循序渐进 Android Binder（一）：IPC 基本概念和 AIDL 跨进程通信的简单实例-海口c网

Binder 给人的第一印象是”捆绑者“，即将两个需要建立关系的事物用某些工具束缚在一起。在 Android 中，Binder 是一种高效的跨进程通信（IPC）机制，它将可以将运行在不同进程中的组件进行绑定，以实现彼此通信和数据共享。Binder 机制在 Android 系统中扮演这至关重要的角色，特别是在管理应用程序和系统服务之间的交互方面。

在 Android 系统中，Binder 占有举足轻重的地位。而 Binder 机制涉及的东西即多且复杂，对于学习者来说，想要全面理解 Binder 仅靠一两篇文章就融会贯通是不可能的。越复杂的东西，越需要循序渐进，逐步理解，以免迷失了方向。因此，我将通过一系列文章，逐步带领大家进入 Binder 的内容，最终实现对于 Binder 的理解和运用。

我们知道 Binder 是一个 IPC 工具，那什么是 IPC 呢？我们为什么需要这玩意呢？接下来，我们就从此问题开始，逐步进入 Binder 的世界。

什么是 IPC？为什么我们需要它？

在操作系统中，每个进程都是在一个独立的沙箱环境中的，它拥有自己的内存空间、权限边界、资源管理。为了保证系统稳定性和安全性，进程之间是无法直接访问彼此的数据或代码的。

但是在实际开发中，我们经常需要不同进程之间进行协作。例如：

APP 通过 DisplayManager 获取屏幕的物理像素；
从一个 Activity 跳转到另一个 Activity；

这些场景都离不开一个关键词：IPC（Inter-Process Communication），进程间通信。这是一种技术或方法，用于在至少两个进程或线程之间传输数据或信号。

这时候，有人会问了，为什么操作系统要将应用程序放到独立的沙箱环境中运行呢？都放到系统空间中，效率岂不是更高，而且避免了进程间通信的这些麻烦事。

这是个好问题，也确实有些系统不强制应用程序运行在独立空间中，而允许其直接运行在内核态。例如，在早期的 DOS 系统中，没有用户态/内核态之分，程序可以直接操作硬件；而现在的很拖 RTOS 也是不区分用户态、内核态的，其目的就是为了极致的性能表现。

但这些操作系统基本都是面向特定领域，不做应用程序隔离的设计使其无法成为面向大众的通用操作系统。毕竟，谁都不喜欢一个 BUG 就蓝屏的系统吧。

因此，现代主流通用操作系统（Linux、Windows、macOS、Android、iOS）都强制将应用运行在用户态中。这里我们解释下用户态和内核态这两个概念：

用户态（User Mode）：应用程序运行的环境，不能直接访问硬件和内核资源，必须通过系统调用来请求服务。
内核态（Kernel Mode）：操作系统内核拥有最高权限，负责调度、资源管理、设备控制等。

这么设计的核心原因是：安全性 + 稳定性 + 可控性。如果允许一个普通程序在内核态运行，那么它一旦崩溃，就可能导致整个系统内核崩溃，影响所有进程。所以这是一种“以安全和控制为核心”的设计哲学。

Android 系统中支持的 IPC 机制

上面已经介绍了 IPC 的基本概念，那 Android 系统支持哪些 IPC 机制呢？

首先，Android 基于 Linux 内核，因此天然继承了 Linux 提供的各种经典 IPC 机制，这这些机制主要包括：

管道（Pipe）：单向通信、半双工，只适用于亲缘进程间通信（如父子进程）
命名管道（FIFO）：不支持双向通信，只适用于简单的数据流
消息队列（Message Queue）：内核对象生命周期管理复杂，数据大小有限，不适合大数据结构
共享内存（Shared Memory）：高效但非常依赖开发者手动控制同步，容易出错
信号量（Semaphore）：仅限控制用途，无法传递数据
套接字（Socket）：支持远程通信但性能较低，安全性不够强，需要开发者自己维护协议等

Android 虽然基于 Linux，但并没有直接采用传统的 Linux IPC 机制来构建系统服务框架。原因很简单：这些机制（如管道、消息队列、信号）要么功能太弱，要么难以管理、缺乏安全保障。为了构建一个高性能、可控、安全的跨进程通信模型，Google 选择在内核层扩展了一套独特的机制 —— Binder。

Binder 的优势

Binder 是 Android 独有的一套进程通信机制，底层由内核模块 binder 实现，用户态通过 Binder 驱动访问。使用它能够像调用本地方法一样，调用另一个进程中的方法。

特征	描述
高性能	基于内核实现，采用零拷贝（zero-copy）技术，远高于 Socket 传输效率
统一接口调用语义	支持同步、异步、回调，封装成面向对象接口，通过 Stub/Proxy 自动生成代码
安全性强	每个 Binder 调用都带有 UID/PID，可用于权限验证和访问控制
支持大数据传输	配合 Ashmem 可高效传输图像、音频等大对象
服务注册/发现机制	有 centralized 的 ServiceManager 管理所有系统服务
内存安全/生命周期管理	每个 Binder 对象都有引用计数，不会悬空引用

Binder 的出现，是 Android 构建自身 IPC 世界的重要基石。它不仅替代了 Linux 的传统 IPC 机制，还通过提供高效、安全、可扩展的通信模型，成功支撑起整个 Android 系统服务架构 —— 从最底层的启动服务到最顶层的应用组件通信，Binder 是 Android 系统的“神经网络”。

上面我们介绍了 IPC 和 Binder 的一些基本概念，接下来，我们就用一个 AIDL 的简单实例，来演示一下 Binder 的基本调用。

基于 AIDL 的跨进程通信的简单实例

Binder 通信采用客户端-服务器（Client/Server）模型，因此即使是一个简单的跨进程通信实例，我们也要写服务端和客户端两个进程代码。在继续写代码之前，我们需要接受一个新的词：AIDL（Android Interface Definition Language）。

什么是 AIDL？

虽然 Android Binder 提供了强大的进程通信机制，但直接使用它代价极高，开发者需要手动处理方法编号、参数序列化等细节，既麻烦又容易出错。因此 Android 引入了 AIDL 接口描述语言，其目的就是自动生成一套可靠的、类型安全的、跨进程可用的接口通信代码。

其实，使用 Binder 调用并不是必须要使用 AIDL，但是，当你需要进行 IPC，调用时，AIDL 是最清晰、高效、安全的解决方案。

一个简单的 AIDL 接口定义就如下：

interface IComputer {int add(int a, int b);
}

当你将其添加到项目并编译后，Android Studio 会自动生成一整套 Java 类，其主要包括：

IComputer.Stub：服务端实现
IComputer.Sutb.Proxy：客户端调用

你只需要在服务端继承 Stub，并在客户端调用 Proxy，就可以像调用本地方法一样进行 IPC 调用。
下面我们就以这个 AIDL 为例，来完成一个简单的 IPC 实例。

服务端

首先我们创建一个包名为 lic.swift.binder.server 的程序用于服务端。

然后添加上面的 IComputer.aidl 接口到代码中，先编译下，以便生成对应的 Java 文件。

接着创建一个全类名 lic.swift.binder.server.ComputeService 的 Service 作为服务端实现，如下：

public class ComputeService extends Service {private final static IComputer.Stub computer = new IComputer.Stub() { @Overridepublic int add(int a, int b) {Log.d("avril", "server, stub, add(a = " + a + ", b = " + b + "), " + getProcessLog());return a + b;}};@Overridepublic IBinder onBind(Intent intent) {Log.d("avril", "onBind(intent = " + intent + "), return " + computer + ", " + getProcessLog());return computer;}
}

这个 ComputerService 里面实现了一个 IComputer.Stub 这个就是作为服务端代码的实现，也就是真正执行 add(int, int) 的地方。在 onBind 中返回这个实例对象。

同时我们需要在 AndroidManifest.xml 中配置一下这个 ComputerService：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"><permission android:name="lic.swift.binder.server.CALL_SERVER" android:protectionLevel="normal" /><applicationandroid:icon="@mipmap/ic_launcher"android:label="@string/app_name"android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round" ><service android:name=".ComputeService"android:permission="lic.swift.binder.server.CALL_SERVER"android:exported="true" ><intent-filter><action android:name="lic.swift.binder.server.ComputeService" /><category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/></intent-filter></service></application>
</manifest>

为了能够让其他进程的应用访问到这个 Service，需要将其 exported 设置为 true。另外在 XML 中还为这个 Service 配置了 permission。其实在 Android 中，Service 本身并不强制要求声明访问权限，但如果你希望控制哪些应用可以访问你的服务，特别是涉及跨进程调用或敏感功能的服务，那么通过 android:permission 是一种标准且推荐的方式。

客户端

上面说的 IComputer.aidl 文件，它类似于 HTTP 协议，这个协议在服务端有一个，在客户端当然也需要有一个。因此在客户端的项目中，我们需要先把这个文件复制过来，注意，这里复制时必须要保证 .aidl 文件的包名、类名都相同。

接下来我们在 Activity 中添加一个按钮，每次点击这个按钮，就调用服务端的 add 方法计算一次加法并返回。

但为了能够进行远程调用，我们首先要连接到远程服务，以下是在 Activity 中用于连接到远程服务的代码：

private IComputer computer = null;
private final ServiceConnection connection = new ServiceConnection() {@Overridepublic void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {Log.d("avril", "client onServiceConnected(name = " + name + ", service = " + service + ") " + getProcessLog());computer = IComputer.Stub.asInterface(service);}@Overridepublic void onServiceDisconnected(ComponentName name) {Log.d("avril", "client onServiceConnected(name = " + name + ") " + getProcessLog());computer = null;}
};final Intent intent = new Intent();
intent.setComponent(new ComponentName("lic.swift.binder.server", "lic.swift.binder.server.ComputeService"));
boolean bindResult = bindService(intent, connection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
Log.d("avril", "client bindService 返回 " + bindResult);

为了连接到远程服务器，需要在清单文件中配置远程服务器需要的权限：

<uses-permission android:name="lic.swift.binder.server.CALL_SERVER" /><queries><package android:name="lic.swift.binder.server"/>
</queries>

在能够连接到远程服务器之后，我们就可以设置一个点击事件用于 IPC 调用了：

findViewById(R.id.button_1).setOnClickListener(v -> {if (computer == null)return;try {final int p0 = new Random().nextInt(1000);final int p1 = new Random().nextInt(1000);Log.d("avril", "client 远程调用 computer.add(" + p0 + ", " + p1 + ")，等待返回...");final long time = SystemClock.uptimeMillis();int r = computer.add(p0, p1);Log.d("avril", "client 远程调用返回结果：" + r + ". 耗时：" + (SystemClock.uptimeMillis() - time) + "ms. " + getProcessLog());} catch (RemoteException e) {Log.d("avril", "client 远程调用发生异常 RemoteException:\n" + e.getLocalizedMessage());}
});

这就是一个很简单的 AIDL 实例了。服务端和客户端的代码结构如下：

在运行客户端程序并点击按钮后，我们能得到如下的 log 信息：

lic.swift.binder.client  D  client bindService 返回 true
lic.swift.binder.server  D  onBind(intent = Intent { cmp=lic.swift.binder.server/.ComputeService }), return lic.swift.binder.server.ComputeService$1@a97ebb8, Process.myPid() = 2139, Process.myUid() = 10149
lic.swift.binder.client  D  client onServiceConnected(name = ComponentInfo{lic.swift.binder.server/lic.swift.binder.server.ComputeService}, service = android.os.BinderProxy@7c18e1b) Process.myPid() = 2219, Process.myUid() = 10150lic.swift.binder.client  D  client 远程调用 computer.add(136, 333)，等待返回...
lic.swift.binder.server  D  server, stub, add(a = 136, b = 333), Process.myPid() = 2139, Process.myUid() = 10149
lic.swift.binder.client  D  client 远程调用返回结果：469. 耗时：26ms. Process.myPid() = 2219, Process.myUid() = 10150