为什么 Android 要采用 Binder 作为 IPC 机制？

Android 采用 Binder 作为其进程间通信（IPC）机制，而非更常见的 Unix IPC 机制（如管道、Socket、共享内存等），是出于一系列深思熟虑的设计决策，旨在更好地满足 Android 系统的特性和需求。Binder 在 Android 生态系统中扮演着至关重要的角色，几乎所有系统服务之间的通信都依赖于它。

下面我们将详细阐述为什么 Android 要采用 Binder，以及 Binder 相较于其他 IPC 机制的优势所在：

1. Android 系统的特殊性与需求

在深入探讨 Binder 的优势之前，我们首先需要理解 Android 系统的特殊性：

基于 Linux 内核，但需要更精细的权限控制和隔离： 虽然 Android 基于 Linux 内核，但它需要比标准 Linux 系统更强的应用隔离和安全模型。一个应用崩溃不应该影响到其他应用或整个系统。
组件化的应用程序模型： Android 应用由多个组件（Activity, Service, Broadcast Receiver, Content Provider）组成，这些组件可能运行在不同的进程中。组件之间需要高效、安全地交互。
面向服务的设计： Android 系统服务（如 PackageManager, ActivityManager, WindowManager）提供了核心功能，应用程序需要通过这些服务来完成各种任务。这些服务通常运行在独立的进程中，并且需要被大量应用调用。
跨进程调用是核心： 与桌面操作系统不同，Android 中的进程（尤其是系统服务进程）通常是长期运行的，而应用程序进程可能更频繁地创建和销毁。跨进程调用频繁且是常态。
性能和效率要求高： 在资源有限的移动设备上，IPC 的性能和效率至关重要。每一次跨进程通信都应尽量开销最小。
易用性和开发者体验： IPC 机制应该对应用开发者相对友好，降低开发难度。

2. Binder 相较于其他 IPC 机制的优势

Binder 的设计充分考虑了上述 Android 的特殊需求，并在多个方面展现出优于传统 Unix IPC 机制的优势：

2.1 强大的进程隔离与安全性

比 Socket 更强的隔离性： 虽然 Socket 可以实现跨进程通信，但它通常需要手动管理进程ID或文件描述符，且安全控制相对薄弱。Binder 内建了进程标识符（Client PID/UID），允许服务精确地知道调用者是谁，从而进行精细的权限检查。例如，某个系统服务可以只允许来自特定 UID 的进程访问其某些功能。
默认权限控制： Binder 的通信是基于 Binder 代理（Proxy）和 Binder 实体（Stub）的，每个 Binder 对象都有一个唯一的 Binder ID。系统可以通过 UID/GID 来控制哪些进程可以访问哪些 Binder 服务，这比 Socket 更易于管理和实现安全策略。
自动处理进程间权限： Binder 在内核层面实现了对进程间权限的传递和校验，减少了应用层开发者需要处理的安全细节。

2.2 高效的性能

Binder 的性能优势主要体现在以下几个方面：

一次拷贝： 相较于传统的 Socket 通信（通常需要三次拷贝：应用缓冲区 > 内核缓冲区 > Socket 缓冲区），Binder 在用户空间和内核空间之间实现了一次拷贝。数据直接从发送方的用户态缓冲区拷贝到接收方的用户态缓冲区，减少了不必要的内存拷贝开销。
数据在内核中处理： Binder 的 IPC 过程涉及到的 Binder 驱动程序位于内核空间，能够高效地管理 Binder 对象、 Binder 引用以及数据的传递。这种内核级的优化是 Binder 高性能的关键。
异步和同步支持： Binder 支持同步和异步的请求响应模式。异步通信允许客户端发送请求后立即继续执行其他任务，并在稍后处理回复，这对于提升应用的响应性非常重要。
Binder 线程池： 系统服务通常会维护一个 Binder 线程池来处理客户端的并发请求。这使得服务能够更有效地处理来自多个应用程序的请求，避免了因线程创建和销毁带来的开销。

2.3 面向对象的 IPC 模型

Binder 引入了一个面向对象的 IPC 模型，这使得 IPC 调用在概念上更接近于本地方法调用：

接口定义语言 (IDL) 和代码生成： Android 使用 AIDL (Android Interface Definition Language) 来定义进程间通信的接口。AIDL 文件描述了服务提供的方法、参数类型以及返回值类型。编译器会根据 AIDL 文件生成 C/C++ 或 Java 代码（包括 Binder 代理 Stub 和 Binder 实体 Stub），开发者只需实现这些 Stub 即可。
代理和 Stub 模式：
Binder 代理 (Proxy/Stub for client side): 客户端通过一个代理对象来调用远程服务。这个代理对象看起来就像是本地对象，但它在内部处理了 IPC 的所有细节，包括数据封送（marshalling）、Binder 调用以及结果解封（unmarshalling）。
Binder 实体 (Stub for server side): 服务端接收到 IPC 调用后，通过 Stub 对象来解析请求，调用实际的服务方法，然后将结果返回给客户端。
减少了 Socket IPC 的复杂性： 相比于 Socket IPC 需要手动进行序列化、反序列化和消息解析，Binder 的模型通过 AIDL 和生成的代码大大简化了开发者的工作。开发者只需关注接口定义和业务逻辑，IPC 的底层细节被框架封装起来。

2.4 生命周期管理与引用计数

Binder 引用生命周期管理： Binder 机制拥有完善的引用计数机制。当一个进程持有某个 Binder 对象的引用时，该 Binder 对象的引用计数会增加。当进程退出或释放引用时，计数会减少。当引用计数为零时，Binder 对象在服务端会被销毁。这有助于防止内存泄漏和资源浪费。
死连接检测： Binder 还可以检测远程 Binder 对象是否已经死亡（即 Binder 所在的进程已经退出）。当客户端试图与一个已经死亡的 Binder 对象通信时，Binder 会抛出异常，客户端可以据此进行相应的处理，例如重新连接或优雅地退出。这对于保持系统的稳定性至关重要。

2.5 内建的远程过程调用 (RPC)

Binder 本质上是一种 RPC 框架。它使得一个进程可以调用另一个进程中的函数，就像调用本地函数一样。这种抽象使得开发者能够更专注于业务逻辑，而不用过多关心 IPC 的细节。

2.6 服务注册和发现机制

Binder 系统允许服务在 Binder 驱动程序中注册其名称（通过 `BpBinder::transact` 的 `onTransact` 方法，通常与 ServiceManager 交互实现）。客户端可以通过 ServiceManager 查找并获取 Binder 服务的代理。这提供了一种内建的、易于使用的服务查找机制，使得系统服务能够被应用程序方便地发现和使用。

3. Binder 的工作流程简述

为了更好地理解 Binder 的优势，我们简要描述其工作流程：

1. 服务注册：服务端进程启动后，创建一个 Binder 对象，并将其注册到 ServiceManager（一个特殊的系统服务进程）中，赋予它一个服务名称。
2. 客户端查找： 客户端进程需要使用某个服务时，向 ServiceManager 发送请求，根据服务名称查找对应的 Binder 代理。
3. 获取 Binder 代理： ServiceManager 返回一个 Binder 代理的句柄（一个 Binder ID）。
4. IPC 调用： 客户端通过获取到的句柄，调用代理对象的方法。代理对象会将调用的方法 ID、参数数据等信息打包，然后通过 Binder 驱动程序发送给服务端进程。
5. Binder 驱动程序处理： Binder 驱动程序接收到请求，根据 Binder ID 将数据传递给目标 Binder 对象所在的进程。
6. 服务端处理： 服务端 Binder 对象（通过其 Stub）接收到请求，解析数据，调用实际的服务方法。
7. 返回结果： 服务端将方法执行的结果打包，通过 Binder 驱动程序返回给客户端。
8. 客户端接收与解析： 客户端的代理对象接收到返回的数据，解析后将结果返回给调用者。

4. 总结

总而言之，Android 选择 Binder 作为其 IPC 机制，是基于以下核心原因：

安全性与隔离性： Binder 提供了比传统 Unix IPC 更精细的权限控制和进程隔离能力。
高性能： Binder 的一次拷贝特性和内核优化使其在移动设备上表现出色。
易用性： AIDL 和代理/Stub 模型极大地简化了跨进程通信的开发。
面向服务的设计： Binder 与 Android 的组件化和面向服务的架构完美契合。
生命周期管理： 内建的引用计数和死连接检测机制提高了系统的稳定性和资源管理效率。

尽管 Binder 的实现相对复杂，但其为 Android 系统提供的强大功能和高效性能，使其成为 Android 生态系统中不可或缺的关键技术。它不仅仅是一个 IPC 机制，更是支撑起整个 Android 系统庞大而复杂的跨进程通信的基石。

网友意见

为什么Android要采用Binder作为IPC机制？

在开始回答 前，先简单概括性地说说Linux现有的所有进程间IPC方式：

1. 管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限；
2. 消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；
3. 共享内存：无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；
4. 套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信；
5. 信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
6. 信号: 不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；

Android的内核也是基于Linux内核，为何不直接采用Linux现有的进程IPC方案呢，难道Linux社区那么多优秀人员都没有考虑到有Binder这样一个更优秀的方案，是google太过于牛B吗？事实是真相并非如此，请细细往下看，您就明白了。

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接下来正面回答这个问题，从5个角度来展开对Binder的分析：

（1）从性能的角度 数据拷贝次数：Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，但共享内存方式一次内存拷贝都不需要；从性能角度看，Binder性能仅次于共享内存。

（2）从稳定性的角度
Binder是基于C/S架构的，简单解释下C/S架构，是指客户端(Client)和服务端(Server)组成的架构，Client端有什么需求，直接发送给Server端去完成，架构清晰明朗，Server端与Client端相对独立，稳定性较好；而共享内存实现方式复杂，没有客户与服务端之别， 需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题，否则可能会出现死锁等问题；从这稳定性角度看，Binder架构优越于共享内存。

仅仅从以上两点，各有优劣，还不足以支撑google去采用binder的IPC机制，那么更重要的原因是：

（3）从安全的角度
传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份；而Android作为一个开放的开源体系，拥有非常多的开发平台，App来源甚广，因此手机的安全显得额外重要；对于普通用户，绝不希望从App商店下载偷窥隐射数据、后台造成手机耗电等等问题，传统Linux IPC无任何保护措施，完全由上层协议来确保。

Android为每个安装好的应用程序分配了自己的UID，故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志，前面提到C/S架构，Android系统中对外只暴露Client端，Client端将任务发送给Server端，Server端会根据权限控制策略，判断UID/PID是否满足访问权限，目前权限控制很多时候是通过弹出权限询问对话框，让用户选择是否运行。Android 6.0，也称为Android M，在6.0之前的系统是在App第一次安装时，会将整个App所涉及的所有权限一次询问，只要留意看会发现很多App根本用不上通信录和短信，但在这一次性权限权限时会包含进去，让用户拒绝不得，因为拒绝后App无法正常使用，而一旦授权后，应用便可以胡作非为。

针对这个问题，google在Android M做了调整，不再是安装时一并询问所有权限，而是在App运行过程中，需要哪个权限再弹框询问用户是否给相应的权限，对权限做了更细地控制，让用户有了更多的可控性，但同时也带来了另一个用户诟病的地方，那也就是权限询问的弹框的次数大幅度增多。对于Android M平台上，有些App开发者可能会写出让手机异常频繁弹框的App，企图直到用户授权为止，这对用户来说是不能忍的，用户最后吐槽的可不光是App，还有Android系统以及手机厂商，有些用户可能就跳果粉了，这还需要广大Android开发者以及手机厂商共同努力，共同打造安全与体验俱佳的Android手机。

Android中权限控制策略有SELinux等多方面手段，下面列举从Binder的一个角度的权限控制：
Android源码的Binder权限是如何控制？ -Gityuan的回答

传统IPC只能由用户在数据包里填入UID/PID；另外，可靠的身份标记只有由IPC机制本身在内核中添加。其次传统IPC访问接入点是开放的，无法建立私有通道。从安全角度，Binder的安全性更高。

说到这，可能有人要反驳，Android就算用了Binder架构，而现如今Android手机的各种流氓软件，不就是干着这种偷窥隐射，后台偷偷跑流量的事吗？没错，确实存在，但这不能说Binder的安全性不好，因为Android系统仍然是掌握主控权，可以控制这类App的流氓行为，只是对于该采用何种策略来控制，在这方面android的确存在很多有待进步的空间，这也是google以及各大手机厂商一直努力改善的地方之一。在Android 6.0，google对于app的权限问题作为较多的努力，大大收紧的应用权限；另外，在Google举办的Android Bootcamp 2016大会中，google也表示在Android 7.0 （也叫Android N）的权限隐私方面会进一步加强加固，比如SELinux，Memory safe language(还在research中)等等，在今年的5月18日至5月20日，google将推出Android N。

话题扯远了，继续说Binder。

（4）从语言层面的角度
大家多知道Linux是基于C语言(面向过程的语言)，而Android是基于Java语言(面向对象的语句)，而对于Binder恰恰也符合面向对象的思想，将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法，而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却遍布于系统的各个进程之中。可以从一个进程传给其它进程，让大家都能访问同一Server，就像将一个对象或引用赋值给另一个引用一样。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通信过程，整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。从语言层面，Binder更适合基于面向对象语言的Android系统，对于Linux系统可能会有点“水土不服”。

另外，Binder是为Android这类系统而生，而并非Linux社区没有想到Binder IPC机制的存在，对于Linux社区的广大开发人员，我还是表示深深佩服，让世界有了如此精湛而美妙的开源系统。也并非Linux现有的IPC机制不够好，相反地，经过这么多优秀工程师的不断打磨，依然非常优秀，每种Linux的IPC机制都有存在的价值，同时在Android系统中也依然采用了大量Linux现有的IPC机制，根据每类IPC的原理特性，因时制宜，不同场景特性往往会采用其下最适宜的。比如在Android OS中的Zygote进程的IPC采用的是Socket（套接字）机制，Android中的Kill Process采用的signal（信号）机制等等。而Binder更多则用在system_server进程与上层App层的IPC交互。

(5) 从公司战略的角度

总所周知，Linux内核是开源的系统，所开放源代码许可协议GPL保护，该协议具有“病毒式感染”的能力，怎么理解这句话呢？受GPL保护的Linux Kernel是运行在内核空间，对于上层的任何类库、服务、应用等运行在用户空间，一旦进行SysCall（系统调用），调用到底层Kernel，那么也必须遵循GPL协议。

而Android 之父 Andy Rubin对于GPL显然是不能接受的，为此，Google巧妙地将GPL协议控制在内核空间，将用户空间的协议采用Apache-2.0协议（允许基于Android的开发商不向社区反馈源码），同时在GPL协议与Apache-2.0之间的Lib库中采用BSD证授权方法，有效隔断了GPL的传染性，仍有较大争议，但至少目前缓解Android，让GPL止步于内核空间，这是Google在GPL Linux下 开源与商业化共存的一个成功典范。

有了这些铺垫，我们再说说Binder的今世前缘

Binder是基于开源的 OpenBinder实现的，OpenBinder是一个开源的系统IPC机制,最初是由 Be Inc. 开发，接着由Palm, Inc.公司负责开发，现在OpenBinder的作者在Google工作，既然作者在Google公司，在用户空间采用Binder 作为核心的IPC机制，再用Apache-2.0协议保护，自然而然是没什么问题，减少法律风险，以及对开发成本也大有裨益的，那么从公司战略角度，Binder也是不错的选择。

另外，再说一点关于OpenBinder，在2015年OpenBinder以及合入到Linux Kernel主线 3.19版本，这也算是Google对Linux的一点回馈吧。

综合上述5点，可知Binder是Android系统上层进程间通信的不二选择。

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接着，回答楼主提到的D-Bus

也采用C/S架构的IPC机制，D-Bus是在用户空间实现的方法，效率低，消息拷贝次数和上下文切换次数都明显多过于Binder。针对D-Bus这些缺陷，于是就产生了kdbus，这是D-Bus在内核实现版，效率得到提升，与Binder一样在内核作为字符设计，通过open()打开设备，mmap()映射内存。

（1）kdbus在进程间通信过程，Client端将消息在内存的消息队列，可以存储大量的消息，Server端不断从消息队里中取消息，大小只受限内存；
（2）Binder的机制是每次通信，会通信的进程或线程中的todo队里中增加binder事务，并且每个进程所允许Binder线程数，google提供的默认最大线程数为16个，受限于CPU，由于线程数太多，增加系统负载，并且每个进程默认分配的（1M-8K）大小的内存。

而kdbus对于内存消耗较大，同时也适合传输大量数据和大量消息的系统。Binder对CPU和内存的需求比较低，效率比较高，从而进一步说明Binder适合于移动系统Android，但是，也有一定缺点，就是不同利用Binder输出大数据，比如利用Binder传输几M大小的图片，便会出现异常，虽然有厂商会增加Binder内存，但是也不可能比系统默认内存大很多，否则整个系统的可用内存大幅度降低。

最后，简单讲讲Android Binder架构

Binder在Android系统中江湖地位非常之高。在Zygote孵化出system_server进程后，在system_server进程中出初始化支持整个Android framework的各种各样的Service，而这些Service从大的方向来划分，分为Java层Framework和Native Framework层(C++)的Service，几乎都是基于BInder IPC机制。

1. Java framework：作为Server端继承(或间接继承)于Binder类，Client端继承(或间接继承)于BinderProxy类。例如 ActivityManagerService(用于控制Activity、Service、进程等) 这个服务作为Server端，间接继承Binder类，而相应的ActivityManager作为Client端，间接继承于BinderProxy类。 当然还有PackageManagerService、WindowManagerService等等很多系统服务都是采用C/S架构；
   
2. Native Framework层：这是C++层，作为Server端继承(或间接继承)于BBinder类，Client端继承(或间接继承)于BpBinder。例如MediaPlayService(用于多媒体相关)作为Server端，继承于BBinder类，而相应的MediaPlay作为Client端，间接继承于BpBinder类。
   

总之，一句话"无Binder不Android"。

本来想从Binder源码技术的角度，分析Binder如何做到的，发现不知不觉就写了这么多，对于实现原理有兴趣，查看我的个人博客。通过Google搜索关键字 “Binder系列”，第一个出现的便是我的博客 老域名(域名已经释放了，听读者被重定向带色的网站了)，上一张 Google搜索结果的截图：

为了便于传播与记忆，刚刚申请了新域名gityuan(与我的微博、知乎ID同名)，个人博客由xxx(匿了)迁移到新域名 http://Gityuan.com，由于不擅长SEO，网站的google权重降低，更新时间 2016.03.27。

有网友建议，放上Binder系列的连接：Binder系列—开篇。 更新时间2016.04.09

最后的最后：

朋友推荐来知乎这边回答网友的问题，涨涨人气，我也是拼了，第一次这么长篇大论的回答知乎的问题，感觉没说清楚，修订了一遍又一遍，如果大家觉得我回答得还行，还请大家随手 点赞、关注、收藏，如果觉得说得不好的，还往评论指正。 若能得到大家的肯定，那也不枉费花时间敲打这么多文字，在这里 Gityuan先谢谢大家。

==========> 我的微博：Gityuan
==========> 我微信公众号： Gityuan

之前一直在埋头做技术，最近刚刚开通微信、微博，后面会有更多的干货分享，欢迎大家关注，谢谢！！

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关于我是如何学习Android，可以查看我的另一篇知乎文章： 如何自学Android？

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