1 binder介绍

Android源码中，binder的核心库是在native层实现，但在java层和native层都有接口供应用程序使用。如果单从binder角度出发，Binder架构图如下：

Binder解析_第3张图片

(1) binder驱动层

Android因此添加了binder驱动，其设备节点为/dev/binder，主设备号为10，binder驱动程序在内核中的头文件和代码路径如下：

kernel/drivers/staging/binder.h

kernel/drivers/staging/binder.c

binder驱动层的主要作用是完成实际的binder数据传输。

(2) binder adapter层

主要是IPCThreadState.cpp和ProcessState.cpp，源码位于frameworks/native/libs/binder目录下，这两个类都采用了单例模式，主要负责和驱动直接交互。

a、ProcessState，进程相关的类，负责打开binder设备，进行一些初始化设置并做内存映射；

void ProcessState::startThreadPool()该方法启动的新线程，并通过joinThreadPool读取binder设备，查看是否有请求。

b、IPCThreadState，线程相关的类，负责直接和binder设备通信，使用ioctl读写binder驱动数据。

status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive) 该方法调用的是ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)从/dev/binder读取。status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)该方法是对talkWithDriver返回的数据进行处理。void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)该方法创建线程并进行talkWithDriver以及executeCommand。

(3) Binder核心层

Binder核心层主要是IBinder及它的两个子类，即BBinder和BpBinder，分别代表了最基本的服务端及客户端。源码位于frameworks/native/libs/binder目录下。

binder service服务端实体类会继承BnInterface，而BnInterface会继承自BBinder，服务端可将BBinder对象注册到servicemananger进程。

客户端程序和驱动交互时只能得到远程对象的句柄handle，它可以调用调用ProcessState的getStrongProxyForHandle函数，利用句柄handle建立BpBinder对象，然后将它转为IBinder指针返回给调用者。这样客户端每次调用IBinder指针的transact方法，其实是执行BpBinder的transact方法。

(4) Binder框架层

a、Native Binder框架层包含以下类(frameworks/native/libs/binder)：IInterface，BnInterface，BpInterface，等。

b、Java框架层包含以下类(frameworks/base/core/java/android/os):

IBinder，Binder，IInterface，ServiceManagerNative，ServiceManager，BinderInternal，IServiceManager，ServiceManagerProxy

Java框架层的类的部分方法的实现在本地代码里(frameworks/base/core/jni)。

1.1 Binder类分层

整个Binder从kernel至，native，JNI，Framework层所涉及的类如下：

【初始化】

Zygote启动时会有一个虚拟机注册过程，该过程调用AndroidRuntime::startReg方法来完成jni方法的注册。调用register_Android_os_Binder完成binder的native方法注册。

int register_Android_os_Binder(JNIEnv* env){    // 注册Binder类的jni方法    if (int_register_Android_os_Binder(env) < 0)          return -1;    // 注册BinderInternal类的jni方法    if (int_register_Android_os_BinderInternal(env) < 0)        return -1;    // 注册BinderProxy类的jni方法    if (int_register_Android_os_BinderProxy(env) < 0)        return -1;                  ...    return 0;}

1.2 binder调用顺序

使用AIDL进行跨进程的通信，实际上就是使用binder，必须要继承binder接口，java和C++都有对应的IBinder，proxy，stub等，通过jni进程数据的交互，binder的核心在native层。整个调用关系如下。
Binder解析_第5张图片

2 Binder的Proxy-Stub模式

2.1 Java空间

IBinder/Binder/BinderProxy是Binder机制的核心api，而IInterface和AIDL就是为了方便开发者使用Binder进行进程间通信。先看IBinder接口：

public interface IBinder {    . . . . . .    public String getInterfaceDescriptor() throws RemoteException;    public boolean pingBinder();    public boolean isBinderAlive();    public IInterface queryLocalInterface(String descriptor);  //返回IInterface类型    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;  //通信函数        public interface DeathRecipient     {        public void binderDied();    }    public void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags)throws RemoteException;    public boolean unlinkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags);}

Binder与BinderProxy的定义如下，都实现了IBinder接口

public class Binder implements IBinder {    ...    public Binder() {        init();        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {            final Class<? extends Binder> klass = getClass();            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {                Log.w(TAG, "The following Binder class should be static or leaks might occur: " +                    klass.getCanonicalName());            }        }    }        public void attachInterface(IInterface owner, String descriptor) {        mOwner = owner;        mDescriptor = descriptor;    }        public String getInterfaceDescriptor() {        return mDescriptor;    }    public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) {        if (mDescriptor.equals(descriptor)) {            return mOwner;        }        return null;    }    protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply,            int flags) throws RemoteException {        if (code == INTERFACE_TRANSACTION) {            reply.writeString(getInterfaceDescriptor());            return true;        } else if (code == DUMP_TRANSACTION) {            ParcelFileDescriptor fd = data.readFileDescriptor();            String[] args = data.readStringArray();            if (fd != null) {                try {                    dump(fd.getFileDescriptor(), args);                } finally {                    try {                        fd.close();                    } catch (IOException e) {                        // swallowed, not propagated back to the caller                    }                }            }            // Write the StrictMode header.            if (reply != null) {                reply.writeNoException();            } else {                StrictMode.clearGatheredViolations();            }            return true;        }        return false;    }        public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,            int flags) throws RemoteException {        if (false) Log.v("Binder", "Transact: " + code + " to " + this);        if (data != null) {            data.setDataPosition(0);        }        boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);//调用onTransact()函数        if (reply != null) {            reply.setDataPosition(0);        }        return r;    }        public void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags) {    }    public boolean unlinkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags) {        return true;    }        protected void finalize() throws Throwable {        try {            destroy();        } finally {            super.finalize();        }    }    private native final void init();    private native final void destroy();    // Entry point from android_util_Binder.cpp's onTransact    private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj, int flags) {        ...        try {            res = onTransact(code, data, reply, flags);//调用onTransact()函数        } catch (RemoteException e) {            if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) {                Log.w(TAG, "Binder call failed.", e);            } else {                reply.setDataPosition(0);                reply.writeException(e);            }            res = true;        }         ...        return res;    }}final class BinderProxy implements IBinder {    ...    public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) {        return null;    }    public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {        Binder.checkParcel(this, code, data, "Unreasonably large binder buffer");        return transactNative(code, data, reply, flags);    }    public native String getInterfaceDescriptor() throws RemoteException;    public native boolean transactNative(int code, Parcel data, Parcel reply,            int flags) throws RemoteException;    public native void linkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags)            throws RemoteException;    public native boolean unlinkToDeath(DeathRecipient recipient, int flags);    BinderProxy() {        mSelf = new WeakReference(this);    }       ...}

最后，在来看IInterface接口，很简单，就一个方法，返回值是IBinder。

public interface IInterface{    public IBinder asBinder();}

四者的UML类图如下所示： Binder解析_第6张图片

这就是BInder机制Proxy-Stub模式原始配方。在这个类图的最顶层，有两个接口，IInterface和IBinder。IBinder代表跨进程传输的能力，而IInterface则用来辅助实现具体的传输业务。Binder是IBinder的实现类，因此它具备跨进程传输的能力，它实际上就是远程Server端的Binder对象本身。与此对应的BinderProxy则是远程Binder的代理对象，给Client进程用的。在跨越进程的时候，Binder驱动会自动完成这两个对象的转换。

当我们写了一个AIDL文件之后，如下：

interface ICompute {    int add(int a,int b);}

此时，会生成一个相应的java文件，如下：

/* * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY. * Original file: D:\\Code\\Github\\Android\\Demo\\src\\com\\tfygg\\demo\\service\\ICompute.aidl */package com.tfygg.demo.service;public interface ICompute extends android.os.IInterface {/** Local-side IPC implementation stub class. */public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.tfygg.demo.service.ICompute {private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.tfygg.demo.service.ICompute";/** Construct the stub at attach it to the interface. */public Stub() {this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);}/** * Cast an IBinder object into an com.tfygg.demo.service.ICompute * interface, generating a proxy if needed. */public static com.tfygg.demo.service.ICompute asInterface(android.os.IBinder obj) {if ((obj == null)) {return null;}android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);if (((iin != null) && (iin instanceof com.tfygg.demo.service.ICompute))) {return ((com.tfygg.demo.service.ICompute) iin);}return new com.tfygg.demo.service.ICompute.Stub.Proxy(obj);}@Overridepublic android.os.IBinder asBinder() {return this;}@Overridepublic boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags)throws android.os.RemoteException {switch (code) {case INTERFACE_TRANSACTION: {reply.writeString(DESCRIPTOR);return true;}case TRANSACTION_add: {data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _arg0;_arg0 = data.readInt();int _arg1;_arg1 = data.readInt();int _result = this.add(_arg0, _arg1);reply.writeNoException();reply.writeInt(_result);return true;}}return super.onTransact(code, data, reply, flags);}private static class Proxy implements com.tfygg.demo.service.ICompute {private android.os.IBinder mRemote;Proxy(android.os.IBinder remote) {mRemote = remote;}@Overridepublic android.os.IBinder asBinder() {return mRemote;}public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {return DESCRIPTOR;}@Overridepublic int add(int a, int b) throws android.os.RemoteException {android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();int _result;try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeInt(a);_data.writeInt(b);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);_reply.readException();_result = _reply.readInt();} finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}}static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);}public int add(int a, int b) throws android.os.RemoteException;}

对照着生成出来的ICompute.java文件，绘制如下Binder模型图：
Binder解析_第7张图片

上图中绿色部分就是生成的java文件的内容，我们发现AIDL的Binder模型是基于原始配方的扩展。当我们写完ICompute.aidl之后，ICompute，Stub，Proxy已经自动生成出来，其作用如下：
（1）ICompute接口继承了IInterface，并写了add(a,b)的方法，代表Server端进程具备计算两数相加的能力。此方法将在Stub的具体实现类中重写。
（2）Stub是一个抽象类，他本质是一个Binder，他存在的目的之一是约定好asInterface，asBinder，onTransact方法，减少我们开发具体Binder对象的工作量。此外，Stub即需要跨进程传输，又需要约定远端服务端具备的能力，因此他需要同时实现IInterface和IBinder接口，通过上文的类图可以看得出来。
（3）Proxy是代理对象，它在Client进程中使用，它持有BinderProxy对象，BinderProxy能帮我们访问服务端Binder对象的能力。

2.1 C空间

在C空间中，仍然是一样的Binder配方，不同的是，C空间没有了AIDL，而是使用模板辅助实现了Proxy-stub。所以，在C空间中也有IBinder.h，Binder。UML类图如下： Binder解析_第8张图片

先看IBinder，其定义截选如下：

class IBinder : public virtual RefBase{public:    . . . . . .    IBinder();    virtual sp  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& 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& who) = 0;    };    virtual status_t        linkToDeath(const sp& recipient,                                        void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0) = 0;    virtual status_t        unlinkToDeath(const wp& recipient,                                          void* cookie = NULL, uint32_t flags = 0,                                          wp* 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:};

有接口必然有实现，BBinder和BpBinder都是IBinder的实现类，这里就总结一下他们的区别：
Binder解析_第9张图片

（1）pingBinder, BBinder直接返回OK，而BpBinder需要运行一个transact函数，这个函数很重要。
（2）linkToDeath()是用来在服务挂的时候通知客户端的，那服务端当然不需要自己监视自己咯，所以BBinder直接返回非法，而Bpbinder需要通过requestDeathNotification()要求某人完成这个事情。

奇怪的是BBinder和BpBinder都没有实现queryLocalInterface() 接口啊，那肯定另有他人实现这个类了，这个人就是IInterface.h。客户程序通过queryLocalInterface() 可以知道服务端都提供哪些服务。在IInterface.h中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版，这是为各种程序中使用的。

template  class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder  {  public:      virtual sp  queryLocalInterface(const String16& _descriptor);      virtual String16        getInterfaceDescriptor() const;  protected:      virtual IBinder*        onAsBinder();  };       BnInterface模版的定义如下所示：  template  class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase  {  public:                              BpInterface(const sp& remote);  protected:      virtual IBinder*    onAsBinder();  };

这两个模版在使用的时候，起到得作用实际上都是双继承：使用者定义一个接口INTERFACE，然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口，构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。
DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现：

#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)                               /      static const String16 descriptor;                                   /      static sp asInterface(const sp& obj);        /      virtual String16 getInterfaceDescriptor() const;                    /  #define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME)                       /      const String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME);                      /      String16 I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const {             /          return I##INTERFACE::descriptor;                                /      }                                                                   /      sp I##INTERFACE::asInterface(const sp& obj)  /      {                                                                   /          sp intr;                                          /          if (obj != NULL) {                                              /              intr = static_cast(                          /                  obj->queryLocalInterface(                               /                          I##INTERFACE::descriptor).get());               /              if (intr == NULL) {                                         /                  intr = new Bp##INTERFACE(obj);                          /              }                                                           /          }                                                               /          return intr;                                                    /      }

在定义自己的类的时候，只需要使用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口，并结合类的名称，就可以实现BpInterface中asInterface()和getInterfaceDescriptor()两个函数。
此外，IInterface还起到了转换的作用，IXXXService继承自IInterface，而IInterface中的asBinder()方法，会将自身，也就是IXXXService转换成一个IBinder对象，而asInterface接口则是将IIBinder转换为IXXXService接口。

templateinline sp interface_cast(const sp& obj){return INTERFACE::asInterface(obj);}

由此可知，使用interface_cast的作用就是将IBinder实例转化成IXXXService实例。可以看出，C空间的IBinder接口和java空间类似，下图可以看出C空间的binder的Proxy-stub模式
Binder解析_第10张图片

Binder解析