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

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1、在前面几篇文章中，我们详细介绍了 An droid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 Bin der机制来进行进程间通信呢？这就是本文要介绍的 An droid系统应用程序框架 层的用Java语言来实现的Binder接口了。熟悉An droid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B

2、inder运行库来为Java应用程序提供进程间通信服务的了。 JNI在An droid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 ，Clien

3、t 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An droid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An droid系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口

4、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Ubu ntu上为An droid系统的Applicatio n 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An droid系统进程间通信Bin der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 HelloSe

5、rvice提供的服务的过程。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ServiceMan agerProxy 类是长什么样子的：卩施細“ Datef3ervicef-/l0nagcrPruxy Hiiider+asBmcer) iBinder+cmer/Lccallnteffacedescriator: String); Interface+tranact(: int, data: Parcel, reply;

6、Parcel,flajs int) booknriTiScrYKcM-diiagr+gdSer-.Fite( riame : arrng ): 1 Binder +a(WServioe( name: String, service: ISrider)：7这里可以看出，ServiceManagerProxy 类实现了 IServiceManager 接口， IServiceManager提供了 getService禾口 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IBind

7、er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：11ServiceMlan ager1 sServiceManager: IServiceManagerService Many erKative

8、： 宀.+getlSeiiceMa nager(): IServiceManager +getService-i name : Strng ): IBinder +addSerice( naine: String, serHce : IBinder)J+Bslrtrfacfl( obj.IBinder): tServiceldsriagerpackage Data ServrceManagerNnterface+asBinder-). IBmderJISeruiceMfina ger.+getSefvbce( name: String): filndef +addService( name:

9、String, service : IBinder)ServiceManager类有一个静态成员函数 getlServiceManager，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 ServiceMa nager.getlServiceMa nager这个函数的实现，这个函数定义在 frameworks/base/core/java/a ndroid/os/ServiceMa nager.java 文件中：view

10、plain1.2.3.4.5.6.7.8.public finalprivateprivateclass ServiceManager static IServiceManager sServiceManager;static IServiceManager getIServiceManager() if (sServiceManager != null ) return sServiceManager;9.9.10./ Find the service manager9.11. sServiceManager = ServiceManagerNative.aslnterface(Binder

11、lnternal.ge tContextObject();12. return sServiceManager;13. 1415. 如果其静态成员变量sServiceMa nager尚未创建，那么就调用ServiceMa nagerNative.as In terface函数来创建。在调用ServiceMa nagerNative.as In terface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Binderlnternal.getContextObject的实现，这个函数定义在framewor

12、ks/base/core/java/com/a ndroid/i ntern al/os/B in derI ntern al.java文件中:view plain1. public class BinderInternal 23./*4. * Return the global context object of the system. This is usually5. * an implementation of IServiceManager, which you can use to find6. * other services.7. */8. public static fina

13、l native IBinder getContextObject();9.1011. 这里可以看出，Binderlnternal.getContextObject是一个JNI方法，它实现在frameworks/base/core/j ni/a ndroid_util_Bi nder.cpp文件中：view plain1. static jobject android_os_Binderlnternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobje ct clazz)2. 3. sp b = ProcessState:self()-getContextObject(N

14、ULL);4. return javaObjectForIBinder(env, b);5. 这里看到我们熟悉的ProcessState:self()-getContextObject 函数，具体可以 参考浅谈An droid系统进程间通信(IPC)机制Bin der中的Server和Clie nt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：view plain1. sp b = ProcessState:self()-getContextObject(N

15、ULL);相当于是：view plain1. sp b = new BpBinder(0);接着调用javaObjectForIBinder把这个BpBinder对象转换成一个BinderProxy 对象：view plain1. jobject javaObjectForlBinder(JNIEnv* env,const sp& val)2. 3. if (val = NULL) return NULL;4.4. if (val-checkSubclass(&gBinderOffsets) 5. / One of our own!6. jobject object =static_cast

16、(val.get()-object();7. printf(objectForBinder %p: its our own %p!n, val.get(), object);8. return object;9. 11.12. / For the rest of the function we will hold this lock, to serialize13. / looking/creation of Java proxies for native Binder proxies.14. AutoMutex(mProxyLock);15.15. / Someone elses. do w

17、e know about it?16. jobject object = (jobject)val-findObject (&gBinderProxyOffsets);17. if (object != NULL) 18. jobject res = env-CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet);19. if (res != NULL) 20. LOGV(objectForBinder %p: found existing %p!n, val.get(), res)J21. return res;22. 23. LOGV( P

18、roxy object %p of IBinder %p no longer in working set!, object, val.get();24. android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);26.val-detachObject(&gBinderProxyOffsets);27.env-DeleteGlobalRef(object);28.29.30.object = env-NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor);31.if (object != NUL

19、L) 32.LOGV(objectForBinder %p: created new %p!n, val.get(), object);33./ The proxy holds a reference to the native object.34.env-SetlntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject,(int )val.get()35.val-incStrong(object);36.37./ The native object needs to hold a weak reference back to the38./ proxy, so

20、we can retrieve the same proxy if it is still active.39.jobject refObject = env-NewGlobalRef(40.env-GetObjectField(object, gBinderProxyOffsets.mSelf);41.val-attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,42.jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);43.44./ Note that a new object reference has been created

21、.45.android_atomic_inc (&gNumProxyRefs);46.incRefsCreated(env);47.48.49.return object;50.在介绍这个函数之前，先来看两个变量gBinderOffsets和gBi nderProxyOffsets的定义。先看 gBinderOffsets 的定义：view plain1. static struct bindernative_offsets_t2. 3. / Class state.4. jclass mClass;5. jmethodID mExecTransact;6.6. / Object state.

22、7. jfieldID mObject;9.10. gBinderOffsets;Binder类的os_Bin der);简单来说，gBinderOffsets变量是用来记录上面第二个类图中的相关信息的，它是在注册Binder类的JNI方法的int_register_android,函数初始化的：view plain1. const char * const kBinderPathName = android/os/Binder ;2.2. static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)3. 4. jclass clazz;6.5.

23、 clazz = env-FindClass(kBinderPathName);6. LOG_FATAL_IF(clazz = NULL,Unable to find class android.os.Binder9.7. gBinderOffsets.mClass = (jclass) env-NewGlobalRef(clazz);8. gBinderOffsets.mExecTransact9. = env-GetMethodlD(clazz,execTransact , (IIII)Z );10. assert(gBinderOffsets.mExecTransact);14.11.

24、gBinderOffsets.mObject12. = env-GetFieldID(clazz,mObject , I);13. assert(gBinderOffsets.mObject);18.14. return AndroidRuntime:registerNativeMethods(15. env, kBinderPathName,16. gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods);17. 再来看 gBinderProxyOffsets 的定义:view plain1. static struct binderproxy_offsets_t2. 3.

25、 / Class state.4. jclass mClass;5. jmethodID mConstructor;6. jmethodID mSendDeathNotice;7.7. /Object state.8. jfieldID mObject;9. jfieldID mSelf;11.12. gBinderProxyOffsets;简单来说，gBin derProxyOffsets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in t_register_a ndroid_os_B in derProxy函数初

26、始化的：view plain1. const char * const kBinderProxyPathName = android/os/BinderProxy;2.2. static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)3. 4. jclass clazz;6.5. clazz = env-FindClass(java/lang/ref/WeakReference);6. LOG_FATAL_IF(clazz = NULL,Unable to find class java.lang.ref.WeakReference);

27、7. gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass) env-NewGlobalRef(clazz);8. gWeakReferenceOffsets.mGet9. = env-GetMethodlD(clazz,get , ()Ljava/lang/Object;);10. assert(gWeakReferenceOffsets.mGet);13.11. clazz = env-FindClass(java/lang/Error );12. LOG_FATAL_IF(clazz = NULL,Unable to find class java.lang.Er

28、ror);13. gErrorOffsets.mClass = (jclass) env-NewGlobalRef(clazz);17.14. clazz = env-FindClass(kBinderProxyPathName);15. LOG_FATAL_IF(clazz = NULL,Unable to find class android.os.BinderProxy);20.16. gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env-NewGlobalRef(clazz);17. gBinderProxyOffsets.mConstructor18.

29、= env-GetMethodID(claz z, , ()V);19. assert(gBinderProxyOffsets.mConstructor);20. gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice21. = env-GetStaticMethodlD(clazz,sendDeathNotice , (Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;)V );22. assert(gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice);28.23. gBinderProxyOffsets.mObject24. =

30、env-GetFieldID(clazz,mObject , I);25. assert(gBinderProxyOffsets.mObject);26. gBinderProxyOffsets.mSelf27. = env-GetFieldlD(clazz,mSelf , Ljava/lang/ref/WeakReference;);28. assert(gBinderProxyOffsets.mSelf);35.29. return AndroidRuntime:registerNativeMethods(30. env, kBinderProxyPathName,31. gBinderP

31、roxyMethods, NELEM(gBinderProxyMethods);32. 回到前面的javaObjectForlBinder函数中，下面这段代码:view plain1. if (val-checkSubclass(&gBinderOffsets) 2. / One of our own!3. jobject object =static_cast (val.get()-object();4. /printf(objectForBinder %p: its our own %p!n, val.get(), object);5. return object;6. 前面说过，这里传进

32、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：view plain1. 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：view plain1. object = env-NewObject(gBinderProxyOffsets.

33、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：view plain1. env-SetlntField(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

34、可以在上一步 调用BpBinder:findObj把它找回来了：view plain1. val-attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,2. jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);最后，就把这个BinderProxy返回到an droid_os_Bi nderl nternal_getCo ntextObject函数，最终返回到最开始的ServiceMa nager.getlServiceMa nager 函数中来了，于是，我们就获得一个 BinderProxy 对象了。回到 ServiceManager

35、.getlServiceManager中，从下面语句返回：view plain1. sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject();相当于是：view plain1. sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(new BinderProxy();接下去就是调用ServiceMa nagerNative.as In terface函数了，这个函数定义在frameworks/base/core/java/a ndroi

36、d/os/ServiceMa nagerNative.java文件中：view plain1. public abstract class ServiceManagerNative2.3.4.staticpublicIServiceManager asInterface(IBinder obj)5.6.if (obj =null ) 7.returnnull ;8.9.IServiceManager in =10.(IServiceManager)obj.queryLocallnteface(descriptor);11.if (in !=null ) 12.return in;13.14.1

37、5.return new ServiceManagerProxy(obj);16.17.18.这里的参数obj是一个BinderProxy对象，它的queryLocallnterface 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.getlServiceManager 中，从下面语句返回：view plain1. sServiceManager = ServiceManagerNative.aslnteface(new BinderProxy();就相当于是：view pla

38、in1. 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An droid系统的

39、硬件抽象层(HAL )时，在在Ubun tu上为 An droid系统的Applicati on 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/a ndroid/os/IHelloService.aidl文件中：view plain1.package android.os;2.3.interfaceIHelloService4.5.voidsetVal( int val);6.intgetVal();7.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，

40、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。view plain1./*2.* This file is auto-generated. DO NOT MODIFY.3.* Original file: frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl4.*/5.packageandroid.os;6.publicinterfaceIHelloServiceextends android.osl nterface7.8./* L

41、ocal-side IPC implementation stub class. */9.public staticabstractclass Stub extends android.os.Binderimplements android.os .IH elloService10.11.private static final java.lang.String DESCRIPTOR =android.os.IHelloService12./* Construct the stub at attach it to the interface. */13.public Stub()14.15.t

42、his .attachInterface(this , DESCRIPTOR);16.17.18./*19.* Cast an IBinder object into an android.osH elloService interface,20.* generating a proxy if needed.21.*/22.public staticandroid.os .IH elloService asInterface(android.os.IBinder obj)23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43

43、.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.61.62.63.if (obj= null ) return null ;android.os.IInterface iin = (android.os.llnterface)obj.queryLoca llnterface(DESCRIPTOR);if (iin!= null )&(iin instanceof android.os.IHelloService) return (android.os.IHelloService)iin);returnnew android.osH ell

44、oService.Stub.Proxy(obj);public android.osBinder asBinder()return this ;Overridepublic boolean onTransact( int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply,int flags) throws android.os.RemoteExceptionswitch (code)case INTERFACE_TRANSACTION:reply.writeString(DESCRIPTOR);return true ;case TRA

45、NSACTION_setVal:data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _arg0;_arg0 = data.readInt();this .setVal(_argO);reply.writeNoException();return true ;case TRANSACTION_getVal:data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _result = this .getVal();reply.writeNoException();reply.writeInt( result);64.return true ;65.66.6

46、7.68.69.70.71.72.73.74.75.76.77.78.79.80.81.82.83.84.85.86.87.88.89.90.91.92.93.94.95.96.97.98.99.100.101.102.103.104.105.106.107.return super .onTransact(code, data, reply, flags);private static class Proxy implementsandroid.os .IH elloServiceprivate android.osBinder mRemote;Proxy(android.osBinder

47、remote)mRemote = remote;public android.os .I Binder asBinder()return mRemote;public java .l ang.String getlnterfaceDescriptor()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.P

48、arcel.obtain();try _data.writelnterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writelnt(val);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_setVal, _data, _reply,0);_reply.readException();finally _reply.recycle();_data.recycle();public int getVal() throws android.os.RemoteExceptionandroid.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obt

49、ain();108.android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();109.int _result;110.try 111._data.writelnterfaceToken(DESCRIPTOR);112.mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply,0);113._reply.readException();114._result = _reply.readInt();115.116.finally117._reply.recycle();118._data.rec

50、ycle();119.120.return _result;121.122.123.124.static final int TRANSACTION_setVal = (android.osBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);125.static final int TRANSACTION_getVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1);126.127.128.public void setVal( int val) throws android.os.RemoteException;129.p

51、ublic int getVal()throws android.os.RemoteException;130.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

52、到IHelloService.Stub禾口 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Ubun tu上为An droid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：view plain1.package co

53、m.android.server;2.3.import android.content.Context;4.import android.os .IH elloService;5.import android.util.Slog;6.7.public class HelloServiceextendsIHelloService.Stub 8.privatestaticfinal String TAG=HelloService;9.10.HelloService() 11.init_native();12.13.14.public void setVal( int val) 15.setVal_

54、native(val);16.17.18.public int getVal() 19.return getVal_native();20.21.22.privatestaticnative booleaninit_native();23.private staticnative voidsetVal_native(int val);24.privatestaticnative int getVal_native();25.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

55、函数的具体实现， 有兴趣的读者可以参考 在Ubu ntu上为An droid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守护进程中去

56、，最后进入一个循环，等待Client的请求。我们来看一下这部份的代码:view plain1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.class ServerThread extends Thread Overridepublic void run() Looper.prepare();try Slog.i(TAG,Hello Service );ServiceManager.addService(hell

57、o , 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 th at it will c

58、all back* up into init2() to start the Android services.*/native public static void init1(String args);43.public staticfinal void init2() 44.Slog.i(TAG,Entered the Android system server!);45.Thread thr =new ServerThread();46.thr.setName(android.server.ServerThread);47.thr.start();48.49.50.这里，我们可以看到，在 ServerThread.ru n函数中，执行了下面代码把HelloService 添加到Service Manager中去，并且通过 Looper.loop进入循环等待 Client的请求。这里我们关注把 HelloService添加到Service Manager中去的代码：view plain1.try/ 2.Slog.i(TAG,Hello Service);3.Ser