addService实例分析

最新推荐文章于 2023-06-30 21:46:34 发布

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这个例子源自ActivityManagerService（AMS），我们通过它揭示Java层Binder的工作原理。该例子的分析步骤如下：
首先分析AMS如何将自己注册到ServiceManager。
然后分析AMS如何响应客户端的Binder调用请求。
本例的起点是setSystemProcess函数，其代码如下所示：
[-->ActivityManagerService.java::setSystemProcess]
public static void setSystemProcess() {
try {
      ActivityManagerService m = mSelf;
      //将ActivityManagerService服务注册到ServiceManager中
      ServiceManager.addService("activity", m);
      ......//省略后续内容
    }
......
return;
}
上面所示代码行的目的是将AMS服务注册到ServiceManager中。AMS是Android核心服务中的核心，以后我们会经常和它打交道。
大家知道，整个Android系统中有一个Native的ServiceManager（以后简称SM）进程，它统筹管理Android系统上的所有Service。成为一个Service的必要条件是在SM中注册。下面来看Java层的Service是如何在SM中注册的。
1. 在SM中注册服务
（1）创建ServiceManagerProxy
在SM中注册服务的函数为addService，其代码如下：
[-->ServiceManager.java::addService]
public static void addService(String name, IBinder service) {
try {
        //getIServiceManager返回什么
       getIServiceManager().addService(name, service);
   }
   ......
}
//分析getIServiceManager函数
private static IServiceManager getIServiceManager() {
......
//调用asInterface，传递的参数类型为IBinder
sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(
                      BinderInternal.getContextObject());
return sServiceManager;
}
asInterface的参数为BinderInternal.getContextObject的返回值。这是一个native的函数，其实现的代码为：
[-->android_util_Binder.cpp::android_os_BinderInternal_getContextObject]
static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(
　　　　　　　　　　　　　　　JNIEnv* env, jobject clazz)
{
/*
下面这句代码，我们在卷I第6章详细分析过，它将返回一个BpProxy对象，其中
NULL（即0，用于标识目的端）指定Proxy通信的目的端是ServiceManager
*/
sp<IBinder>b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);
//由Native对象创建一个Java对象,下面分析该函数
return javaObjectForIBinder(env, b);
}
[-->android_util_Binder.cpp::javaObjectForIBinder]
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
//mProxyLock是一个全局的静态CMutex对象
AutoMutex _l(mProxyLock);

/*
val对象实际类型是BpBinder，读者可自行分析BpBinder.cpp中的findObject函数。
事实上，在Native层的BpBinder中有一个ObjectManager，它用来管理在Native BpBinder
上创建的Java BpBinder对象。下面这个findObject用来判断gBinderProxyOffsets
是否已经保存在ObjectManager中。如果是，那就需要删除旧的object
*/
jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);
if (object != NULL) {
      jobject res = env->CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet);
      android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);
      val->detachObject(&gBinderProxyOffsets);
      env->DeleteGlobalRef(object);
}

   //创建一个新的BinderProxy对象，并注册到Native BpBinder对象的ObjectManager中
      object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass,
                          gBinderProxyOffsets.mConstructor);
if (object != NULL) {
      env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get());
      val->incStrong(object);
      jobject refObject = env->NewGlobalRef(
              env->GetObjectField(object, gBinderProxyOffsets.mSelf));
      /*
     将这个新创建的BinderProxy对象注册（attach）到BpBinder的ObjectManager中，
      同时注册一个回收函数proxy_cleanup。当BinderProxy对象撤销（detach）的时候，
      该函数会被调用，以释放一些资源。读者可自行研究proxy_cleanup函数
      */
      val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,
                            jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);

      // DeathRecipientList保存了一个用于死亡通知的list
      sp<DeathRecipientList>drl = new DeathRecipientList;
      drl->incStrong((void*)javaObjectForIBinder);
      //将死亡通知list和BinderProxy对象联系起来
      env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mOrgue,
                           reinterpret_cast<jint>(drl.get()));
      //增加该Proxy对象的引用计数
      android_atomic_inc(&gNumProxyRefs);
      //下面这个函数用于垃圾回收。创建的Proxy对象一旦超过200个，该函数
      //将调用BinderInter类的ForceGc做一次垃圾回收
      incRefsCreated(env);
}

return object;
}
BinderInternal.getContextObject该函数完成了以下两个工作：
创建了一个Java层的BinderProxy对象。
通过JNI，该BinderProxy对象和一个Native的BpProxy对象挂钩，而该BpProxy对象的通信目标就是ServiceManager。
大家还记得Native层Binder中那个著名的interface_cast宏吗？在Java层中，虽然没有这样的宏，但是定义了一个类似的函数asInterface。下面来分析ServiceManagerNative类的asInterface函数，其代码如下：
[-->ServiceManagerNative.java::asInterface]
static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)
{
      ...... //以obj为参数，创建一个ServiceManagerProxy对象
      return new ServiceManagerProxy(obj);
}
上面的代码和Native层interface_cast非常类似，都是以一个BpProxy对象为参数构造一个和业务相关的Proxy对象，例如这里的ServiceManagerProxy对象。Service-ManagerProxy对象的各个业务函数会将相应请求打包后交给BpProxy对象，最终由BpProxy对象发送给Binder驱动以完成一次通信。
提示　实际上BpProxy也不会和Binder驱动交互，真正和Binder驱动交互的是IPCThreadState。
（2）addService函数分析
现在来分析ServiceManagerProxy的addService函数，其代码如下：
[-->ServiceManagerNative.java::addService]
public void addService(String name, IBinder service)
                         throws RemoteException {
      Parcel data = Parcel.obtain();
      Parcel reply = Parcel.obtain();
      data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
      data.writeString(name);
      //注意下面这个writeStrongBinder函数，后面我们会详细分析它
      data.writeStrongBinder(service);
      //mRemote实际上就是BinderProxy对象，调用它的transact，将封装好的请求数据
     //发送出去
      mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
      reply.recycle();
      data.recycle();
}
BinderProxy的transact是一个native函数，其实现代码如下：
[-->android_util_Binder.cpp::android_os_Binder Proxy_transact]
static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
                                          jint code, jobject dataObj,
                                          jobject replyObj, jint flags)
{
      ......
//从Java的Parcel对象中得到Native的Parcel对象
Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);
if (data == NULL) {
      return JNI_FALSE;
}
//得到一个用于接收回复的Parcel对象
Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);
if (reply == NULL && replyObj != NULL) {
      return JNI_FALSE;
}
//从Java的BinderProxy对象中得到之前已经创建好的那个Native的BpBinder对象
IBinder* target = (IBinder*)
      env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
......
//通过Native的BpBinder对象，将请求发送给ServiceManager
status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);
......
signalExceptionForError(env, obj, err);
return JNI_FALSE;
}
看了上面的代码你会发现，Java层的Binder架构最终还是要借助Native的Binder架构进行通信。
　　关于Binder架构，笔者有一个体会愿和读者一起讨论分析。
　　从架构的角度看，在Java中搭建了一整套框架，如IBinder接口、Binder类和BinderProxy类。但是从通信角度看，架构的编写不论采用的是Native语言还是Java语言，只要把请求传递到Binder驱动就可以了，所以通信的目的是向binder发送请求和接收回复。在这个目的之上，考虑到软件的灵活性和可扩展性，于是编写了一个架构。反过来说，也可以不使用架构（即没有使用任何接口、派生之类的东西）而直接和binder交互，例如，ServiceManager作为Binder架构的一个核心程序，就是直接读取/dev/binder设备，获取并处理请求。从这一点上看，Binder架构的目的虽是简单的（即打开binder设备，然后读请求和写回复），但是架构是复杂的（编写各种接口类和封装类等）。我们在研究源码时，一定要先搞清楚目的。实现只不过是达到该目的的一种手段和方式。脱离目的而去研究实现，如缘木求鱼，很容易偏离事物本质。
在对addService进行分析时，我们曾提示writeStrongBinder是一个特别的函数。那么它特别在哪里呢？我们后边会进行介绍。
（3）Binder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder
ActivityManagerService从ActivityManagerNative类派生，并实现了一些接口，其中和Binder架构相关的只有这个ActivityManagerNative类，其原型如下：
[-->ActivityManagerNative.java]
public abstract class ActivityManagerNative
                        extends Binder
                        implements IActivityManager
ActivityManagerNative从Binder派生，并实现了IActivityManager接口。下面来看ActivityManagerNative的构造函数：
[-->ActivityManagerNative.java]
public ActivityManagerNative() {
      attachInterface(this, descriptor);//该函数很简单，读者可自行分析
}
//这是ActivityManagerNative父类的构造函数，即Binder的构造函数
public Binder() {
      init();
}
Binder构造函数中会调用native的init函数，其实现的代码如下：
[-->android_util_Binder.cpp::android_os_Binder_init]
static void android_os_Binder_init(JNIEnv* env, jobject obj)
{
//创建一个JavaBBinderHolder对象
JavaBBinderHolder* jbh = new JavaBBinderHolder();
   bh->incStrong((void*)android_os_Binder_init);
//将这个JavaBBinderHolder对象保存到Java Binder对象的mObject成员中
env->SetIntField(obj, gBinderOffsets.mObject, (int)jbh);
}
从上面代码可知，Java的Binder对象将和一个Native的JavaBBinderHolder对象相关联。JavaBBinderHolder的定义如下：
[-->android_util_Binder.cpp]
class JavaBBinderHolder : public RefBase
{
public:
sp<JavaBBinder>get(JNIEnv* env, jobject obj)
{
      AutoMutex _l(mLock);
      sp<JavaBBinder>b = mBinder.promote();
      if (b == NULL) {
         //创建一个JavaBBinder，obj实际上是Java层中的Binder对象
          b = new JavaBBinder(env, obj);
          mBinder = b;
     }
      return b;
}
......
private:
Mutex           mLock;
wp<JavaBBinder>mBinder;
};
从派生关系上可以发现，JavaBBinderHolder仅从RefBase派生，所以它不属于Binder家族。Java层的Binder对象为什么会和Native层的一个与Binder家族无关的对象绑定呢？仔细观察JavaBBinderHolder的定义可知：JavaBBinderHolder类的get函数中创建了一个JavaBBinder对象，这个对象就是从BnBinder派生的。
那么，这个get函数是在哪里调用的？答案在下面这句代码中：
//其中，data是Parcel对象，service此时还是ActivityManagerService
data.writeStrongBinder(service);
writeStrongBinder会做一个替换工作，下面是它的native代码实现：
[-->android_util_Binder.cpp::android_os_Parcel_WriteStrong Binder]
static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env,
                                             jobject clazz, jobject object)
{
//parcel是一个Native的对象，writeStrongBinder的真正参数是
//ibinderForJavaObject的返回值
const status_t err = parcel->writeStrongBinder(
                                  ibinderForJavaObject(env, object));
}
[-->android_util_Binder.cpp::ibinderForJavaObject]
sp<IBinder>ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj)
{
//如果Java的obj是Binder类，则首先获得JavaBBinderHolder对象，然后调用
//它的get函数。而这个get函数将返回一个JavaBBinder
if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {
   JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*)env->GetIntField(obj,
                                    gBinderOffsets.mObject);
      return jbh != NULL ? jbh->get(env, obj) : NULL;
}
//如果obj是BinderProxy类，则返回Native的BpBinder对象
if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {
      return (IBinder*)
          env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
}
return NULL;
}
通过上面的介绍你会发现，addService实际添加到Parcel的并不是AMS本身，而是一个名为JavaBBinder的对象。addService正是该JavaBBinder对象最终传递到Binder驱动。
读者此时容易想到，Java层中所有的Binder对应的都是这个JavaBBinder。当然，不同的Binder对象对应不同的JavaBBinder对象。

图2-2展示了Binder、JavaBBinderHolder和Java-BBinder的关系。

由图2-2可知：
Java层的Binder通过mObject指向一个Native层的JavaBBinderHolder对象。
Native层的JavaBBinderHolder对象通过mBinder成员变量指向一个Native的Java-BBinder对象。
Native的JavaBBinder对象又通过mObject变量指向一个Java层的Binder对象。
为什么不直接让Java层的Binder对象指向Native层的JavaBBinder对象呢？由于缺乏设计文档，这里不便妄加揣测，但从JavaBBinderHolder的实现上来分析，估计和垃圾回收（内存管理）有关，因为JavaBBinderHolder中的mBinder对象的类型被定义成弱引用wp了。
建议　对此，如果读者有更好的解释，不妨登录笔者的博客与大家分享一下。另外，读者务必阅读“卷I”第6章以搞清楚ServiceManager最终是如何处理addService请求的。
2. ActivityManagerService响应请求
初见JavaBBinder时，你可能多少有些吃惊。回想一下Native层的Binder架构：虽然在代码中调用的是Binder类提供的接口，但其对象却是一个实际的服务端对象，例如MediaPlayerService对象、AudioFlinger对象。
而Java层的Binder架构中，JavaBBinder却是一个和业务完全无关的对象。那么，这个对象如何实现不同业务呢？为回答此问题，我们必须看它的onTransact函数。当收到请求时，系统会调用这个函数。
关于这个问题，建议读者阅读卷I“第6章深入理解Binder”。
[-->android_util_Binder.cpp::onTransact]
virtual status_t onTransact(
      uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0)
{
      JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);
      IPCThreadState* thread_state = IPCThreadState::self();
      .......
     //调用Java层Binder对象的execTransact函数
      jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject,
                   gBinderOffsets.mExecTransact,code,
                  (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags);
      ......
      return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;
}
就本例而言，上面代码中的mObject就是ActivityManagerService，现在调用它的exec-Transact函数，该函数在Binder类中实现，具体代码如下：
[-->Binder.java::execTransact]
private boolean execTransact(int code, int dataObj, int replyObj,int flags) {
      Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);
      Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);
      boolean res;
      try {
          //调用onTransact函数，派生类可以重新实现这个函数，以完成业务功能
          res = onTransact(code, data, reply, flags);
      }......
      reply.recycle();
      data.recycle();
      return res;
}
}
ActivityManagerNative类实现了onTransact函数，代码如下：
[-->ActivityManagerNative.java::onTransact]
public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
          throws RemoteException {
      switch (code) {
      case START_ACTIVITY_TRANSACTION:
      {
          data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);
          IBinder b = data.readStrongBinder();
          ......
         //再由ActivityManagerService实现业务函数startActivity
         int result = startActivity(app, intent, resolvedType,
                  grantedUriPermissions, grantedMode, resultTo, resultWho,
                  requestCode, onlyIfNeeded, debug, profileFile,
                  profileFd, autoStopProfiler);
          reply.writeNoException();
          reply.writeInt(result);
          return true;
}
由此可以看出，JavaBBinder仅是一个传声筒，它本身不实现任何业务函数，其工作是：
当它收到请求时，只是简单地调用它所绑定的Java层Binder对象的execTransact。
该Binder对象的execTransact调用其子类实现的onTransact函数。
子类的onTransact函数将业务又派发给其子类来完成。请读者务必注意其中的多层继承关系。
通过这种方式，来自客户端的请求就能传递到正确的Java层Binder对象了。图2-3展示了AMS响应请求的整个流程。