Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析

作者:罗升阳 时间:2021-12-31 21:49:14 

        在前面几篇文章中,我们详细介绍了Android系统进程间通信机制Binder的原理,并且深入分析了系统提供的Binder运行库和驱动程序的源代码。细心的读者会发现,这几篇文章分析的Binder接口都是基于C/C++语言来实现的,但是我们在编写应用程序都是基于Java语言的,那么,我们如何使用Java语言来使用系统的Binder机制来进行进程间通信呢?这就是本文要介绍的Android系统应用程序框架层的用Java语言来实现的Binder接口了。

       熟悉Android系统的读者,应该能想到应用程序框架中的基于Java语言的Binder接口是通过JNI来调用基于C/C++语言的Binder运行库来为Java应用程序提供进程间通信服务的了。JNI在Android系统中用得相当普遍,SDK中的Java接口API很多只是简单地通过JNI来调用底层的C/C++运行库从而为应用程序服务的。

       这里,我们仍然是通过具体的例子来说明Binder机制在应用程序框架层中的Java接口,主要就是Service Manager、Server和Client这三个角色的实现了。通常,在应用程序中,我们都是把Server实现为Service的形式,并且通过IServiceManager.addService接口来把这个Service添加到Service Manager,Client也是通过IServiceManager.getService接口来获得Service接口,接着就可以使用这个Service提供的功能了,这个与运行时库的Binder接口是一致的。

       前面我们学习Android硬件抽象层时,曾经在应用程序框架层中提供了一个硬件访问服务HelloService,这个Service运行在一个独立的进程中充当Server的角色,使用这个Service的Client运行在另一个进程中,它们之间就是通过Binder机制来通信的了。这里,我们就使用HelloService这个例子来分析Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码。所以希望读者在阅读下面的内容之前,先了解一下前面在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务这篇文章。

       这篇文章通过五个情景来学习Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口:1. 获取Service Manager的Java远程接口的过程;2. HelloService接口的定义;3. HelloService的启动过程;4. Client获取HelloService的Java远程接口的过程;5.  Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程。

       一.  获取Service Manager的Java远程接口

       我们要获取的Service Manager的Java远程接口是一个ServiceManagerProxy对象的IServiceManager接口。我们现在就来看看ServiceManagerProxy类是长什么样子的:

Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析

         这里可以看出,ServiceManagerProxy类实现了IServiceManager接口,IServiceManager提供了getService和addService两个成员函数来管理系统中的Service。从ServiceManagerProxy类的构造函数可以看出,它需要一个BinderProxy对象的IBinder接口来作为参数。因此,要获取Service Manager的Java远程接口ServiceManagerProxy,首先要有一个BinderProxy对象。下面将会看到这个BinderProxy对象是如何获得的。

         再来看一下是通过什么路径来获取Service Manager的Java远程接口ServiceManagerProxy的。这个主角就是ServiceManager了,我们也先看一下ServiceManager是长什么样子的:

Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析

        ServiceManager类有一个静态成员函数getIServiceManager,它的作用就是用来获取Service Manager的Java远程接口了,而这个函数又是通过ServiceManagerNative来获取Service Manager的Java远程接口的。

        接下来,我们就看一下ServiceManager.getIServiceManager这个函数的实现,这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java文件中:


public final class ServiceManager {
 ......
 private static IServiceManager sServiceManager;
 ......
 private static IServiceManager getIServiceManager() {
   if (sServiceManager != null) {
     return sServiceManager;
   }

// Find the service manager
   sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());
   return sServiceManager;
 }
 ......
}

        如果其静态成员变量sServiceManager尚未创建,那么就调用ServiceManagerNative.asInterface函数来创建。在调用ServiceManagerNative.asInterface函数之前,首先要通过BinderInternal.getContextObject函数来获得一个BinderProxy对象。

        我们来看一下BinderInternal.getContextObject的实现,这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/BinderInternal.java文件中:


public class BinderInternal {
 ......
 /**
 * Return the global "context object" of the system. This is usually
 * an implementation of IServiceManager, which you can use to find
 * other services.
 */
 public static final native IBinder getContextObject();

......
}

        这里可以看出,BinderInternal.getContextObject是一个JNI方法,它实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中:


static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
 sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);
 return javaObjectForIBinder(env, b);
}

       这里看到我们熟悉的ProcessState::self()->getContextObject函数,具体可以参考浅谈Android系统进程间通信(IPC)机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路一文。ProcessState::self()->getContextObject函数返回一个BpBinder对象,它的句柄值是0,即下面语句:
              sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);  

       相当于是: 

               sp<IBinder> b = new BpBinder(0);  

       接着调用javaObjectForIBinder把这个BpBinder对象转换成一个BinderProxy对象:


jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
 if (val == NULL) return NULL;

if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {
   // One of our own!
   jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();
   //printf("objectForBinder %p: it's our own %p!\n", val.get(), object);
   return object;
 }

// For the rest of the function we will hold this lock, to serialize
 // looking/creation of Java proxies for native Binder proxies.
 AutoMutex _l(mProxyLock);

// Someone else's... do we know about it?
 jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);
 if (object != NULL) {
   jobject res = env->CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet);
   if (res != NULL) {
     LOGV("objectForBinder %p: found existing %p!\n", val.get(), res);
     return res;
   }
   LOGV("Proxy object %p of IBinder %p no longer in working set!!!", object, val.get());
   android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);
   val->detachObject(&gBinderProxyOffsets);
   env->DeleteGlobalRef(object);
 }

object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor);
 if (object != NULL) {
   LOGV("objectForBinder %p: created new %p!\n", val.get(), object);
   // The proxy holds a reference to the native object.
   env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get());
   val->incStrong(object);

// The native object needs to hold a weak reference back to the
   // proxy, so we can retrieve the same proxy if it is still active.
   jobject refObject = env->NewGlobalRef(
       env->GetObjectField(object, gBinderProxyOffsets.mSelf));
   val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,
       jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);

// Note that a new object reference has been created.
   android_atomic_inc(&gNumProxyRefs);
   incRefsCreated(env);
 }

return object;
}

        在介绍这个函数之前,先来看两个变量gBinderOffsets和gBinderProxyOffsets的定义。

        先看gBinderOffsets的定义:


static struct bindernative_offsets_t
{
 // Class state.
 jclass mClass;
 jmethodID mExecTransact;

// Object state.
 jfieldID mObject;

} gBinderOffsets;

       简单来说,gBinderOffsets变量是用来记录上面第二个类图中的Binder类的相关信息的,它是在注册Binder类的JNI方法的int_register_android_os_Binder函数初始化的:


const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";

static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
 jclass clazz;

clazz = env->FindClass(kBinderPathName);
 LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.Binder");

gBinderOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
 gBinderOffsets.mExecTransact
   = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z");
 assert(gBinderOffsets.mExecTransact);

gBinderOffsets.mObject
   = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I");
 assert(gBinderOffsets.mObject);

return AndroidRuntime::registerNativeMethods(
   env, kBinderPathName,
   gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods));
}

       再来看gBinderProxyOffsets的定义:


static struct binderproxy_offsets_t
{
 // Class state.
 jclass mClass;
 jmethodID mConstructor;
 jmethodID mSendDeathNotice;

// Object state.
 jfieldID mObject;
 jfieldID mSelf;

} gBinderProxyOffsets;

       简单来说,gBinderProxyOffsets是用来变量是用来记录上面第一个图中的BinderProxy类的相关信息的,它是在注册BinderProxy类的JNI方法的int_register_android_os_BinderProxy函数初始化的:


const char* const kBinderProxyPathName = "android/os/BinderProxy";

static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)
{
 jclass clazz;

clazz = env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");
 LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.ref.WeakReference");
 gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
 gWeakReferenceOffsets.mGet
   = env->GetMethodID(clazz, "get", "()Ljava/lang/Object;");
 assert(gWeakReferenceOffsets.mGet);

clazz = env->FindClass("java/lang/Error");
 LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.Error");
 gErrorOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);

clazz = env->FindClass(kBinderProxyPathName);
 LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.BinderProxy");

gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
 gBinderProxyOffsets.mConstructor
   = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");
 assert(gBinderProxyOffsets.mConstructor);
 gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice
   = env->GetStaticMethodID(clazz, "sendDeathNotice", "(Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;)V");
 assert(gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice);

gBinderProxyOffsets.mObject
   = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I");
 assert(gBinderProxyOffsets.mObject);
 gBinderProxyOffsets.mSelf
   = env->GetFieldID(clazz, "mSelf", "Ljava/lang/ref/WeakReference;");
 assert(gBinderProxyOffsets.mSelf);

return AndroidRuntime::registerNativeMethods(
   env, kBinderProxyPathName,
   gBinderProxyMethods, NELEM(gBinderProxyMethods));
}

        回到前面的javaObjectForIBinder函数中,下面这段代码:


if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {
 // One of our own!
 jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();
 //printf("objectForBinder %p: it's our own %p!\n", val.get(), object);
 return object;
}

        前面说过,这里传进来的参数是一个BpBinder的指针,而BpBinder::checkSubclass继承于父类IBinder::checkSubclass,它什么也不做就返回false。

        于是函数继续往下执行:

                    jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);  

       由于这个BpBinder对象是第一创建,它里面什么对象也没有,因此,这里返回的object为NULL。

        于是函数又继续往下执行:

              object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor);  

        这里,就创建了一个BinderProxy对象了。创建了之后,要把这个BpBinder对象和这个BinderProxy对象关联起来:

                   env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get());  

        就是通过BinderProxy.mObject成员变量来关联的了,BinderProxy.mObject成员变量记录了这个BpBinder对象的地址。

        接下去,还要把它放到BpBinder里面去,下次就要使用时,就可以在上一步调用BpBinder::findObj把它找回来了:

               val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject, 
                jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);  

        最后,就把这个BinderProxy返回到android_os_BinderInternal_getContextObject函数,最终返回到最开始的ServiceManager.getIServiceManager函数中来了,于是,我们就获得一个BinderProxy对象了。

        回到ServiceManager.getIServiceManager中,从下面语句返回:

                sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());  

        相当于是:

                 sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(new BinderProxy());  

       接下去就是调用ServiceManagerNative.asInterface函数了,这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java文件中:


public abstract class ServiceManagerNative ......
{
 ......
 static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)
 {
   if (obj == null) {
     return null;
   }
   IServiceManager in =
     (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);
   if (in != null) {
     return in;
   }

return new ServiceManagerProxy(obj);
 }
 ......
}

       这里的参数obj是一个BinderProxy对象,它的queryLocalInterface函数返回null。因此,最终以这个BinderProxy对象为参数创建一个ServiceManagerProxy对象。

       返回到ServiceManager.getIServiceManager中,从下面语句返回:

                  sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(new BinderProxy());  

       就相当于是:

                  sServiceManager = new ServiceManagerProxy(new BinderProxy());  

      于是,我们的目标终于完成了。

      总结一下,就是在Java层,我们拥有了一个Service Manager远程接口ServiceManagerProxy,而这个ServiceManagerProxy对象在JNI层有一个句柄值为0的BpBinder对象与之通过gBinderProxyOffsets关联起来。

      这样获取Service Manager的Java远程接口的过程就完成了。

      二. HelloService接口的定义

      前面我们在学习Android系统的硬件抽象层(HAL)时,在在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务这篇文章中,我们编写了一个硬件服务HelloService,它的服务接口定义在frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl文件中:


package android.os;

interface IHelloService
{
 void setVal(int val);
 int getVal();
}

       这个服务接口很简单,只有两个函数,分别用来读写硬件寄存器。

       注意,这是一个aidl文件,编译后会生成一个IHelloService.java。我们来看一下这个文件的内容隐藏着什么奥秘,可以这么神奇地支持进程间通信。


/*
* This file is auto-generated. DO NOT MODIFY.
* Original file: frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl
*/
package android.os;
public interface IHelloService extends android.os.IInterface
{
 /** Local-side IPC implementation stub class. */
 public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService
 {
   private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "android.os.IHelloService";
   /** Construct the stub at attach it to the interface. */
   public Stub()
   {
     this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
   }

/**
   * Cast an IBinder object into an android.os.IHelloService interface,
   * generating a proxy if needed.
   */
   public static android.os.IHelloService asInterface(android.os.IBinder obj)
   {
     if ((obj==null)) {
       return null;
     }
     android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
     if (((iin!=null)&&(iin instanceof android.os.IHelloService))) {
       return ((android.os.IHelloService)iin);
     }
     return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj);
   }

public android.os.IBinder asBinder()
   {
     return this;
   }

@Override  
   public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
   {
     switch (code)
     {
       case INTERFACE_TRANSACTION:
       {
         reply.writeString(DESCRIPTOR);
         return true;
       }
       case TRANSACTION_setVal:
       {
         data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
         int _arg0;
         _arg0 = data.readInt();
         this.setVal(_arg0);
         reply.writeNoException();
         return true;
       }
       case TRANSACTION_getVal:
       {
         data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
         int _result = this.getVal();
         reply.writeNoException();
         reply.writeInt(_result);
         return true;
       }
     }
     return super.onTransact(code, data, reply, flags);
   }

private static class Proxy implements android.os.IHelloService
   {
     private android.os.IBinder mRemote;

Proxy(android.os.IBinder remote)
     {
       mRemote = remote;
     }

public android.os.IBinder asBinder()
     {
       return mRemote;
     }

public java.lang.String getInterfaceDescriptor()
     {
       return DESCRIPTOR;
     }

public void setVal(int val) throws android.os.RemoteException
     {
       android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
       android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
       try {
         _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
         _data.writeInt(val);
         mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_setVal, _data, _reply, 0);
         _reply.readException();
       }
       finally {
         _reply.recycle();
         _data.recycle();
       }
     }

public int getVal() throws android.os.RemoteException
     {
       android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
       android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
       int _result;
       try {
         _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
         mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply, 0);
         _reply.readException();
         _result = _reply.readInt();
       }
       finally {
         _reply.recycle();
         _data.recycle();
       }
       return _result;
     }
   }

static final int TRANSACTION_setVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
   static final int TRANSACTION_getVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
 }

public void setVal(int val) throws android.os.RemoteException;
 public int getVal() throws android.os.RemoteException;
}

        这里我们可以看到IHelloService.aidl这个文件编译后的真面目,原来就是根据IHelloService接口的定义生成相应的Stub和Proxy类,这个就是我们熟悉的Binder机制的内容了,即实现这个HelloService的Server必须继续于这里的IHelloService.Stub类,而这个HelloService的远程接口就是这里的IHelloService.Stub.Proxy对象获得的IHelloService接口。接下来的内容,我们就可以看到IHelloService.Stub和IHelloService.Stub.Proxy是怎么创建或者使用的。

        三. HelloService的启动过程

        在讨论HelloService的启动过程之前,我们先来看一下实现HelloService接口的Server是怎么定义的。

        回忆在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务一文,我们在frameworks/base/services/java/com/android/server目录下新增了一个HelloService.java文件:


package com.android.server;

import android.content.Context;
import android.os.IHelloService;
import android.util.Slog;

public class HelloService extends IHelloService.Stub {
 private static final String TAG = "HelloService";

HelloService() {
   init_native();
 }

public void setVal(int val) {
   setVal_native(val);
 }  

public int getVal() {
   return getVal_native();
 }

private static native boolean init_native();
   private static native void setVal_native(int val);
 private static native int getVal_native();
}

        这里,我们可以看到,HelloService继续了IHelloService.Stub类,它通过本地方法调用实现了getVal和setVal两个函数。我们不关心这两个函数的具体实现,有兴趣的读者可以参考在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务一文。

        有了HelloService这个Server类后,下一步就是考虑怎么样把它启动起来了。在frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java文件中,定义了SystemServer类。SystemServer对象是在系统启动的时候创建的,它被创建的时候会启动一个线程来创建HelloService,并且把它添加到Service Manager中去。

       我们来看一下这部份的代码:


class ServerThread extends Thread {
 ......

@Override
 public void run() {

......

Looper.prepare();

......

try {
     Slog.i(TAG, "Hello Service");
     ServiceManager.addService("hello", new HelloService());
   } catch (Throwable e) {
     Slog.e(TAG, "Failure starting Hello Service", e);
   }

......

Looper.loop();

......
 }
}

......

public class SystemServer
{
 ......

/**
 * This method is called from Zygote to initialize the system. This will cause the native
 * services (SurfaceFlinger, AudioFlinger, etc..) to be started. After that it will call back
 * up into init2() to start the Android services.
 */
 native public static void init1(String[] args);

......

public static final void init2() {
   Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");
   Thread thr = new ServerThread();
   thr.setName("android.server.ServerThread");
   thr.start();
 }
 ......
}

        这里,我们可以看到,在ServerThread.run函数中,执行了下面代码把HelloService添加到Service Manager中去。这里我们关注把HelloService添加到Service Manager中去的代码:


try {
 Slog.i(TAG, "Hello Service");
 ServiceManager.addService("hello", new HelloService());
} catch (Throwable e) {
 Slog.e(TAG, "Failure starting Hello Service", e);
}

         通过调用ServiceManager.addService把一个HelloService实例添加到Service Manager中去。

         我们先来看一下HelloService的创建过程:

                      new HelloService();  

         这个语句会调用HelloService类的构造函数,而HelloService类继承于IHelloService.Stub类,IHelloService.Stub类又继承了Binder类,因此,最后会调用Binder类的构造函数:


public class Binder implements IBinder {
 ......

private int mObject;

......

public Binder() {
   init();
   ......
 }

private native final void init();

......
}

        这里调用了一个JNI方法init来初始化这个Binder对象,这个JNI方法定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中:


static void android_os_Binder_init(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
 JavaBBinderHolder* jbh = new JavaBBinderHolder(env, clazz);
 if (jbh == NULL) {
   jniThrowException(env, "java/lang/OutOfMemoryError", NULL);
   return;
 }
 LOGV("Java Binder %p: acquiring first ref on holder %p", clazz, jbh);
 jbh->incStrong(clazz);
 env->SetIntField(clazz, gBinderOffsets.mObject, (int)jbh);
}

        它实际上只做了一件事情,就是创建一个JavaBBinderHolder对象jbh,然后把这个对象的地址保存在上面的Binder类的mObject成员变量中,后面我们会用到。

        回到ServerThread.run函数中,我们再来看一下ServiceManager.addService函数的实现:


public final class ServiceManager {
 ......

private static IServiceManager sServiceManager;

......

public static void addService(String name, IBinder service) {
   try {
     getIServiceManager().addService(name, service);
   } catch (RemoteException e) {
     Log.e(TAG, "error in addService", e);
   }
 }

......

}

         这里的getIServiceManager函数我们在前面已经分析过了,它返回的是一个ServiceManagerProxy对象的IServiceManager接口。因此,我们进入到ServiceManagerProxy.addService中去看看:


class ServiceManagerProxy implements IServiceManager {
 public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {
   mRemote = remote;
 }

......

public void addService(String name, IBinder service)
   throws RemoteException {
     Parcel data = Parcel.obtain();
     Parcel reply = Parcel.obtain();
     data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
     data.writeString(name);
     data.writeStrongBinder(service);
     mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
     reply.recycle();
     data.recycle();
 }

......

private IBinder mRemote;
}

       这里的Parcel类是用Java来实现的,它跟我们前面几篇文章介绍Binder机制时提到的用C++实现的Parcel类的作用是一样的,即用来在两个进程之间传递数据。

       这里我们关注是如何把参数service写到data这个Parcel对象中去的:

                            data.writeStrongBinder(service);  

      我们来看看Parcel.writeStrongBinder函数的实现:


public final class Parcel {
 ......

/**
 * Write an object into the parcel at the current dataPosition(),
 * growing dataCapacity() if needed.
 */
 public final native void writeStrongBinder(IBinder val);

......
}

        这里的writeStrongBinder函数又是一个JNI方法,它定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中:


static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject object)
{
 Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz);
 if (parcel != NULL) {
   const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));
   if (err != NO_ERROR) {
     jniThrowException(env, "java/lang/OutOfMemoryError", NULL);
   }
 }
}

       这里的clazz参数是一个Java语言实现的Parcel对象,通过parcelForJavaObject把它转换成C++语言实现的Parcel对象。这个函数的实现我们就不看了,有兴趣的读者可以研究一下,这个函数也是实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp这个文件中。

       这里的object参数是一个Java语言实现的Binder对象,在调用C++语言实现的Parcel::writeStrongBinder把这个对象写入到parcel对象时,首先通过ibinderForJavaObject函数把这个Java语言实现的Binder对象转换为C++语言实现的JavaBBinderHolder对象:


sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj)
{
 if (obj == NULL) return NULL;

if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {
   JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*)
     env->GetIntField(obj, gBinderOffsets.mObject);
   return jbh != NULL ? jbh->get(env) : NULL;
 }

if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {
   return (IBinder*)
     env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
 }

LOGW("ibinderForJavaObject: %p is not a Binder object", obj);
 return NULL;
}

         我们知道,这里的obj参数是一个Binder类的实例,因此,这里会进入到第一个if语句中去。

         在前面创建HelloService对象,曾经在调用到HelloService的父类Binder中,曾经在JNI层创建了一个JavaBBinderHolder对象,然后把这个对象的地址保存在Binder类的mObject成员变量中,因此,这里把obj对象的mObject成员变量强制转为JavaBBinderHolder对象。

         到了这里,这个函数的功课还未完成,还剩下最后关键的一步:

                        return jbh != NULL ? jbh->get(env) : NULL;  

        这里就是jbh->get这个语句了。

        在JavaBBinderHolder类中,有一个成员变量mBinder,它的类型为JavaBBinder,而JavaBBinder类继承于BBinder类。在前面学习Binder机制的C++语言实现时,我们在Android系统进程间通信(IPC)机制Binder中的Server启动过程源代码分析这篇文章中,曾经介绍过,IPCThreadState类负责与Binder驱动程序进行交互,它把从Binder驱动程序读出来的请求作简单的处理后,最后把这个请求扔给BBinder的onTransact函数来进一步处理。

        这里,我们就是要把JavaBBinderHolder里面的JavaBBinder类型Binder实体添加到Service Manager中去,以便使得这个HelloService有Client来请求服务时,由Binder驱动程序来唤醒这个Server线程,进而调用这个JavaBBinder类型Binder实体的onTransact函数来进一步处理,这个函数我们在后面会继续介绍。

       先来看一下JavaBBinderHolder::get函数的实现:


class JavaBBinderHolder : public RefBase
{
 ......

JavaBBinderHolder(JNIEnv* env, jobject object)
   : mObject(object)
 {
   ......
 }

......

sp<JavaBBinder> get(JNIEnv* env)
 {
   AutoMutex _l(mLock);
   sp<JavaBBinder> b = mBinder.promote();
   if (b == NULL) {
     b = new JavaBBinder(env, mObject);
     mBinder = b;
     ......
   }

return b;
 }

......

jobject     mObject;
 wp<JavaBBinder> mBinder;
};

       这里是第一次调用get函数,因此,会创建一个JavaBBinder对象,并且保存在mBinder成员变量中。注意,这里的mObject就是上面创建的HelloService对象了,这是一个Java对象。这个HelloService对象最终也会保存在JavaBBinder对象的成员变量mObject中。

       回到android_os_Parcel_writeStrongBinder函数中,下面这个语句:

                    const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));  

       相当于是:

                    const status_t err = parcel->writeStrongBinder((JavaBBinderHodler*)(obj.mObject));  

       因此,这里的效果相当于是写入了一个JavaBBinder类型的Binder实体到parcel中去。这与我们前面介绍的Binder机制的C++实现是一致的。

       接着,再回到ServiceManagerProxy.addService这个函数中,最后它通过其成员变量mRemote来执行进程间通信操作。前面我们在介绍如何获取Service Manager远程接口时提到,这里的mRemote成员变量实际上是一个BinderProxy对象,因此,我们再来看看BinderProxy.transact函数的实现:


final class BinderProxy implements IBinder {
 ......

public native boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,
               int flags) throws RemoteException;

......
}

       这里的transact成员函数又是一个JNI方法,它定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中:


static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
           jint code, jobject dataObj,
           jobject replyObj, jint flags)
{
 ......

Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);
 if (data == NULL) {
   return JNI_FALSE;
 }
 Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);
 if (reply == NULL && replyObj != NULL) {
   return JNI_FALSE;
 }

IBinder* target = (IBinder*)
   env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
 if (target == NULL) {
   jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!");
   return JNI_FALSE;
 }

......

status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);

......

if (err == NO_ERROR) {
   return JNI_TRUE;
 } else if (err == UNKNOWN_TRANSACTION) {
   return JNI_FALSE;
 }

signalExceptionForError(env, obj, err);
 return JNI_FALSE;
}

        这里传进来的参数dataObj和replyObj是一个Java接口实现的Parcel类,由于这里是JNI层,需要把它转换为C++实现的Parcel类,它们就是通过我们前面说的parcelForJavaObject函数进行转换的。

        前面我们在分析如何获取Service Manager远程接口时,曾经说到,在JNI层中,创建了一个BpBinder对象,它的句柄值为0,它的地址保存在gBinderProxyOffsets.mObject中,因此,这里通过下面语句得到这个BpBinder对象的IBinder接口:

                   IBinder* target = (IBinder*) 
                   env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);  

        有了这个IBinder接口后,就和我们前面几篇文章介绍Binder机制的C/C++实现一致了。

        最后,通过BpBinder::transact函数进入到Binder驱动程序,然后Binder驱动程序唤醒Service Manager响应这个ADD_SERVICE_TRANSACTION请求:

                   status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);  

       具体可以参考Android系统进程间通信(IPC)机制Binder中的Server启动过程源代码分析一文。需要注意的是,这里的data包含了一个JavaBBinderHolder类型的Binder实体对象,它就代表了我们上面创建的HelloService。Service Manager收到这个ADD_SERVICE_TRANSACTION请求时,就会把这个Binder实体纳入到自己内部进行管理。

       这样,实现HelloService的Server的启动过程就完成了。

       四. Client获取HelloService的Java远程接口的过程

        前面我们在学习Android系统硬件抽象层(HAL)时,在在Ubuntu上为Android系统内置Java应用程序测试Application Frameworks层的硬件服务这篇文章中,我们创建了一个应用程序,这个应用程序作为一个Client角色,借助Service Manager这个Java远程接口来获得HelloService的远程接口,进而调用HelloService提供的服务。

        我们看看它是如何借助Service Manager这个Java远程接口来获得HelloService的远程接口的。在Hello这个Activity的onCreate函数,通过IServiceManager.getService函数来获得HelloService的远程接口:


public class Hello extends Activity implements OnClickListener {  
 ......  

private IHelloService helloService = null;  

......

@Override  
 public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  

helloService = IHelloService.Stub.asInterface(  
             ServiceManager.getService("hello"));
 }

......
}

        我们先来看ServiceManager.getService的实现。前面我们说过,这里实际上是调用了ServiceManagerProxy.getService函数:


class ServiceManagerProxy implements IServiceManager {
 public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {
   mRemote = remote;
 }

......

public IBinder getService(String name) throws RemoteException {
   Parcel data = Parcel.obtain();
   Parcel reply = Parcel.obtain();
   data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
   data.writeString(name);
   mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
   IBinder binder = reply.readStrongBinder();
   reply.recycle();
   data.recycle();
   return binder;
 }

......

private IBinder mRemote;
}

         最终通过mRemote.transact来执行实际操作。我们在前面已经介绍过了,这里的mRemote实际上是一个BinderProxy对象,它的transact成员函数是一个JNI方法,实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中的android_os_BinderProxy_transact函数中。

        这个函数前面我们已经看到了,这里就不再列出来了。不过,当这个函数从:

                     status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);  

       这里的reply变量里面就包括了一个HelloService的引用了。注意,这里的reply变量就是我们在ServiceManagerProxy.getService函数里面传进来的参数reply,它是一个Parcel对象。

       回到ServiceManagerProxy.getService函数中,从下面语句返回:

                 mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);  

       接着,就通过下面语句将这个HelloService的引用读出来:

                       IBinder binder = reply.readStrongBinder();  

       我们看看Parcel.readStrongBinder的实现:


public final class Parcel {
 ......

/**
 * Read an object from the parcel at the current dataPosition().
 */
 public final native IBinder readStrongBinder();

......
}

        它也是一个JNI方法,实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中:


static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
 Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz);
 if (parcel != NULL) {
   return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());
 }
 return NULL;
}

       这里首先把Java语言实现的Parcel对象class转换成C++语言实现的Parcel对象parcel,接着,通过parcel->readStrongBinder函数来获得一个Binder引用。

       我们在前面学习Binder机制时,在Android系统进程间通信(IPC)机制Binder中的Client获得Server远程接口过程源代码分析这篇文章中,曾经分析过这个函数,它最终返回来的是一个BpBinder对象,因此,下面的语句:

               return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());  

       就相当于是:

              return javaObjectForIBinder(env, new BpBinder(handle));  

       这里的handle就是HelloService这个Binder实体在Client进程中的句柄了,它是由Binder驱动程序设置的,上层不用关心它的值具体是多少。至于javaObjectForIBinder这个函数,我们前面介绍如何获取Service Manager的Java远程接口时已经有详细介绍,这里就不累述了,它的作用就是创建一个BinderProxy对象,并且把刚才获得的BpBinder对象的地址保存在这个BinderProxy对象的mObject成员变量中。

       最后返回到Hello.onCreate函数中,从下面语句返回:

                       helloService = IHelloService.Stub.asInterface( ServiceManager.getService("hello"));  

      就相当于是:

                      helloService = IHelloService.Stub.asInterface(new BinderProxy()));  

      回忆一下前面介绍IHelloService接口的定义时,IHelloService.Stub.asInterface是这样定义的:


public interface IHelloService extends android.os.IInterface
{
 /** Local-side IPC implementation stub class. */
 public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService
 {
   ......

public static android.os.IHelloService asInterface(android.os.IBinder obj)
   {
     if ((obj==null)) {
       return null;
     }
     android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
     if (((iin!=null)&&(iin instanceof android.os.IHelloService))) {
       return ((android.os.IHelloService)iin);
     }
     return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj);
   }

......
 }
}

        这里的obj是一个BinderProxy对象,它的queryLocalInterface返回null,于是调用下面语句获得HelloService的远程接口:

                    return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj);  

        相当于是:

                     return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(new BinderProxy());  

        这样,我们就获得了HelloService的远程接口了,它实质上是一个实现了IHelloService接口的IHelloService.Stub.Proxy对象。

        五. Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程

        上面介绍的Hello这个Activity获得了HelloService的远程接口后,就可以使用它的服务了。

        我们以使用IHelloService.getVal函数为例详细说明。在Hello::onClick函数中调用了IHelloService.getVal函数:


public class Hello extends Activity implements OnClickListener {
 ......

@Override
 public void onClick(View v) {
   if(v.equals(readButton)) {
     int val = helloService.getVal();  
     ......
   }
   else if(v.equals(writeButton)) {
     ......
   }
   else if(v.equals(clearButton)) {
     ......
   }
 }

......
}

        通知前面的分析,我们知道,这里的helloService接口实际上是一个IHelloService.Stub.Proxy对象,因此,我们进入到IHelloService.Stub.Proxy类的getVal函数中:


public interface IHelloService extends android.os.IInterface
{
 /** Local-side IPC implementation stub class. */
 public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService
 {

......

private static class Proxy implements android.os.IHelloService
   {
     private android.os.IBinder mRemote;

......

public int getVal() throws android.os.RemoteException
     {
       android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
       android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
       int _result;
       try {
         _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
         mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply, 0);
         _reply.readException();
         _result = _reply.readInt();
       }
       finally {
         _reply.recycle();
         _data.recycle();
       }
       return _result;
     }
   }

......
   static final int TRANSACTION_getVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);
 }

......
}

        这里我们可以看出,实际上是通过mRemote.transact来请求HelloService执行TRANSACTION_getVal操作。这里的mRemote是一个BinderProxy对象,这是我们在前面获取HelloService的Java远程接口的过程中创建的。

        BinderProxy.transact函数是一个JNI方法,我们在前面已经介绍过了,这里不再累述。最过调用到Binder驱动程序,Binder驱动程序唤醒HelloService这个Server。前面我们在介绍HelloService的启动过程时,曾经提到,HelloService这个Server线程被唤醒之后,就会调用JavaBBinder类的onTransact函数:


class JavaBBinder : public BBinder
{
 JavaBBinder(JNIEnv* env, jobject object)
   : mVM(jnienv_to_javavm(env)), mObject(env->NewGlobalRef(object))
 {
   ......
 }

......

virtual status_t onTransact(
   uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0)
 {
   JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);

......

jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,
     code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags);

......

return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;
 }

......

JavaVM* const  mVM;
 jobject const  mObject;
};

         前面我们在介绍HelloService的启动过程时,曾经介绍过,JavaBBinder类里面的成员变量mObject就是HelloService类的一个实例对象了。因此,这里通过语句:

             jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact, 
            code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags);  

         就调用了HelloService.execTransact函数,而HelloService.execTransact函数继承了Binder类的execTransact函数:


public class Binder implements IBinder {
 ......

// Entry point from android_util_Binder.cpp's onTransact
 private boolean execTransact(int code, int dataObj, int replyObj, int flags) {
   Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);
   Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);
   // theoretically, we should call transact, which will call onTransact,
   // but all that does is rewind it, and we just got these from an IPC,
   // so we'll just call it directly.
   boolean res;
   try {
     res = onTransact(code, data, reply, flags);
   } catch (RemoteException e) {
     reply.writeException(e);
     res = true;
   } catch (RuntimeException e) {
     reply.writeException(e);
     res = true;
   } catch (OutOfMemoryError e) {
     RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e);
     reply.writeException(re);
     res = true;
   }
   reply.recycle();
   data.recycle();
   return res;
 }
}

         这里又调用了onTransact函数来作进一步处理。由于HelloService类继承了IHelloService.Stub类,而IHelloService.Stub类实现了onTransact函数,HelloService类没有实现,因此,最终调用了IHelloService.Stub.onTransact函数:


public interface IHelloService extends android.os.IInterface
{
 /** Local-side IPC implementation stub class. */
 public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService
 {
   ......

@Override  
   public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
   {
     switch (code)
     {
     ......
     case TRANSACTION_getVal:
       {
         data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
         int _result = this.getVal();
         reply.writeNoException();
         reply.writeInt(_result);
         return true;
       }
     }
     return super.onTransact(code, data, reply, flags);
   }

......

}
}

         函数最终又调用了HelloService.getVal函数:


public class HelloService extends IHelloService.Stub {
 ......

public int getVal() {
   return getVal_native();
 }

......
 private static native int getVal_native();
}

       最终,经过层层返回,就回到IHelloService.Stub.Proxy.getVal函数中来了,从下面语句返回:

                  mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply, 0);  

       并将结果读出来:

                    _result = _reply.readInt();  

       最后将这个结果返回到Hello.onClick函数中。

       这样,Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程就介绍完了。

       至此,Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析也完成了,整个Binder机制的学习就结束了。

       重新学习Android系统进程间通信Binder机制,请回到Android进程间通信(IPC)机制Binder简要介绍和学习计划一文。

标签:Android,Binder机制,Java接口
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