Android中进程间通信采用Binder机制实现，是Android系统中几大重要机制之一，本文将从整体架构和底层源码分析Binder机制的实现原理。由于Binder机制涉及到的东西比较多，因此这里会分成几篇文章进行介绍。
一、整体架构
Binder架构分为三层：Java层，C++层和驱动层。对于应用开发，我们使用的大部分都是Java层接口，而Java层最终会通过JNI进入C++层，因此C++层才是真正实现Binder机制的地方，而C++层实现进程间通信需要驱动层的支持，驱动层运行在内核中，所有进程都可以调用其公开的接口。
二、驱动层
Binder驱动其实就是一段运行在Linux内核中的C代码，可以在https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/android/binder.c查看，驱动层做的工作主要有两个，第一是处理用户空间进程的进程通信请求，第二个是记录维护各个进程的进程间通信信息。
三、C++层
C++层在Binder机制实现中是最复杂的，主要会涉及BpBinder，BBinder，BpInterface，BnInterface，IPCThreadState等相关类。
在C++层，如果一个进程要成为服务进程，其它进程可以调用该进程相关接口，按照上面的类图，该进程需要定义一个IXXX的接口，声明该进程可以进行远程调用的接口，还需要定义三个类：BpXXX，BnXXX，XXXService，其中BpXXX将在调用进程中被使用，最终都是通过remote() ---> XXX进行调用的，而BnXXX和XXXService是在服务进程中被使用，上层最终将会回调BnXXX相关的接口方法，而XXXService继承自BnXXX，真正实现相关的接口方法。
C++层还管理了一个Binder线程池，相关的类为ProcessState和IPCThreadState。进程启动时会创建一个ProcessState对象，该对象会进行相关初始化Binder操作，包括：打开驱动，进行内存映射，启动Binder线程池等。
可以看到，一个进程有且仅有一个ProcessState对象。而最终C++层与Binder驱动通信的类为IPCThreadState，对于Binder线程池中的每一个线程，都有一个IPCThreadState对象，该对象会调用Binder驱动对外提供的接口，实现与Binder驱动进行通信。
四、Java层
Java层比较简单，主要就是提供给开发者在Java层实现进程间通信的相关类和接口。通过AIDL语言定义IXXX接口，然后编译器会自动生成相关的类，Proxy类将在调用进程被使用，该类只是一个代理类，最终会通过C++层进行进程间通信，而Stub类在本地进程被使用，通过不同的命令调用对应的接口，接口最终实现是在XXXService类中。
五、一次完整的进程间通信流程分析
该例子只分析在Java层实现进程间通信情况下的通信流程。对于C++层实现的进程间通信原理类似可以自行分析。
首先先把Demo写好跑起来：
1.新建服务端工程，定义一个IPayService.aidl，里面定义了一个支付接口：
2.clean项目，编译器自动生成了IPayService接口，包括内部类Stub和Proxy
3.定义BnPayService类，继承自Stub，实现pay接口，这里只是打印一下参数，然后定义PayService，在onBind方法中返回一个BnPayService对象
4.服务端已经实现好了，直接运行到手机上
5.新建客户端工程，把服务端IPayService.aidl生成的相关包复制进来，通过bindService绑定到服务端的Service上，在onServiceConnected回调中拿到一个IPayService对象
6.点击按钮，调用pay接口，可以看到服务端进程打印出日志，说明进程间调用成功
接下来从客户端调用pay方法开始，简要分析整个流程：
-
在onServiceConnected回调中，我们首先会通过asInterface得到一个IPayService对象，而asInterface判断当前进程是不是服务端进程，如果是，就返回真正的本地对象，如果不是就返回一个代理对象，也就是编译器自动生成的Proxy类对象。主要asInterface要求传入一个IBinder对象作为参数，该IBinder对象时框架层传过来的，它其实是一个BinderProxy对象。
-
接着调用pay，因为我们是在另外一个进程，因此调用Proxy的pay方法，这里会将数据进行打包，然后调用mRemote的transact方法，而这个mRemote，就是上面说的BinderProxy对象。
-
BinderProxy是Binder的内部类，再去看BinderProxy的transact方法，发现调用本地方法了，调用了transactNative方法。
-
来到android_util_Binder.cpp类的android_os_BinderProxy_transact函数，这里会先把Java层的Parcel数据转成C++层的Parcel数据，然后获取得到一个IBinder*对象，这个对象就是C++层的BpInterface对象，然后调用其transact函数，其内部会转发到remote()的transact函数，而remote返回的是一个BpBinder对象。
-
BpBinder的transact函数，可以看到直接使用IPCThreadState跟驱动通信了，在IPCThreadState的函数transact中，先准备好数据，最终会得到一个binder_transaction_data结构体数据，然后调用waitForResponse开始向驱动发请求
-
在waitForResponse函数中，开个死循环不断地跟驱动交互，直到本次通信结束为止。对于交互细节，IPCThreadState会调用talkWithDriver函数，这个函数从名字就可以看出是发送请求给驱动，它最终会调用ioctl函数，对于的就是驱动的binder_ioctl函数，然后会有个cmd码，IPCThreadState拿到这个cmd码后，如果Binder通信正常，这个cmd码就是BR_REPLY。
-
再来看看驱动接收到IPCThreadState的请求后是如何处理的。看binder_ioctl函数，首先会请求获取目标进程的一个处理线程，目标进程会根据情况进行创建，如果已经超过最大线程数就返回空。binder获取到线程后，调用binder_ioctl_write_read函数。
-
binder_ioctl_write_read函数中，最终会调用binder_transaction函数，这里会创建事务，加到目标进程的等待队列中，然后唤醒目标进程。
-
目标进程的ProcessState在创建时会有个线程一直在睡眠，等待请求到来，这时就会被唤醒了，然后执行IPCThreadState的executeCommand函数。
-
在executeCommand函数中，来到BR_TRANSACTIOn分支，有行重要代码： error = reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
-
来到BBinder的transact函数，这里最终会调用到PayService类中onBind方法返回的那个对象的pay方法。
六、其它
Binder机制相当复杂，关于内存分配及映射，ProcessState和IPCThreadState实现原理，驱动层进程数据结构解析等将在下篇文章介绍。
