XJBX-7-Android Binder

IsaacBan
399 阅读7分钟

大家都是知道Android是基于Linux内核的系统，Linux内核具有多种IPC机制，如命名管道，匿名管道，信号量，消息队列，Socket。但是Android中常用的只有Socket和匿名管道。可是值得思考的是，为什么选择了Binder作为进程间通信？其实作为程序员，无论以后在面试还是平时遇到这种问题，只有时间，空间，安全等角度去思考,因为代码的本质终归如此。

Binder简介

Binder是Android 系统中一种高效的进程间通信（IPC）机制，它提供了一种在不同进程之间安全、高效地传递数据和调用方法的方式。采用CS架构，即有客户端和服务端区分，并且采用代理模式的设计模式。架构模式主要分为四部分：Binder驱动：提供文件系统的标准接口，如open(),ioctl(),mmap()，并且提供通信通道；SM进程: 通过Binder名称到对象的引用转换服务；Binder服务端: 服务端分为匿名服务和实名服务，系统中常见的AMS，WMS就是实名服务，都是公开的，APP都可以直接去获取服务调用。像APP自己定义的AIDL接口的服务端，Service端，都是匿名服务，只有APP自己公开的业务能使用。Binder客户端：使用Binder服务的一端。 image.png 进程间通信必然要涉及到Linux内核空间，所以Binder需要有驱动层来去支持。Binder是一套非常复杂的通信框架，从Java层，Native层，驱动层全链路涉及。老夫只能尽微薄之力从全局角度来做点功夫。

Binder 的工作原理

了解Binder的工作原理，首先要了解两个前置技能：AIDL和MMAP。AIDL大家都知道，Android独有的跨进程通信机制，很好的展现了代理模式，其实对AIDL的使用，本质就是对Binder的使用，在使用AIDL时候基本上分为四个步骤：

  1. 定义服务接口：使用 AIDL（Android Interface Definition Language）定义服务端提供的接口。

  2. 实现服务端：继承 Stub 类来实现定义的接口，并处理客户端的请求。

  3. 客户端获取服务引用：通过 serviceConnection和bindService 方法连接服务，并获取服务的 Binder 对象引用。

  4. 客户端调用服务方法：使用获取到的Binder对象引用调用服务端提供的方法。
    查看AIDL文件编译出的源码都会看到，Proxy和Stub这个两个类，这就是客户端和服务端的代理类。

image.png 再说MMAP，一种内存映射机制，就是将物理内存映射到文件上，Linux中一切皆文件，操作这种文件相当于直接操作对应的内存。普通的IPC传递数据时，需要从调用者的数据缓冲区到内核缓冲区，再到接收进程的缓冲区，因此binder通过内存映射的方式为每个进程创建了缓冲区，这块缓冲区与内核空间共享，接收进程可以直接读取缓冲区的数据，而不用从内核复制到用户空间。所以Binder通信大致流程就是，客户端通过服务端的代理对象，从ServiceManager得到Binder服务，向服务端进程的缓冲区写数据（此过程都在驱动层），驱动层激活服务端Binder线程，读取数据，根据函数号和参数来处理。 整个过程需要考虑一些问题：
1、数据的传递，Java数据不可能直接写入内核缓冲区的，所以出现了序列化和反序列化。
2、Binder线程维护，Binder每次执行，都是在线程中完成，很明显线程的频繁释放和创建会有很大的系统开销。Binder线程不像普通线程池一下初始化多个线程，而是在驱动的请求下，没有可用的线程时创建线程。这样能保证线程的最低数量。
3、线程唤醒问题，Binder驱动本质是一个文件描述符，所有的Binder调用都会使用，如果客户端同时好多线程同时调用，那么服务端返回数据的时候，会通过Binder驱动记录的调用信息，包括线程ID，根据ID将数据返回到对应线程。

image.png 简单总结一下流程：
1、客户端从某线程发起调用，将参数通过ioctl函数发给驱动，客户端挂起并等待返回结果。
2、驱动记录调用线程信息，根据调用的Binder对象寻找服务端的进程。
3、找到服务进程，查看是否有空闲线程处理，没有则创建，通过线程处理驱动数据对应执行函数，并返回结果给驱动。
4、驱动将处理结果返回给调用线程，并唤醒调用线程。
5、客户端调用线程得到反馈结果，做相应处理。

Binder 的优势

按照文章开头所说，从时间和空间考虑就是Binder的高效性，前面提到Binder驱动提供了mmap()方法，主要是为了提供内存映射。另外就是安全性，前面文章接受APP进程有提到ApplicationThread是一个Binder类，并且APP进程会通过进程的ID，向ServiceManager来注册一个身份标识，所以Binder本身具有身份证的作用。 image.png

Binder一些异常情况

  1. 数据丢失

    • 原因：可能是缓冲区溢出、网络不稳定等。
    • 解决方法：优化数据大小、增加错误处理和重试机制等。

  2. 权限问题

    • 原因：客户端没有足够的权限访问服务。
    • 解决方法：正确配置权限，确保客户端具有所需的权限。

  3. 进程间死锁

    • 原因：不当的同步操作导致进程等待。
    • 解决方法：仔细检查同步逻辑，避免死锁情况的发生。

总之，Binder 在 Android 系统中扮演着重要的角色，开发者需要深入理解其工作原理和使用方法，以构建高效、稳定的应用程序。 当在 Android 中遇到 Binder 通信丢数据的情况，可以考虑以下几种优化方式：

  1. 数据大小优化：尽量减少通过 Binder 传输的数据量。对大型数据进行拆分、压缩或只传递关键信息，在接收端再进行恢复或获取完整数据。
  2. 缓冲区管理：确保发送和接收端有足够的缓冲区来处理数据。合理设置缓冲区大小，以避免数据溢出导致丢失。
  3. 错误处理和重试机制：在发送和接收数据时，添加完善的错误处理逻辑。当检测到数据丢失或传输错误时，进行适当的重试操作。
  4. 数据序列化和反序列化优化：选择高效的序列化和反序列化方法，例如 Protocol Buffers 或 FlatBuffers ，以减少数据转换的开销和潜在的错误。
  5. 优化通信频率：避免过于频繁的 Binder 通信，将多个小数据请求合并为一个较大的数据请求，以减少通信次数和潜在的错误。Binder风暴问题了解一下。
  6. 检查权限和进程优先级：确保应用具有足够的权限进行 Binder 通信，并且进程的优先级设置合理，以避免被系统意外终止或限制资源。
  7. 监控和日志记录：添加详细的监控和日志记录，以便在出现数据丢失时能够准确分析问题所在，例如记录发送和接收的数据大小、时间戳、错误信息等。

通过综合运用以上方法，可以有效地优化 Binder 通信，减少数据丢失的情况。
源码好无聊，有兴趣自己去看吧，说了那么多，面试的时候你知道该怎么吹了吧......

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