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

news 2025/6/6 16:26:07

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

可以看到，代码已经完成了远程调用，服务端进程号为2139，而客户端是2219，虽然这个耗时有点高，但正确性是没问题的。

到此为止，这个基于 AIDL 的跨进程通信的简单实例就算是介绍完了。后续我们将逐步深入到 Binder 的更深层的内容当中。

http://www.xdnf.cn/news/765217.html

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