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开篇

Binder是一个Android开发从初级进阶的必经之路，想来自己做Android开发也有两年多的时间了，尽然还没有研究过这一块的东西，真是惭愧。 从这篇文章开始会有一个系列对Binder进行分析，涵盖了Binder的使用、构成、原理以及Binder牵连的一些知识点。注意：如果想完全搞懂每一个细节是不现实的，因为binder是系统层的东西，里面牵扯到很多linux的东西，除非你把linux的原理搞懂。

IPC简介

IPC全名为inter-Process Communication，含义为进程间通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。

为什么要进程间通信呢？

因为在Linux或者所有的操作系统中，不同的应用运行在自己独自的进程中，而进程间是隔离的，这很好理解，如果数据是进程间共享，那么所有的应用都是相互透明的，微信可以使用支付宝的数据，这你敢想，但是应用间又不能完全不通信，所以这时候就需要一些方法来进行进程间通信。

Linux中的IPC机制种类

Linux中提供了很多进程间通信机制，主要有管道（pipe）、信号（sinal）、信号量（semophore）、共享内存（Share Memory)、套接字（Socket）、文件（File）等。

Android中的IPC机制

Android系统是基于Linux内核的，在Linux内核基础上，又拓展出了一些IPC机制。Android系统除了支持套接字，还支持序列化、Messenger、AIDL、Bundle、文件共享、ContentProvider、Binder等。

• 序列化：序列化指的是Serializable/Parcelable，Serializable是Java提供的一个序列化接口，是一个空接口，为对象提供标准的序列化和反序列化操作。Parcelable接口是Android中的序列化方式，更适合在Android平台上使用，用起来比较麻烦，效率很高。
• Messenger：Messenger在Android应用开发中的使用频率不高，可以在不同进程中传递Message对象，在Message中加入我们想要传的数据就可以在进程间的进行数据传递了。Messenger是一种轻量级的IPC方案并对AIDL进行了封装。
• AIDL：AIDL全名为Android interface definition Language，即Android接口定义语言。Messenger是以串行的方式来处理客户端发来的信息，如果有大量的消息发到服务端，服务端仍然一个一个的处理再响应客户端显然是不合适的。另外还有一点，Messenger用来进程间进行数据传递但是却不能满足跨进程的方法调用，这个时候就需要使用AIDL了。
• 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。
• 文件共享：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。
• ContentProvider：ContentProvider为存储和获取数据了提供统一的接口，它可以在不同的应用程序之间共享数据，本身就是适合进程间通信的。ContentProvider底层实现也是Binder，但是使用起来比AIDL要容易许多。系统中很多操作都采用了ContentProvider，例如通讯录，音视频等，这些操作本身就是跨进程进行通信。

IPC通信原理

为了更好的理解Binder，我们先来介绍两个Linux进程通信方式的原理，这对我们理解Binder有很大的好处。（这里会讲到一些Linux系统的东西）

1.文件

Linux的很多进程通信方式都牵扯到了文件，就连Binder都是基于文件进行进程间通信的，我们着重来讲一下他。通过访问同一个文件可以实现进程间通信，看似很简单，但是文件是由系统管理的，进程如何访问文件呢，这就要讲到Linux的内核空间和用户空间，User space（用户空间）和 Kernel space（内核空间）。

为了保护用户进程不能直接操作内核，保证内核的安全，操作系统从逻辑上将虚拟空间划分为用户空间和内核空间。Linux 操作系统将最高的1GB字节供内核使用，称为内核空间，较低的3GB 字节供各进程使用，称为用户空间。

内核空间是Linux内核的运行空间，用户空间是用户程序的运行空间。为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也不会受到影响。内核空间的数据是可以进程间共享的。

内核空间是直接映射的物理内存地址，所以他直接可以访问物理内存，而用户空间分配的是虚拟地址，需要经过转换才能得到物理地址；进程间通信说白了就是进程1去访问进程2的内存地址，但是他们的地址都是虚拟的又怎么能访问到呢？这也从侧面说明了为什么需要进程间通信。

文件管理驱动是在内核空间中的，用户空间的进程要访问文件就需要访问内核空间，用户空间访问内核空间，需要借助系统调用来实现。系统调用是用户空间访问内核空间的唯一方式，保证了所有的资源访问都是在内核的控制下进行的，避免了用户程序对系统资源的越权访问，提升了系统安全性和稳定性。

• copy_from_user：将用户空间的数据拷贝到内核空间。
• copy_to_user：将内核空间的数据拷贝到用户空间。
  
  
  
  现在我们就知道linux操作文件的方式：
• 写入：用户空间——>copy_from_user——>内核空间（写入文件）
• 读取：用户空间——>copy_from_user——>内核空间（读取文件）——>copy_to_user——>用户空间
  
  这样的话文件实现进程间通信的步骤是：进程A——>copy_from_user——>内核空间（写入文件）——>copy_to_user——>进程B
  
  
  
  通过内核空间作为中介，间接实现了进程间的通信，这只是进程通信的其中一种方式，接下来再介绍一下共享内存实现进程间通信的原理。

2.共享内存

通过上面的文件我们知道想要访问一个文件必须通过内核空间实现，这样必须将数据拷贝到内核空间，而内核空间拿到的数据也必须拷贝到用户空间，这样是非常耗时的，所以linux有另一种进程通信方式共享内存，共享内存的原理是内存映射mmap，内存映射可以将用户空间的一块内存映射到文件，这样我们就可以在用户空间直接操作文件，而不需要经过内核空间，这样就不需要数据的拷贝，从而大大缩短了通信的时间，提高了通信的效率。我们只需要将两个进程映射到同一个文件（不是真实的文件，相当于内存）上就可以实现通信了，其实内存映射并不是在用户空间直接操作文件，而是让我们的代码运行到内核空间也就是处于内核态，这样就相当于在内核空间操作文件，这里很多人可能不懂，不用完全搞懂，前面也说了不可能完全明白的，这是系统层面的东西了。

既然共享内存这么好为什么不直接用它呢？它当然也有缺点，首先是安全性问题，共用一块内存，就相当于完全透明；其次是同步问题，我写的时候你也在写，这样有一个人的数据就会被覆盖或者发生其他的异常。总之共享内存也不是那么完美

3.Binder

简单来说Binder是文件和共享内存的合体，数据接收进程建立一个内核空间的内存映射区，数据发送进程通过copy_from_user将数据拷贝到内存映射区，这样就完成了通信。

创造Binder的原因

既然Linux已经有那么多进程间通信的方式了，为什么Android还要自己创造一个呢？主要有下面几点原因：

• 性能方面：性能方面主要影响的因素是拷贝次数，管道、消息队列、Socket的拷贝次书都是两次，性能不是很好，共享内存不需要拷贝，性能最好，Binder的拷贝次书为1次，性能仅次于内存拷贝。
• 稳定性方面：Binder是基于C/S架构的，这个架构通常采用两层结构，在技术上已经很成熟了，稳定性是没有问题的。共享内存没有分层，难以控制，并发同步访问临界资源时，可能还会产生死锁。从稳定性的角度讲，Binder是优于共享内存的。
• 安全方面：Android是一个开源的系统，并且拥有开放性的平台，市场上应用来源很广，因此安全性对于Android 平台而言极其重要。传统的IPC接收方无法获得对方可靠的进程用户ID/进程ID（UID/PID），无法鉴别对方身份。Android 为每个安装好的APP分配了自己的UID，通过进程的UID来鉴别进程身份。另外，Android系统中的Server端会判断UID/PID是否满足访问权限，而对外只暴露Client端，加强了系统的安全性。