driver())，其中的open_driver()就負責打開“/dev/binder”驅動：

static int open_driver() {int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);. . . . . .status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);. . . . . .size_t maxThreads = 15;result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);. . . . . .return fd; }

???????? ProcessState中另一個比較有意思的域是mHandleToObject：

Vector<handle_entry> mHandleToObject;

它是本進程中記錄所有BpBinder的向量表噢，非常重要。我們前文已經說過，BpBinder是代理端的核心，現在終于看到它的藏身之處了。在Binder架構中，應用進程是通過“binder句柄”來找到對應的BpBinder的。從這張向量表中我們可以看到，那個句柄值其實對應著這個向量表的下標。這張表的子項類型為handle_entry，定義如下：

struct handle_entry {IBinder* binder;RefBase::weakref_type* refs; };

其中的binder域，記錄的就是BpBinder對象。

???????? Ok，有關Binder的初步知識，我們就先說這么多。我也不想一下子把所有的信息都塞到一篇文章中，所以打算把更多技術細節安排到其他文章中闡述，呵呵，這需要一點兒時間。

原文地址：https://my.oschina.net/youranhongcha/blog/149575

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的红茶一杯话Binder的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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