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

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:

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:

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。

以上就是Android 系统进程通信Binder 机制Java接口的源码分析,谢谢大家对本站的支持,后续继续补充相关知识!

时间: 2016-08-28

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