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：

 

1. public final class ServiceManager {  
2.     ......  
3.     private static IServiceManager sServiceManager;  
4.     ......  
5.     private static IServiceManager getIServiceManager() {  
6.         if (sServiceManager != null) {  
7.             return sServiceManager;  
8.         }  
9.  
10.         // Find the service manager  
11.         sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());  
12.         return sServiceManager;  
13.     }  
14.     ......  
15. } 

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：

 

1. public class BinderInternal {  
2.     ......  
3.     /**  
4.     * Return the global "context object" of the system.  This is usually  
5.     * an implementation of IServiceManager, which you can use to find  
6.     * other services.  
7.     */  
8.     public static final native IBinder getContextObject();  
9.       
10.     ......  
11. } 

 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：

 

1. static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)  
2. {  
3.     sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);  
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：

 

1. sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL); 

  相当于是：

 

1. 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：

 

1. jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)  
2. {  
3.     if (val == NULL) return NULL;  
4.  
5.     if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {  
6.         // One of our own!  
7.         jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();  
8.         //printf("objectForBinder %p: it's our own %p!\n", val.get(), object);  
9.         return object;  
10.     }  
11.  
12.     // For the rest of the function we will hold this lock, to serialize  
13.     // looking/creation of Java proxies for native Binder proxies.  
14.     AutoMutex _l(mProxyLock);  
15.  
16.     // Someone else's...  do we know about it?  
17.     jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);  
18.     if (object != NULL) {  
19.         jobject res = env->CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet);  
20.         if (res != NULL) {  
21.             LOGV("objectForBinder %p: found existing %p!\n", val.get(), res);  
22.             return res;  
23.         }  
24.         LOGV("Proxy object %p of IBinder %p no longer in working set!!!", object, val.get());  
25.         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 != NULL) {  
32.         LOGV("objectForBinder %p: created new %p!\n", val.get(), object);  
33.         // The proxy holds a reference to the native object.  
34.         env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get());  
35.         val->incStrong(object);  
36.  
37.         // The native object needs to hold a weak reference back to the  
38.         // proxy, so 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.  
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gBinderProxyOffsets的定义。

 

        先看gBinderOffsets的定义：

 

1. static struct bindernative_offsets_t  
2. {  
3.     // Class state.  
4.     jclass mClass;  
5.     jmethodID mExecTransact;  
6.  
7.     // Object state.  
8.     jfieldID mObject;  
9.  
10. } 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：

 

1. const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";  
2.  
3. static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)  
4. {  
5.     jclass clazz;  
6.  
7.     clazz = env->FindClass(kBinderPathName);  
8.     LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.Binder");  
9.  
10.     gBinderOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);  
11.     gBinderOffsets.mExecTransact  
12.         = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z");  
13.     assert(gBinderOffsets.mExecTransact);  
14.  
15.     gBinderOffsets.mObject  
16.         = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I");  
17.     assert(gBinderOffsets.mObject);  
18.  
19.     return AndroidRuntime::registerNativeMethods(  
20.         env, kBinderPathName,  
21.         gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods));  
22. } 

    再来看gBinderProxyOffsets的定义：

 

1. static struct binderproxy_offsets_t  
2. {  
3.     // Class state.  
4.     jclass mClass;  
5.     jmethodID mConstructor;  
6.     jmethodID mSendDeathNotice;  
7.  
8.     // Object state.  
9.     jfieldID mObject;  
10.     jfieldID mSelf;  
11.  
12. } 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：

 

1. const char* const kBinderProxyPathName = "android/os/BinderProxy";  
2.  
3. static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)  
4. {  
5.     jclass clazz;  
6.  
7.     clazz = env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");  
8.     LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.ref.WeakReference");  
9.     gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);  
10.     gWeakReferenceOffsets.mGet  
11.         = env->GetMethodID(clazz, "get", "()Ljava/lang/Object;");  
12.     assert(gWeakReferenceOffsets.mGet);  
13.  
14.     clazz = env->FindClass("java/lang/Error");  
15.     LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.Error");  
16.     gErrorOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);  
17.       
18.     clazz = env->FindClass(kBinderProxyPathName);  
19.     LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.BinderProxy");  
20.  
21.     gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);  
22.     gBinderProxyOffsets.mConstructor  
23.         = env->GetMethodID(clazz, "<init>", "()V");  
24.     assert(gBinderProxyOffsets.mConstructor);  
25.     gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice  
26.         = env->GetStaticMethodID(clazz, "sendDeathNotice", "(Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;)V");  
27.     assert(gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice);  
28.  
29.     gBinderProxyOffsets.mObject  
30.         = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I");  
31.     assert(gBinderProxyOffsets.mObject);  
32.     gBinderProxyOffsets.mSelf  
33.         = env->GetFieldID(clazz, "mSelf", "Ljava/lang/ref/WeakReference;");  
34.     assert(gBinderProxyOffsets.mSelf);  
35.  
36.     return AndroidRuntime::registerNativeMethods(  
37.         env, kBinderProxyPathName,  
38.         gBinderProxyMethods, NELEM(gBinderProxyMethods));  
39. } 

 回到前面的javaObjectForIBinder函数中，下面这段代码：

 

1. if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {  
2.     // One of our own!  
3.     jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();  
4.     //printf("objectForBinder %p: it's our own %p!\n", val.get(), object);  
5.     return object;  
6. } 

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：

 

1. 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：

 

1. 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：
 

1. 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：

 

1. val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,  
2.                 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：

 

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

   相当于是：

 

1. 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：

 

1. public abstract class ServiceManagerNative ......  
2. {  
3.     ......  
4.     static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)  
5.     {  
6.         if (obj == null) {  
7.             return null;  
8.         }  
9.         IServiceManager in =  
10.             (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);  
11.         if (in != null) {  
12.             return in;  
13.         }  
14.  
15.         return new ServiceManagerProxy(obj);  
16.     }  
17.     ......  
18. } 

  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：

 

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

    就相当于是：

 

1. 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：

 

1. package android.os;  
2.  
3. interface IHelloService  
4. {  
5.     void setVal(int val);  
6.     int getVal();  
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，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。

 

1. /*  
2.  * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.  
3.  * Original file: frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl  
4.  */  
5. package android.os;  
6. public interface IHelloService extends android.os.IInterface  
7. {  
8.     /** Local-side IPC implementation stub class. */  
9.     public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService  
10.     {  
11.         private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "android.os.IHelloService";  
12.         /** Construct the stub at attach it to the interface. */  
13.         public Stub()  
14.         {  
15.             this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);  
16.         }  
17.  
18.         /**  
19.         * Cast an IBinder object into an android.os.IHelloService interface,  
20.         * generating a proxy if needed.  
21.         */  
22.         public static android.os.IHelloService asInterface(android.os.IBinder obj)  
23.         {  
24.             if ((obj==null)) {  
25.                 return null;  
26.             }  
27.             android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);  
28.             if (((iin!=null)&&(iin instanceof android.os.IHelloService))) {  
29.                 return ((android.os.IHelloService)iin);  
30.             }  
31.             return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj);  
32.         }  
33.  
34.         public android.os.IBinder asBinder()  
35.         {  
36.             return this;  
37.         }  
38.  
39.         @Override   
40.         public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException  
41.         {  
42.             switch (code)  
43.             {  
44.                 case INTERFACE_TRANSACTION:  
45.                 {  
46.                     reply.writeString(DESCRIPTOR);  
47.                     return true;  
48.                 }  
49.                 case TRANSACTION_setVal:  
50.                 {  
51.                     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
52.                     int _arg0;  
53.                     _arg0 = data.readInt();  
54.                     this.setVal(_arg0);  
55.                     reply.writeNoException();  
56.                     return true;  
57.                 }  
58.                 case TRANSACTION_getVal:  
59.                 {  
60.                     data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  
61.                     int _result = this.getVal();  
62.                     reply.writeNoException();  
63.                     reply.writeInt(_result);  
64.                     return true;  
65.                 }  
66.             }  
67.             return super.onTransact(code, data, reply, flags);  
68.         }  
69.  
70.         private static class Proxy implements android.os.IHelloService  
71.         {  
72.             private android.os.IBinder mRemote;  
73.  
74.             Proxy(android.os.IBinder remote)  
75.             {  
76.                 mRemote = remote;  
77.             }  
78.  
79.             public android.os.IBinder asBinder()  
80.             {  
81.                 return mRemote;  
82.             }  
83.  
84.             public java.lang.String getInterfaceDescriptor()  
85.             {  
86.                 return DESCRIPTOR;  
87.             }  
88.  
89.             public void setVal(int val) throws android.os.RemoteException  
90.             {  
91.                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();  
92.                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();  
93.                 try {  
94.                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  
95.                     _data.writeInt(val);  
96.                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_setVal, _data, _reply, 0);  
97.                     _reply.readException();  
98.                 }  
99.                 finally {  
100.                     _reply.recycle();  
101.                     _data.recycle();  
102.                 }  
103.             }  
104.  
105.             public int getVal() throws android.os.RemoteException  
106.             {  
107.                 android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();  
108.                 android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();  
109.                 int _result;  
110.                 try {  
111.                     _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  
112.                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply, 0);  
113.                     _reply.readException();  
114.                     _result = _reply.readInt();  
115.                 }  
116.                 finally {  
117.                     _reply.recycle();  
118.                     _data.recycle();  
119.                 }  
120.                 return _result;  
121.             }  
122.         }  
123.  
124.         static final int TRANSACTION_setVal = (android.os.IBinder.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.     public int getVal() throws android.os.RemoteException;  
130. } 

 

本文转自 Luoshengyang 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/shyluo/965288，如需转载请自行联系原作者