《深入理解Android 卷III》第二章 深入理解Java Binder和MessageQueue
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了《深入理解Android 卷III》第二章 深入理解Java Binder和MessageQueue相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
《深入理解android 卷III》即将公布。作者是张大伟。此书填补了深入理解Android Framework卷中的一个主要空白，即Android Framework中和UI相关的部分。在一个特别讲究颜值的时代。本书分析了Android 4.2中WindowManagerService、ViewRoot、Input系统、StatusBar、Wallpaper等重要“颜值绘制/处理”模块
第2章 深入理解Java Binder和MessageQueue
本章主要内容：
· 介绍Binder系统的Java层框架
· 介绍MessageQueue
本章所涉及的源码文件名称及位置：
· IBinder.java
frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java
· Binder.java
frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java
· BinderInternal.java
frameworks/base/core/java/com/android/intenal/os/BinderInternal.java
· android_util_Binder.cpp
frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
· SystemServer.java
frameworks/base/services/java/com/android/servers/SystemServer.java
· ActivityManagerService.java
frameworks/base/services/java/com/android/servers/ActivityManagerService.java
· ServiceManager.java
frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java
· ServcieManagerNative.java
frameworks/base/core/java/android/os/ServcieManagerNative.java
· MessageQueue.java
frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
· android_os_MessageQueue.cpp
frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp
· Looper.cpp
frameworks/base/native/android/Looper.cpp
· Looper.h
frameworks/base/include/utils/Looper.h
· android_app_NativeActivity.cpp
frameworks/base/core/jni/android_app_NativeActivity.cpp
2.1 概述
由于本书所介绍的内容主要是以Java层的系统服务为主，因此Binder相关的应用在本书中比比皆是。
而MessageQueue作为Android中重要的任务调度工具，它的使用也是随处可见。所以本书有必要对这两个工具有所介绍。依据邓凡平的允许与推荐，本章由卷II第2章升级到4.2.2而来，并且添加了对AIDL相关的知识点的分析。
以本章作为本书Android分析之旅的开篇，将重点关注两个基础知识点，它们是：
· Binder系统在Java世界是怎样布局和工作的。
· MessageQueue的新职责。
先来分析Java层中的Binder。
建议 读者先阅读《深入理解Android：卷I》（以下简称“卷I”）的第6章“深入理解Binder”。网上有样章可下载。
2.2 Java层中的Binder分析
2.2.1 Binder架构总览
假设读者读过卷I第6章“深入理解Binder”。相信就不会对Binder架构中代表Client的Bp端及代表Server的Bn端感到陌生。Java层中Binder实际上也是一个C/S架构，并且其在类的命名上尽量保持与Native层一致。因此可觉得，Java层的Binder架构是Native层Binder架构的一个镜像。Java层的Binder架构中的成员如图2-1所看到的。
图 2 - 1 Java层中的Binder家族
由图2-1可知：
· 系统定义了一个IBinder接口类以及DeathRecepient接口。
· Binder类和BinderProxy类分别实现了IBinder接口。当中Binder类作为服务端的Bn的代表，而BinderProxy作为client的Bp的代表。
· 系统中还定义一个BinderInternal类。
该类是一个仅供Binder框架使用的类。它内部有一个GcWatcher类，该类专门用于处理和Binder相关的垃圾回收。
· Java层相同提供一个用于承载通信数据的Parcel类。
注意 IBinder接口类中定义了一个叫FLAG_ONEWAY的整型，该变量的意义非常重要。当client利用Binder机制发起一个跨进程的函数调用时，调用方（即client）通常会堵塞。直到服务端返回结果。这样的方式和普通的函数调用是一样的。
可是在调用Binder函数时，在指明了FLAG_ONEWAY标志后。调用方仅仅要把请求发送到Binder驱动就可以返回，而不用等待服务端的结果，这就是一种所谓的非堵塞方式。在Native层中，涉及的Binder调用基本都是堵塞的。可是在Java层的framework中。使用FLAG_ONEWAY进行Binder调用的情况非常多，以后经常会碰到。
思考 使用FLAG_ONEWAY进行函数调用的程序在设计上有什么特点？这里简单分析一下：对于使用FLAG_ONEWAY的函数来说，client仅向服务端发出了请求，可是并不能确定服务端是否处理了该请求。
所以。client通常会向服务端注冊一个回调（相同是跨进程的Binder调用），一旦服务端处理了该请求，就会调用此回调来通知client处理结果。当然，这样的回调函数也大多採用FLAG_ONEWAY的方式。
2.2.2 初始化Java层Binder框架
尽管Java层Binder系统是Native层Binder系统的一个Mirror，但这个Mirror终归还需借助Native层Binder系统来开展工作，即Mirror和Native层Binder有着千丝万缕的关系。一定要在Java层Binder正式工作之前建立这样的关系。以下分析Java层Binder框架是怎样初始化的。
在Android系统中。在Java初创时期。系统会提前注冊一些JNI函数。当中有一个函数专门负责搭建Java Binder和Native Binder交互关系。该函数是register_android_os_Binder，代码例如以下：
[android_util_Binder.cpp-->register_android_os_Binder()]
int register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
// 初始化Java Binder类和Native层的关系
if(int_register_android_os_Binder(env) < 0)
return -1;
// 初始化Java BinderInternal类和Native层的关系
if(int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0)
return -1;
// 初始化Java BinderProxy类和Native层的关系
if(int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0)
return -1;
......
return0;
}
据上面的代码可知，register_android_os_Binder函数完毕了Java Binder架构中最重要的3个类的初始化工作。
1. Binder类的初始化
int_register_android_os_Binder函数完毕了Binder类的初始化工作，代码例如以下：
[android_util_Binder.cpp-->int_register_android_os_Binder()]
static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv*env)
{
jclassclazz;
//kBinderPathName为Java层中Binder类的全路径名。“android/os/Binder“
clazz =env->FindClass(kBinderPathName);
/*gBinderOffSets是一个静态类对象。它专门保存Binder类的一些在JNI层中使用的信息，
如成员函数execTranscat的methodID,Binder类中成员mObject的fildID */
gBinderOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
gBinderOffsets.mExecTransact
=env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z");
gBinderOffsets.mObject
=env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I");
// 注冊Binder类中native函数的实现
returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(
env,kBinderPathName,
gBinderMethods,NELEM(gBinderMethods));
}
从上面代码可知。gBinderOffsets对象保存了和Binder类相关的某些在JNI层中使用的信息。
它们将用来在JNI层对Java层的Binder对象进行操作。
execTransact()函数以及mObject成员的用途将在2.2.3节介绍。
建议 假设读者对JNI不是非常清楚。可參阅卷I第2章“深入理解JNI”。
2. BinderInternal类的初始化
下一个初始化的类是BinderInternal。其代码在int_register_android_os_BinderInternal函数中。
[android_util_Binder.cpp-->int_register_android_os_BinderInternal()]
static intint_register_android_os_BinderInternal(JNIEnv* env)
{
jclassclazz;
// 依据BinderInternal的全路径名找到代表该类的jclass对象。
全路径名为
//“com/android/internal/os/BinderInternal”
clazz =env->FindClass(kBinderInternalPathName);
//gBinderInternalOffsets也是一个静态对象，用来保存BinderInternal类的一些信息
gBinderInternalOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
// 获取forceBinderGc的methodID
gBinderInternalOffsets.mForceGc
= env->GetStaticMethodID(clazz, "forceBinderGc","()V");
// 注冊BinderInternal类中native函数的实现
returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(
env,kBinderInternalPathName,
gBinderInternalMethods, NELEM(gBinderInternalMethods));
}
int_register_android_os_BinderInternal的工作内容和int_register_android_os_Binder的工作内容相似：
· 获取一些实用的methodID和fieldID。这表明JNI层一定会向上调用Java层的函数。
· 注冊相关类中native函数的实现。
3. BinderProxy类的初始化
int_register_android_os_BinderProxy完毕了BinderProxy类的初始化工作，代码稍显复杂。例如以下所看到的：
[android_util_Binder.cpp-->int_register_android_os_BinderProxy()]
static intint_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)
{
jclassclazz;
// ① gWeakReferenceOffsets用来和WeakReference类打交道
clazz =env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");
gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
// 获取WeakReference类get函数的MethodID
gWeakReferenceOffsets.mGet= env->GetMethodID(clazz, "get",
"()Ljava/lang/Object;");
// ② gErrorOffsets用来和Error类打交道
clazz =env->FindClass("java/lang/Error");
gErrorOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
// ③ gBinderProxyOffsets用来和BinderProxy类打交道
clazz =env->FindClass(kBinderProxyPathName);
gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);
gBinderProxyOffsets.mConstructor= env->GetMethodID(clazz,"<init>", "()V");
......//获取BinderProxy的一些信息
// ④ gClassOffsets用来和Class类打交道
clazz =env->FindClass("java/lang/Class");
gClassOffsets.mGetName =env->GetMethodID(clazz,
"getName","()Ljava/lang/String;");
// 注冊BinderProxy native函数的实现
returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(env,
kBinderProxyPathName,gBinderProxyMethods,
NELEM(gBinderProxyMethods));
}
据上面代码可知，int_register_android_os_BinderProxy函数除了初始化BinderProxy类外，还获取了WeakReference类和Error类的一些信息。
看来BinderProxy对象的生命周期会托付WeakReference来管理。难怪JNI层会获取该类get函数的MethodID。
至此。Java Binder几个重要成员的初始化已完毕。同一时候在代码中定义了几个全局静态对象，各自是gBinderOffsets、gBinderInternalOffsets和gBinderProxyOffsets。
框架的初始化事实上就是提前获取一些JNI层的使用信息，如类成员函数的MethodID。类成员变量的fieldID等。这项工作是必需的，由于它能节省每次使用时获取这些信息的时间。
当Binder调用频繁时，这些时间累积起来还是不容小觑的。
另外，这个过程中所创建的几个全局静态对象为JNI层訪问Java层的对象提供了依据。而在每个初始化函数中所运行的registerNativeMethods()方法则为Java层訪问JNI层打通了道路。
换句话说。Binder初始化的工作就是通过JNI建立起Native Binder与Java Binder之间互相通信的桥梁。
以下通过一个样例来分析Java Binder的工作流程。
2.2.3 窥一斑，可见全豹乎
这个样例源自ActivityManagerService，我们试图通过它揭示Java层Binder的工作原理。先来描写叙述一下该样例的分析步骤：
· 首先分析AMS怎样将自己注冊到ServiceManager。
· 然后分析AMS怎样响应client的Binder调用请求。
本例的起点是setSystemProcess，其代码例如以下所看到的：
[ActivityManagerService.java-->ActivityManagerService.setSystemProcess()]
public static void setSystemProcess() {
try {
ActivityManagerService m = mSelf;
// 将ActivityManagerService服务注冊到ServiceManager中
ServiceManager.addService("activity", m);......
} catch {... }
return;
}
上面所看到的代码行的目的是将ActivityManagerService服务（以后简称AMS）加到ServiceManager中。
在整个Android系统中有一个Native的ServiceManager（以后简称SM）进程。它统筹管理Android系统上的全部Service。成为一个Service的首要条件是先在SM中注冊。以下来看Java层的Service是怎样向SM注冊的。
1. 向ServiceManager注冊服务
（1）创建ServiceManagerProxy
向SM注冊服务的函数叫addService。其代码例如以下：
[ServiceManager.java-->ServiceManager.addService()]
public static void addService(String name, IBinderservice) {
try {
//getIServiceManager返回什么
getIServiceManager().addService(name, service);
}
......
}
首先须要搞清楚getIServiceManager()方法返回的是一个什么对象呢？參考事实上现：
[ServiceManager.java-->ServiceManager.getIServiceManager()]
private static IServiceManagergetIServiceManager() {
......
// 调用asInterface。传递的參数类型为IBinder
sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(
BinderInternal.getContextObject());
returnsServiceManager;
}
asInterface()方法的參数为BinderInternal.getContextObject()的返回值。于是这个简短的方法中有两个内容值得讨论：BinderInternal.getContextObject()以及asInterface()。
BinderInternal.getContextObject()方法是一个native的函数，參考事实上现：
[android_util_Binder.cpp-->android_os_BinderInternal_getContextObject()]
static jobjectandroid_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
/* 以下这句代码在卷I第6章具体分析过。它将返回一个BpProxy对象，当中
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,以下分析该函数
returnjavaObjectForIBinder(env, b);
}
可见，Java层的ServiceManager须要在Native层获取指向Native进程中ServiceManager的BpProxy。这个BpProxy不能由Java层的ServiceManager直接使用。于是android_os_BinderInteral_getContextObject()函数通过javaObjectForIBinder()函数将创建一个封装了这个BpProxy的一个Java对象并返回给调用者。ServiceManager便可一通过这个Java对象实现对BpProxy的訪问。參考这个Java对象的创建过程：
[android_util_Binder.cpp-->javaObjectForIBinder()]
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, constsp<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。以下这个findObject用来推断gBinderProxyOffsets
是否已经保存在ObjectManager中。
假设是。那就须要删除这个旧的object */
jobjectobject = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);
if(object != NULL) {
jobject res = env->CallObjectMethod(object,gWeakReferenceOffsets.mGet);
android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);
val->detachObject(&gBinderProxyOffsets);
env->DeleteGlobalRef(object);
}
// ① 创建一个新的BinderProxy对象。
并将它注冊到Native BpBinder对象的ObjectManager中
object =env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass,
gBinderProxyOffsets.mConstructor);
if(object != NULL) {
/* ② 把Native层的BpProxy的指针保存到BinderProxy对象的成员字段mObject中。
于是BinderProxy对象的Native方法能够通过mObject获取BpProxy对象的指针。
这个操作是将BinderProxy与BpProxy联系起来的纽带 */
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对象注冊（attach）到BpBinder的ObjectManager中，
同一时候注冊一个回收函数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()));
// 添加该Proxy对象的引用计数
android_atomic_inc(&gNumProxyRefs);
/*以下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);
}
returnobject;
}
BinderInternal.getContextObject的代码有点多，简单整理一下。可知该函数完毕了以下两个工作：
· 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。
接下来讨论asInterface()方法。大家还记得在Native层Binder中那个著名的interface_cast宏吗？在Java层中，尽管没有这样的宏。可是定义了一个相似的函数asInterface。
以下来分析ServiceManagerNative类的asInterface函数，其代码例如以下：
[ServiceManagerNative.java-->ServiceManagerNative.asInterface()]
static public IServiceManager asInterface(IBinderobj)
{
......// 以obj为參数。创建一个ServiceManagerProxy对象
returnnew ServiceManagerProxy(obj);
}
上面代码和Native层interface_cast非常相似，都是以一个BpProxy对象为參数构造一个和业务相关的Proxy对象。比如这里的ServiceManagerProxy对象。ServiceManagerProxy对象的各个业务函数会将相应请求打包后交给BpProxy对象。终于由BpProxy对象发送给Binder驱动以完毕一次通信。
说明 实际上BpProxy也不会直接和Binder驱动交互，真正和Binder驱动交互的是IPCThreadState。
（2）addService函数分析
如今来分析ServiceManagerProxy的addService函数，其代码例如以下：
[ServcieManagerNative.java-->ServiceManagerProxy.addService()]
public void addService(String name, IBinderservice)
throwsRemoteException {
Parceldata = Parcel.obtain();
Parcelreply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
data.writeString(name);
// 注意以下这个writeStrongBinder函数，后面我们会具体分析它
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。事实上现函数的代码例如以下所看到的：
[android_util_Binder.cpp-->android_os_BinderProxy_transact()]
static jbooleanandroid_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
jint code, jobject dataObj,
jobject replyObj, jint flags)
{
......
// 从Java的Parcel对象中得到作为參数的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_terr = target->transact(code, *data, reply, flags);
......
signalExceptionForError(env,obj, err);
returnJNI_FALSE;
}
看了上面的代码会发现，Java层的Binder终于还是要借助Native的Binder进行通信的。
说明 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。可是从通信角度看，不论架构的编写採用的是Native语言还是Java语言，仅仅要把请求传递到Binder驱动就能够了，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，也能够不使用架构（即没有使用不论什么接口、派生之类的东西）而直接和binder交互，比如ServiceManager作为Binder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的目的虽是简单的（即打开binder设备，然后读请求和写回复）。可是架构是复杂的（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。实现仅仅只是是达到该目的的一种手段和方式。脱离目的的实现，如缘木求鱼。非常easy偏离事物本质。
在对addService进行分析时曾提示writeStrongBinder是一个特别的函数。那么它特别在哪里呢？以下将给出解释。
（3）三人行之Binder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder
ActivityManagerService从ActivityManagerNative类派生，并实现了一些接口。当中和Binder的相关的仅仅有这个ActivityManagerNative类。其原型例如以下：
[ActivityManagerNative.java-->ActivityManagerNative]
public abstract class ActivityManagerNative
extends Binder
implementsIActivityManager
ActivityManagerNative从Binder派生，并实现了IActivityManager接口。以下来看ActivityManagerNative的构造函数：
[ActivityManagerNative.java-->ActivityManagerNative.ActivityManagerNative()]
public ActivityManagerNative() {
attachInterface(this, descriptor);// 该函数非常easy，读者可自行分析
}
而ActivityManagerNative父类的构造函数则是Binder的构造函数：
[Binder.java-->Binder.Binder()]
public Binder() {
init();
}
Binder构造函数中会调用native的init函数，事实上现的代码例如以下：
[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。那么，JavaBBinderHolder是何方神圣呢？其定义例如以下：
[android_util_Binder.cpp-->JavaBBinderHolder]
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;
};
从派生关系上能够发现，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？细致观察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？答案在以下这句代码中：
//当中。data是Parcel对象。service此时还是ActivityManagerService
data.writeStrongBinder(service);
writeStrongBinder会做一个替换工作，以下是它的native代码实现：
[android_util_Binder.cpp-->android_os_Parcel_writeStrongBinder()]
static voidandroid_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env,
jobject clazz, jobject object)
{
/*parcel是一个Native的对象，writeStrongBinder的真正參数是
ibinderForJavaObject()的返回值*/
conststatus_t err = parcel->writeStrongBinder(
ibinderForJavaObject(env, object));
}
[android_util_Binder.cpp-->ibinderForJavaObject()]
sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv*env, jobject obj)
{
/* 假设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;
}
// 假设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);
}
returnNULL;
}
依据上面的介绍会发现，addService实际加入到Parcel的并非AMS本身，而是一个叫JavaBBinder的对象。
正是将它终于传递到Binder驱动。
读者此时easy想到，Java层中全部的Binder相应的都是这个JavaBBinder。当然。不同的Binder对象相应不同的JavaBBinder对象。
图2-2展示了Java Binder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder的关系。
图 2 - 2 Java Binder 、JavaBBinderHolder和JavaBBinder三者的关系
从图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JavaBBinder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。这里不便妄加揣測。但从JavaBBinderHolder的实现上来分析，预计和垃圾回收（内存管理）有关，由于JavaBBinderHolder中的mBinder对象的类型被定义成弱引用wp了。
建议 对此有更好的解释的读者，最好还是与大家分享一下。
2. ActivityManagerService响应请求
初见JavaBBinde时，多少有些惊讶。
回想一下Native层的Binder架构：尽管在代码中调用的是Binder类提供的接口，但其对象却是一个实际的服务端对象，比如MediaPlayerService对象。AudioFlinger对象。
而在Java层的Binder架构中，JavaBBinder却是一个和业务全然无关的对象。那么，这个对象怎样实现不同业务呢？
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。
说明 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-->JavaBBinder::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execTranscat函数
jbooleanres = env->CallBooleanMethod(mObject,
gBinderOffsets.mExecTransact,code,
(int32_t)&data, (int32_t)reply, flags);
......
returnres != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;
}
就本例而言，上面代码中的mObject就是ActivityManagerService，如今调用它的execTransact()方法，该方法在Binder类中实现。具体代码例如以下：
[Binder.java-->Binder.execTransact()]
private boolean execTransact(int code, intdataObj, int replyObj,int flags) {
Parceldata = Parcel.obtain(dataObj);
Parcelreply = Parcel.obtain(replyObj);
booleanres;
try {
//调用onTransact函数，派生类能够又一次实现这个函数，以完毕业务功能
res= onTransact(code, data, reply, flags);
} catch{ ... }
reply.recycle();
data.recycle();
returnres;
}
ActivityManagerNative类实现了onTransact函数。代码例如以下：
[ActivityManagerNative.java-->ActivityManagerNative.onTransact()]
public boolean onTransact(int code, Parcel data,Parcel reply, int flags)
throws RemoteException {
switch(code) {
caseSTART_ACTIVITY_TRANSACTION:
{
data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);
IBinder b = data.readStrongBinder();
......
//再由ActivityManagerService实现业务函数startActivity
intresult = startActivity(app, intent, resolvedType,
grantedUriPermissions, grantedMode, resultTo, resultWho,
requestCode, onlyIfNeeded, debug, profileFile,
profileFd, autoStopProfiler);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(result);
return true;
}
.... // 处理其它请求的case
}
}
由此能够看出。JavaBBinder仅是一个传声筒。它本身不实现不论什么业务函数。其工作是：
· 当它收到请求时，仅仅是简单地调用它所绑定的Java层Binder对象的exeTransact。
· 该Binder对象的exeTransact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毕。
请读者务必注意当中的多层继承关系。
通过这样的方式。来自client的请求就能传递到正确的Java Binder对象了。
图2-3展示AMS响应请求的整个流程。
图 2 - 3 AMS响应请求的流程
在图2-3中，右上角的慷慨框表示AMS这个对象，其间的虚线箭头表示调用子类重载的函数。
2.2.4 理解AIDL
经过上一节的介绍。读者已经明确在Java层Binder的架构中，Bp端能够通过BinderProxy的transact()方法与Bn端发送请求。而Bn端通过继承Binder类并重写onTransact()接收并处理来自Bp端的请求。
这个结构非常清楚并且简单。可是实现起来却颇为繁琐。于是Android提供了AIDL语言以及AIDL解释器自己主动生成一个服务的Bn端即Bp端的用于处理Binder通信的代码。
AIDL的语法与定义一个Java接口的语法非常相似。为了避免业务实现对分析的干扰，本节通过一个最简单的样例对AIDL的原理进行介绍：
[IMyServer.aidl]
package com.understanding.samples;
interface IMyServer {
intfoo(String str);
}
IMyServer.aidl定义了一个名为IMyServer的Binder服务，并提供了一个能够跨Binder调用的接口foo()。能够通过aidl工具将其解析为一个实现了Bn端及Bp端通过Binder进行通信的Java源码。具体命令例如以下：
aidl com/understanding/samples/IMyServer.aidl
生成的IMyServer.java能够在com/understanding/samples/文件夹下找到。
建议 读者能够阅读aidl有关的文档了解此工具的具体功能。
[IMyServer.java-->IMyServer]
package com.understanding.samples;
/* ① 首先。IMyServer.aidl被解析为一个Java接口IMyServer。这个接口定义了AIDL文件里
所定义的接口foo() */
public interface IMyServer extendsandroid.os.IInterface {
/*② aidl工具生成了一个继承自IMyServer接口的抽象类IMyServer.Stub。这个抽象类实现了
Bn端通过onTransact()方法接收来自Bp端的请求的代码。
本例中的foo()方法在这个类中
会被定义成一个抽象方法。由于aidl工具根不知道foo()方法是做什么的。它仅仅能在onTransact()
中得知Bp端希望对foo()方法进行调用。所以Stub类是抽象的。 */
publicstatic abstract class Stub extends android.os.Binder implements
com.understanding.samples.IMyServer{
...... // Stub类的其它实现
/*onTransact()依据code的值选择调用IMyServer接口中的不同方法。本例中
TRANSACTION_foo意味着须要通过调用foo()方法完毕请求 */
public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data,
android.os.Parcel reply, int flags)
throws android.os.RemoteException {
switch (code) {
......
case TRANSACTION_foo: {
...... // 从data中读取參数_arg0
// Stub类的子类须要实现foo()方法
int _result = this.foo(_arg0);
...... // 向reply中写入_result
return true;
}
}
return super.onTransact(code, data, reply, flags);
}
/* ③ aidl工具还生成了一个继承自IMyServer接口的类Proxy，它是Bp端的实现。
与Bn端的
Stub类不同。它实现了foo()函数。
由于foo()函数在Bp端的实现是确定的，即将參数存储到
Parcel中然后运行transact()方法将请求发送给Bn端。然后从reply中读取返回值并返回
给调用者 */
private static class Proxy implements com.understanding.samples.IMyServer{
...... // Proxy类的其它实现
public int foo(java.lang.String str)
throws android.os.RemoteException {
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
int _result;
try {
...... // 将參数str写入參数_data
// mRemote就是指向IMyServer Bn端的BinderProxy
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_foo, _data, _reply, 0);
......// 从_replay中读取返回值_result
} finally { ...... }
return _result;
}
}
// TRANSACTION_foo常量用于定义foo()方法的code
static final int TRANSACTION_foo =
(android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION+ 0);
}
// 声明IMyServer所提供的接口
publicint foo(java.lang.String str) throws android.os.RemoteException;
}
可见一个AIDL文件被aidl工具解析之后会产生三个物件：
· IMyServer接口。
它仅仅用来在Java中声明IMyServer.aidl中所声明的接口。
· IMyServer.Stub类。这个继承自Binder类的抽象类实现了Bn端与Binder通信相关的代码。
· IMyServer.Stub.Proxy类。这个类实现了Bp端与Binder通信相关的代码。
在完毕了aidl的解析之后，为了实现一个Bn端，开发人员须要继承IMyServer.Stub类并实现其抽象方法。
例如以下所看到的：
class MyServer extends IMyServer.Stub {
intfoo(String str) {
// 做点什么都能够
returnstr.length();
}
}
于是每个MyServer类的实例，都具有了作为Bn端的能力。
典型的做法是将MyServer类的实例通过ServiceManager.addService()将其注冊为一个系统服务，或者在一个Android标准Service的onBind()方法中将其作为返回值使之能够被其它进程訪问。另外，也能够通过Binder调用将其传递给另外一个进程，使之成为一个跨进程的回调对象。
那么Bp端将怎样使用IMyServer.Proxy呢？在Bp端所在进程中。一旦获取了IMyServer的BinderProxy（通过ServiceManager.getService()、onServiceConnected()或者其它方式）。就能够以例如以下方式获得一个IMyServer.Proxy：
// 当中binderProxy就是通过ServiceManager.getService()所获取
IMyServer remote = IMyServer.Stub.asInterface(binderProxy);
remote.foo(“Hello AIDL!”);
IMyServer.Stub.asInterface()的实现例如以下：
[IMyServer.java-->IMyServer.Stub.asInterface()]
public static com.understanding.samples.IMyServerasInterface(
android.os.IBinder obj) {
......
// 创建一个IMyServer.Stub.Proxy。
当中參数obj将会被保存为Proxy类的mRemote成员。
return new com.understanding.samples.IMyServer.Stub.Proxy(obj);
}
可见，AIDL使得构建一个Binder服务的工作大大地简化了。
2.2.5 Java层Binder架构总结
图2-4展示了Java层的Binder架构。
图 2 - 4 Java层Binder架构
依据图2-4可知：
q 对于代表client的BinderProxy来说，Java层的BinderProxy在Native层相应一个BpBinder对象。凡是从Java层发出的请求，首先从Java层的BinderProxy传递到Native层的BpBinder，继而由BpBinder将请求发送到Binder驱动。
q 对于代表服务端的Service来说，Java层的Binder在Native层有一个JavaBBinder对象。
前面介绍过，全部Java层的Binder在Native层都相应为JavaBBinder。而JavaBBinder仅起到中转作用。即把来自client的请求从Native层传递到Java层。
q 系统中依旧仅仅有一个Native的ServiceManager。
至此，Java层的Binder架构已介绍完毕。从前面的分析能够看出，Java层Binder非常依赖Native层的Binder。
建议想进一步了解Binder的读者们，要深入了解这一问题，有必要阅读卷I的第6章“深入理解Binder”。
2.3 心系两界的MessageQueue
卷I第5章介绍过。MessageQueue类封装了与消息队列有关的操作。
在一个以消息驱动的系统中。最重要的两部分就是消息队列和消息处理循环。在Andrid 2.3曾经，仅仅有Java世界的居民有资格向MessageQueue中加入消息以驱动Java世界的正常运转，但从Android 2.3開始，MessageQueue的核心部分下移至Native层，让Native世界的居民也能利用消息循环来处理他们所在世界的事情。
因此如今的MessageQueue心系Native和Java两个世界。
2.3.1 MessageQueue的创建
如今来分析MessageQueue是怎样跨界工作的。其代码例如以下：
[MessageQueue.java-->MessageQueue.MessageQueue()]
MessageQueue() {
nativeInit();//构造函数调用nativeInit，该函数由Native层实现
}
nativeInit()方法的真正实现为android_os_MessageQueue_nativeInit()函数，其代码例如以下：
[android_os_MessageQueue.cpp-->android_os_MessageQueue_nativeInit()]
static voidandroid_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jobject obj) {
// NativeMessageQueue是MessageQueue在Native层的代表
NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = newNativeMessageQueue();
......
// 将这个NativeMessageQueue对象设置到Java层保存
android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(env,obj,
nativeMessageQueue);
}
nativeInit函数在Native层创建了一个与MessageQueue相应的NativeMessageQueue对象，其构造函数例如以下：
[android_os_MessageQueue.cpp-->NativeMessageQueue::NativeMessageQueue()]
NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() {
/* 代表消息循环的Looper也在Native层中呈现身影了。依据消息驱动的知识，一个线程会有一个
Looper来循环处理消息队列中的消息。以下一行的调用就是取得保存在线程本地存储空间
（Thread Local Storage）中的Looper对象 */
mLooper= Looper::getForThread();
if (mLooper == NULL) {
/* 如为第一次进来，则该线程没有设置本地存储，所以须先创建一个Looper，然后再将其保存到
TLS中，这是非经常见的一种以线程为单位的单例模式*/
mLooper = new Looper(false);
Looper::setForThread(mLooper);
}
}
Native的Looper是Native世界中參与消息循环的一位重要角色。
尽管它的类名和Java层的Looper类一样，但此二者事实上并无不论什么关系。
这一点以后还将具体分析。
2.3.2 提取消息
当一切准备就绪后，Java层的消息循环处理，也就是Looper会在一个循环中提取并处理消息。消息的提取就是调用MessageQueue的next()方法。当消息队列为空时。next就会堵塞。MessageQueue同一时候支持Java层和Native层的事件，那么其next()方法该怎么实现呢？具体代码例如以下：
[MessagQueue.java-->MessageQueue.next()]
final Message next() {
int pendingIdleHandlerCount = -1;
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
......
// mPtr保存了NativeMessageQueue的指针。调用nativePollOnce进行等待
nativePollOnce(mPtr,nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
// mMessages用来存储消息，这里从当中取一个消息进行处理
final Message msg = mMessages;
if (msg != null) {
final long when = msg.when;
if (now >= when) {
mBlocked = false;
mMessages = msg.next;
msg.next = null;
msg.markInUse();
return msg; // 返回一个Message给Looper进行派发和处理
} else {
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(when- now,
Integer.MAX_VALUE);
}
} else {
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
......
/* 处理注冊的IdleHandler，当MessageQueue中没有Message时，
Looper会调用IdleHandler做一些工作，比如做垃圾回收等 */
......
pendingIdleHandlerCount = 0;
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
}
看到这里，可能会有人觉得这个MessageQueue非常easy，不就是从曾经在Java层的wait变成如今Native层的wait了吗？可是事情本质比表象要复杂得多，来思考以下的情况：
nativePollOnce()返回后，next()方法将从mMessages中提取一个消息。
也就是说。要让nativePollOnce()返回，至少要加入一个消息到消息队列。否则nativePollOnce()只是是做了一次无用功罢了。
假设nativePollOnce()将在Native层等待，就表明Native层也能够投递Message，可是从Message类的实现代码上看，该类和Native层没有建立不论什么关系。
那么nativePollOnce()在等待什么呢？
对于上面的问题，相信有些读者心中已有了答案：nativePollOnce()不仅在等待Java层来的Message，实际上还在Native还做了大量的工作。
以下我们来分析Java层投递Message并触发nativePollOnce工作的正常流程。
1. 在Java层投递Message以上是关于《深入理解Android 卷III》第二章 深入理解Java Binder和MessageQueue的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
《深入理解Android 卷III》第四章 深入理解WindowManagerService