Android系统面经(1/20)深入解析Binder

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本人是2020年毕业于广东工业大学研究生：许乔丹，有国内大厂CVTE和世界500强企业安卓开发经验，该专栏整理本人从嵌入式Linux转Android系统开发过程中对常见安卓系统开发面试题的理解;
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正文开始⬇

Binder在日常开发经常会用到，毕竟是Android跨进程方法的不二之选。Binder的源码实现逻辑很复杂，本文主要是介绍Binder在面试时可能被Q到的问题，挖Bidner源码的大神可绕道，面试官可能会问：

请介绍什么是Binder机制 ⭐⭐⭐⭐
请介绍Binder机制流程 ⭐⭐⭐⭐
Binder有什么优势？（字节跳动）⭐⭐⭐⭐⭐
Binder机制需要多少次内存拷贝 ⭐⭐⭐
Binder是如何做到一次拷贝？（腾讯） ⭐⭐⭐
Android有很多跨进程通信方法，为何选择Binder？⭐⭐⭐
MMAP的原理讲解（腾讯）⭐⭐
Binder机制是如何跨进程的（阿里）⭐⭐⭐
描述AIDL生成的java类细节（字节跳动）⭐⭐⭐
为什么Intent不能传递大数据（阿里）⭐⭐⭐

看完以下的解析，一定可以让面试官眼前一亮。

1. Binder是什么
- 1.1 Android中的跨进程通讯方法
1. 为何要使用Binder
- 2.1 传统的Linux跨进程通讯 2.1.1 背景知识
1. Bind的通讯原理
- 3.1 了解Binder通讯原理需要知道两个概念
- 3.2 Binder的通讯原理
- 3.3 Binder有什么优势
- 3.4 Binder机制是如何跨进程通讯的？
- 3.5 Binder传输数据的大小限制
1. Binder通讯模型
- 4.1服务端、客户端、ServiceManager、Binder驱动
  - 4.1.1 Binder驱动
  - 4.1.2 ServiceManager
- 4.2 使用Binder进行数据传输的具体过程
  - 4.2.1 服务端向ServiceManager注册
  - 4.2.2 客户端获取服务端Binder引用
  - 4.2.3 使用服务
- 4.3 Binder通讯中的代理模式
- 4.4 好多Binder分不清？
- 4.5 Binder源码分析
参考文档

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1.Binder是什么

Binder是Android系统提供的一种IPC（进程间通信）机制，采用C/S（客户端与服务端结构）架构。Binder原理是掌握Android系统的基石，Binder就像Android中的血管，基本上贯穿了andorid框架层的全部。在Android中我们所使用的Activity，Service等组件都需要和AMS(system_server)通信，这种跨进程的通信都是通过Binder完成。在基于Binder通信的C/S架构体系中，除了C/S架构所包括的Client端和Server端外，Android还有一个全局的ServiceManager端，它的作用是管理系统中的各种服务（Service）。Client、Server和ServiceManager这三者之间的交互关系如下图所示：

关键点：

从进程间通信的角度看，Binder 是一种进程间通信的机制。
从 Server 进程的角度看，Binder 指的是 Server 中的 Binder 实体对象(Binder类 IBinder)。
从 Client 进程的角度看，Binder 指的是对 Binder 代理对象，是 Binder 实体对象的一个远程代理。
从传输过程的角度看，Binder 是一个可以跨进程传输的对象；Binder 驱动会自动完成代理对象和本地对象之间的转换。
从Android Framework角度看，Binder是ServiceManager连接各种Manager和相应ManagerService的桥梁 Binder跨进程通信机制：基于C/S架构，由Client、Server、ServerManager和Binder驱动组成。

进程空间分为用户空间和内核空间。用户空间不可以进行数据交互；内核空间可以进行数据交互，所有进程共用一个内核空间。Client、Server、ServiceManager均在用户空间中实现，而Binder驱动程序则是在内核空间中实现的。

1.1 Android中的跨进程通讯方法

共享内存：通过共享缓冲区直接映射到各个进程的虚拟地址空间，速度快。但实现比较复杂，进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决。
消息队列：提供了一种从一个进程向另一个进程发送一个数据块的方法，但需要进行2次数据拷贝，不适合频繁或者数据量大的情况。
管道：分为有名/无名管道，在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限。
信号量：一般作为一种锁机制，用于进程/线程同步。
信号：更适合作为进程中断控制，而非数据交换。
Socket/LocalSocket：允许位于同一主机(计算机)或使用网络连接起来的不同主机上的应用程序之间交换数据；
Binder： Binder是Android中的一种跨进程通信机制;
匿名共享内存：在Android系统中，提供了独特的匿名共享内存子系统Ashmem(Anonymous Shared Memory)，它利用了Linux的 tmpfs文件系统(一种可以基于RAM或是SWAP的高速文件系统）来实现不同进程间的内存共享。有两个特点：能够辅助内存管理系统来有效地管理不再使用的内存块； ○通过Binder进程间通信机制来实现进程间的内存共享；
File：两个进程通过读写同一个文件来进行数据共享，共享的文件可以是文本、XML、JOSN。文件共享适用于对数据同步要求不高的进程间通信。通过文件进行多进程通信用法简单，但不适合高并发情况
ContentProvider： Android四大组件之一，常用于进程间数据共享，特别是一对多的情况，不过受限于AIDL;
Bundle：Bundle实现了Parcelable接口，所以它可以方便的在不同的进程间传输。Acitivity、Service、Receiver都是在Intent中通过Bundle来进行数据传递。Bundle很常见也很常用，但只能传输Bundle支持的数据类型，同样不适合大量数据的传输；面试官很喜欢问Android中有哪些跨进程方法，如果你可以答出这么多，一定可以加分

2.为何要使用Binder

众所周知，Android系统基于Linux系统，因此Linux系统使用的IPC方法：共享内存、消息队列、管道、信号量等，在Android系统上也都能使用。1.1小节就列出了10+种方法，那么为何还需要Binder？使用Binder的理由可以归纳为：性能、安全、稳定、语言四个方面：

性能：管道、消息队列、Socket都需要2次数据拷贝(即数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区)，而Binder只要1次（可见第3节分析），且Binder相对Socket方法也更加高效， Socket主要用于跨网络的进程间通讯，传输的效率比较低。当然共享内存1次数据拷都不需要，因此就性能而言，共享内存高于Binder;
安全：Android系统为每个应用都分配各自的UID/PID来验证身份，保证了进程通信的安全性；
稳定：共享内存1次数据拷贝都不需要，但实现的方法比较复杂，并且需要做好进务端同步，容易出现死锁或者资源竞争，稳定性差。而Binder基于C/S架构，客户端和服务端彼此独立，稳定性强。
语言：Linux是基于C语言，C语言是面向过程的，Android应用层和Java Framework是基于Java语言，Java语言是面向对象的。Binder本身符合面向对象的思想，因此作为Androißd的通信机制更合适不过。因此，在Android系统的IPC方式，一般情况下都推荐使用Binder。当然，在Android源码里，上述其他IPC方法也会使用到。接下来让我们先看看传统的Linux跨进程通讯原理。