BAT大咖助力Android面試6-Binder面試詳解

參考自:https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/73560642

一,Linux內核的基礎知識

1,進程隔離/虛擬地址空間

爲了保證 安全性 & 獨立性,一個進程不能直接操作或者訪問另一個進程,即Android的進程是相互獨立、隔離的

2,系統調用(用戶空間和內核空間)

  • 進程間,用戶空間的數據不可共享,所以用戶空間 = 不可共享空間

  • 進程間,內核空間的數據可共享,所以內核空間 = 可共享空間

  • 所有進程共用1個內核空間

進程內 用戶空間 & 內核空間 進行交互 需通過 系統調用,主要通過函數:
copy_from_user():將用戶空間的數據拷貝到內核空間
copy_to_user():將內核空間的數據拷貝到用戶空間

3,binder驅動連接進程

通過binder創建的接收緩存區,分別映射到內核緩存區和接收進程的用戶空間,從而建立進程間連接

這裏寫圖片描述

二,Binder機制 在Android中的具體實現原理

這裏寫圖片描述

Client進程、Server進程 & Service Manager 進程(用戶空間)之間的交互 都必須通過Binder(內核空間)驅動(使用 open 和 ioctl文件操作函數),而非直接交互

1,註冊服務

註冊服務後,Binder驅動持有 Server進程創建的Binder實體

  Binder binder = new Stub();
    // 步驟1:創建Binder對象 ->>分析1

    // 步驟2:創建 IInterface 接口類 的匿名類
    // 創建前,需要預先定義 繼承了IInterface 接口的接口 -->分析3
    IInterface plus = new IPlus(){

          // 確定Client進程需要調用的方法
          public int add(int a,int b) {
               return a+b;
         }

          // 實現IInterface接口中唯一的方法
          public IBinder asBinder(){ 
                return null ;
           }
};
          // 步驟3
          binder.attachInterface(plus,"add two int");
         // 1. 將(add two int,plus)作爲(key,value)對存入到Binder對象中的一個Map<String,IInterface>對象中
         // 2. 之後,Binder對象 可根據add two int通過queryLocalIInterface()獲得對應IInterface對象(即plus)的引用,可依靠該引用完成對請求方法的調用
        // 分析完畢,跳出


<-- 分析1:Stub類 -->
    public class Stub extends Binder {
    // 繼承自Binder類 ->>分析2

          // 複寫onTransact()
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // 具體邏輯等到步驟3再具體講解,此處先跳過
          switch (code) { 
                case Stub.add: { 

                       data.enforceInterface("add two int"); 

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();

                       int  result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0,  arg1); 

                        reply.writeInt(result); 

                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 

}
// 回到上面的步驟1,繼續看步驟2

<-- 分析2:Binder 類 -->
 public class Binder implement IBinder{
    // Binder機制在Android中的實現主要依靠的是Binder類,其實現了IBinder接口
    // IBinder接口:定義了遠程操作對象的基本接口,代表了一種跨進程傳輸的能力
    // 系統會爲每個實現了IBinder接口的對象提供跨進程傳輸能力
    // 即Binder類對象具備了跨進程傳輸的能力

        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor);
        // 作用:
          // 1. 將(descriptor,plus)作爲(key,value)對存入到Binder對象中的一個Map<String,IInterface>對象中
          // 2. 之後,Binder對象 可根據descriptor通過queryLocalIInterface()獲得對應IInterface對象(即plus)的引用,可依靠該引用完成對請求方法的調用

        IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) ;
        // 作用:根據 參數 descriptor 查找相應的IInterface對象(即plus引用)

        boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags);
        // 定義:繼承自IBinder接口的
        // 作用:執行Client進程所請求的目標方法(子類需要複寫)
        // 參數說明:
        // code:Client進程請求方法標識符。即Server進程根據該標識確定所請求的目標方法
        // data:目標方法的參數。(Client進程傳進來的,此處就是整數a和b)
        // reply:目標方法執行後的結果(返回給Client進程)
         // 注:運行在Server進程的Binder線程池中;當Client進程發起遠程請求時,遠程請求會要求系統底層執行回調該方法

        final class BinderProxy implements IBinder {
         // 即Server進程創建的Binder對象的代理對象類
         // 該類屬於Binder的內部類
        }
        // 回到分析1原處
}

<-- 分析3:IInterface接口實現類 -->

 public interface IPlus extends IInterface {
          // 繼承自IInterface接口->>分析4
          // 定義需要實現的接口方法,即Client進程需要調用的方法
         public int add(int a,int b);
// 返回步驟2
}

<-- 分析4:IInterface接口類 -->
// 進程間通信定義的通用接口
// 通過定義接口,然後再服務端實現接口、客戶端調用接口,就可實現跨進程通信。
public interface IInterface
{
    // 只有一個方法:返回當前接口關聯的 Binder 對象。
    public IBinder asBinder();
}
  // 回到分析3原處

2,獲取服務

這裏寫圖片描述

3,使用服務

步驟1: Client進程 將參數(整數a和b)發送到Server進程

// 1. Client進程 將需要傳送的數據寫入到Parcel對象中
// data = 數據 = 目標方法的參數(Client進程傳進來的,此處就是整數a和b) + IInterface接口對象的標識符descriptor
  android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
  data.writeInt(a); 
  data.writeInt(b); 

  data.writeInterfaceToken("add two int");;
  // 方法對象標識符讓Server進程在Binder對象中根據"add two int"通過queryLocalIInterface()查找相應的IInterface對象(即Server創建的plus),Client進程需要調用的相加方法就在該對象中

  android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
  // reply:目標方法執行後的結果(此處是相加後的結果)

// 2. 通過 調用代理對象的transact() 將 上述數據發送到Binder驅動
  binderproxy.transact(Stub.add, data, reply, 0)
  // 參數說明:
    // 1. Stub.add:目標方法的標識符(Client進程 和 Server進程 自身約定,可爲任意)
    // 2. data :上述的Parcel對象
    // 3. reply:返回結果
    // 0:可不管

// 注:在發送數據後,Client進程的該線程會暫時被掛起
// 所以,若Server進程執行的耗時操作,請不要使用主線程,以防止ANR


// 3. Binder驅動根據 代理對象 找到對應的真身Binder對象所在的Server 進程(系統自動執行)
// 4. Binder驅動把 數據 發送到Server 進程中,並通知Server 進程執行解包(系統自動執行)

步驟2:Server進程根據Client進要求 調用 目標方法(即加法函數)

// 1. 收到Binder驅動通知後,Server 進程通過回調Binder對象onTransact()進行數據解包 & 調用目標方法
  public class Stub extends Binder {

          // 複寫onTransact()
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          // code即在transact()中約定的目標方法的標識符

          switch (code) { 
                case Stub.add: { 
                  // a. 解包Parcel中的數據
                       data.enforceInterface("add two int"); 
                        // a1. 解析目標方法對象的標識符

                       int  arg0  = data.readInt();
                       int  arg1  = data.readInt();
                       // a2. 獲得目標方法的參數

                       // b. 根據"add two int"通過queryLocalIInterface()獲取相應的IInterface對象(即Server創建的plus)的引用,通過該對象引用調用方法
                       int  result = this.queryLocalIInterface("add two int") .add( arg0,  arg1); 

                        // c. 將計算結果寫入到reply
                        reply.writeInt(result); 

                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
      // 2. 將結算結果返回 到Binder驅動

步驟3:Server進程 將目標方法的結果(即加法後的結果)返回給Client進程

 // 1. Binder驅動根據 代理對象 沿原路 將結果返回 並通知Client進程獲取返回結果
  // 2. 通過代理對象 接收結果(之前被掛起的線程被喚醒)

    binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0);
    reply.readException();;
    result = reply.readInt();
          }
}

三. 優點

對比 Linux (Android基於Linux)上的其他進程通信方式(管道、消息隊列、共享內存、 信號量、Socket),Binder 機制的優點有:
這裏寫圖片描述

拓展閱讀
https://blog.csdn.net/freekiteyu/article/details/70082302

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