- Binder原理
- Android框架层
本文首发于微信公众号「后厂技术官」
前言
在Android Binder原理（三）系统服务的注册过程这篇文章中，我介绍的是Native Binder中的系统服务的注册过程，这一过程的核心是ServiceManager，而在Java Binder中，也有一个ServiceManager，只不过这个ServiceManager是Java文件。 既然要将系统服务注册到ServiceManager，那么需要选择一个系统服务为例，这里以常见的AMS为例。
1.将AMS注册到ServiceManager
在AMS的setSystemProcess方法中，会调用ServiceManager的addService方法，如下所示。 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
public void setSystemProcess() {
try {
ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, /* allowIsolated= */ true,
DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PRIORITY_NORMAL | DUMP_FLAG_PROTO);//1
....
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to find android system package", e);
}
...
}注释1处的Context.ACTIVITY_SERVICE的值为"activity"，作用就是将AMS注册到ServiceManager中。接着来看
ServiceManager的addService方法。
frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java
public static void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated,
int dumpPriority) {
try {
getIServiceManager().addService(name, service, allowIsolated, dumpPriority);
} catch (RemoteException e) {
Log.e(TAG, "error in addService", e);
}
}主要分析getIServiceManager方法返回的是什么，代码如下所示。 frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java
private static IServiceManager getIServiceManager() {
if (sServiceManager != null) {
return sServiceManager;
}
sServiceManager = ServiceManagerNative
.asInterface(Binder.allowBlocking(BinderInternal.getContextObject()));
return sServiceManager;
}讲到这里，已经积累了几个点需要分析，分别是：
- BinderInternal.getContextObject()
- ServiceManagerNative.asInterface()
- getIServiceManager().addService()
现在我们来各个击破它们。
1.1 BinderInternal.getContextObject()
Binder.allowBlocking的作用是将BinderProxy的sWarnOnBlocking值置为false。主要来分析BinderInternal.getContextObject()做了什么，这个方法是一个Native方法，找到它对应的函数： frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
static const JNINativeMethod gBinderInternalMethods[] = {
{ "getContextObject", "()Landroid/os/IBinder;", (void*)android_os_BinderInternal_getContextObject },
...
};对应的函数为android_os_BinderInternal_getContextObject： frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);//1
return javaObjectForIBinder(env, b);
}ProcessState::self()的作用是创建ProcessState，注释1处最终返回的是BpBinder，不理解的可以查看Android Binder原理（二）ServiceManager中的Binder机制这篇文章。
BpBinder是Native Binder中的Client端，这说明Java层的ServiceManager需要Native层的BpBinder，但是这个BpBinder在Java层是无法直接使用，那么就需要传入javaObjectForIBinder函数来做处理，其内部会创建一个BinderProxy对象，这样我们得知 BinderInternal.getContextObject()最终得到的是BinderProxy。 在Android Binder原理（六）Java Binder的初始化这篇文章我们讲过，BinderProxy是Java Binder的客户端的代表。 需要注意的一点是，这个传入的BpBinder会保存到BinderProxy的成员变量mObject中，后续会再次提到这个点。
1.2 ServiceManagerNative.asInterface()
说到asInterface方法，在Native Binder中也有一个asInterface函数。在Android Binder原理（二）ServiceManager中的Binder机制这篇文章中讲过IServiceManager的asInterface函数，它的作用是用BpBinder做为参数创建BpServiceManager。那么在Java Binder中的asInterface方法的作用又是什么？ frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java
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);
}根据1.1小节，我们得知obj的值为BinderProxy，那么asInterface方法的作用就是用BinderProxy作为参数创建ServiceManagerProxy。 BinderProxy和BpBinder分别在Jave Binder和Native Binder作为客户端的代表，BpServiceManager通过BpBinder来实现通信，同样的，ServiceManagerProxy也会将业务的请求交给BinderProxy来处理。 分析到这里，那么：
sServiceManager = ServiceManagerNative
.asInterface(Binder.allowBlocking(BinderInternal.getContextObject()));可以理解为：
sServiceManager = new ServiceManagerProxy（BinderProxy);
}1.3 getIServiceManager().addService()
根据1.2节的讲解，getIServiceManager()返回的是ServiceManagerProxy，ServiceManagerProxy是ServiceManagerNative的内部类，它实现了IServiceManager接口。
来查看ServiceManagerProxy的addService方法， frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java::ServiceManagerProxy
public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated, int dumpPriority)
throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
data.writeString(name);
data.writeStrongBinder(service);//1
data.writeInt(allowIsolated ? 1 : 0);
data.writeInt(dumpPriority);
mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);//2
reply.recycle();
data.recycle();
}注释1处的data.writeStrongBinder很关键，后续会进行分析。这里又看到了Parcel，它是一个数据包装器，将请求数据写入到Parcel类型的对象data中，通过注释1处的mRemote.transact发送出去，mRemote实际上是BinderProxy，BinderProxy.transact是native函数，实现的函数如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
jint code, jobject dataObj, jobject replyObj, jint flags) // throws RemoteException
{
if (dataObj == NULL) {
jniThrowNullPointerException(env, NULL);
return JNI_FALSE;
}
Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);//1
if (data == NULL) {
return JNI_FALSE;
}
Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);//2
if (reply == NULL && replyObj != NULL) {
return JNI_FALSE;
}
IBinder* target = getBPNativeData(env, obj)->mObject.get();//3
if (target == NULL) {
jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!");
return JNI_FALSE;
}
...
status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);//4
return JNI_FALSE;
}注释1和注释2处，将Java层的Parcel对象转化成为Native层的Parcel对象。在1.1小节中，我们得知BpBinder会保存到BinderProxy的成员变量mObject中，因此在注释3处，从BinderProxy的成员变量mObject中获取BpBinder。最终会在注释4处调用BpBinder的transact函数，向Binder驱动发送数据，可以看出Java Binder是需要Native Binder支持的，最终的目的就是向Binder驱动发送和接收数据。
2.引出JavaBBinder
接着回过头来分析1.3小节遗留下来的data.writeStrongBinder(service)，代码如下所示。 frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java
public final void writeStrongBinder(IBinder ll) {
nativeWriteStrongBinder(mNativePtr, val);
}nativeWriteStrongBinder是Native方法，实现的函数为android_os_Parcel_writeStrongBinder： frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp
static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jobject object)
{
Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
if (parcel != NULL) {
const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));//1
if (err != NO_ERROR) {
signalExceptionForError(env, clazz, err);
}
}
}接着查看注释1处ibinderForJavaObject函数： frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj)
{
if (obj == NULL) return NULL;
if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {//1
JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*)
env->GetLongField(obj, gBinderOffsets.mObject);
return jbh->get(env, obj);//2
}
if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {
return getBPNativeData(env, obj)->mObject;
}
ALOGW("ibinderForJavaObject: %p is not a Binder object", obj);
return NULL;
}注释2处，如果obj是Java层的BinderProxy类，则返回BpBinder。 注释1处，如果obj是Java层的Binder类，那么先获取JavaBBinderHolder对象，然后在注释2处调用JavaBBinderHolder的get函数，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp::JavaBBinderHolder
class JavaBBinderHolder
{
public:
sp<JavaBBinder> get(JNIEnv* env, jobject obj)
{
AutoMutex _l(mLock);
sp<JavaBBinder> b = mBinder.promote();//1
if (b == NULL) {
//obj是一个Java层Binder对象
b = new JavaBBinder(env, obj);//2
mBinder = b;
ALOGV("Creating JavaBinder %p (refs %p) for Object %p, weakCount=%" PRId32 "\n",
b.get(), b->getWeakRefs(), obj, b->getWeakRefs()->getWeakCount());
}
return b;
}
sp<JavaBBinder> getExisting()
{
AutoMutex _l(mLock);
return mBinder.promote();
}
private:
Mutex mLock;
wp<JavaBBinder> mBinder;
};成员变量mBinder是wp<JavaBBinder>类型的弱引用，在注释1处得到sp<JavaBBinder>类型的强引用b，在注释2处创建JavaBBinder并赋值给b。那么，JavaBBinderHolder的get函数返回的是JavaBBinder。
data.writeStrongBinder(service)在本文中等价于：
data.writeStrongBinder(new JavaBBinder(env，Binder))。讲到这里可以得知ServiceManager.addService()传入的并不是AMS本身，而是JavaBBinder。
3.解析JavaBBinder
接着来分析JavaBBinder，查看它的构造函数： frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp::JavaBBinderHolder::JavaBBinder
class JavaBBinder : public BBinder
{
public:
JavaBBinder(JNIEnv* env, jobject /* Java Binder */ c)
: mVM(jnienv_to_javavm(env)), mObject(env->NewGlobalRef(object))
{
ALOGV("Creating JavaBBinder %p\n", this);
gNumLocalRefsCreated.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
gcIfManyNewRefs(env);
}
...可以发现JavaBBinder继承了BBinder，那么JavaBBinder的作用是什么呢？当Binder驱动得到客户端的请求，紧接着会将响应发送给JavaBBinder，这时会调用JavaBBinder的onTransact函数，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp::JavaBBinderHolder::JavaBBinder
virtual status_t onTransact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0)
{
JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);
ALOGV("onTransact() on %p calling object %p in env %p vm %p\n", this, mObject, env, mVM);
IPCThreadState* thread_state = IPCThreadState::self();
const int32_t strict_policy_before = thread_state->getStrictModePolicy();
jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,
code, reinterpret_cast<jlong>(&data), reinterpret_cast<jlong>(reply), flags);//1
...
return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;
}在注释1处会调用Java层Binder的execTransact函数： frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java
private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj,
int flags) {
...
try {
if (tracingEnabled) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ALWAYS, getClass().getName() + ":" + code);
}
res = onTransact(code, data, reply, flags);//1
} catch (RemoteException|RuntimeException e) {
...
}
...
return res;
}关键点是注释1处的onTransact函数，AMS实现了onTransact函数，从而完成业务实现。 从这里可有看出，JavaBBinder并没有实现什么业务，当它接收到请求时，会调用Binder类的execTransact函数，execTransact函数内部又调用了onTransact函数，系统服务会重写onTransact函数来实现自身的业务功能。
4.Java Binder架构
Binder架构如下图所示。
Native Binder的部分在此前的文章已经讲过，这里主要来说说Java Binder部分，从图中可以看到： 1.Binder是服务端的代表，JavaBBinder继承BBinder，JavaBBinder通过mObject变量指向Binder。 2.BinderProxy是客户端的代表，ServiceManager的addService等方法会交由ServiceManagerProxy处理。 3.ServiceManagerProxy的成员变量mRemote指向BinderProxy对象，所以ServiceManagerProxy的addService等方法会交由BinderProxy来处理。 4.BinderProxy的成员变量mObject指向BpBinder对象，因此BinderProxy可以通过BpBinder和Binder驱动发送数据。
