腾讯面试官：了解Java Binder中的系统服务吗？

本文首发于微信公众号「后厂技术官」

关联系列
Android AOSP基础系列
Android系统启动系列
应用进程启动系列
Android深入四大组件系列
Android深入理解Context系列
Android深入理解JNI系列
Android解析WindowManager
Android解析WMS系列
Android解析AMS系列
Android包管理机制系列
Android输入系统系列

更多的内容请关注我的独立博客的知识体系:
http://liuwangshu.cn/system/

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类型的弱引用，在注释1处得到sp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。
腾讯面试官：了解Java Binder中的系统服务吗？_第1张图片

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。

感谢
《深入理解Android卷二》
《深入理解Android卷三》
http://gityuan.com/2015/11/21/binder-framework/

分享Java、Python、大数据、算法、大前端、AI相关技术，关注程序员技术提升和职场晋升，助力10W+程序员进阶为技术官和架构师！
腾讯面试官：了解Java Binder中的系统服务吗？_第2张图片

前言