Android跨進程通信IPC之18——Binder之Framework層Java篇--獲取服務

移步系列Android跨進程通信IPC系列

系統服務的使用Android跨進程通信IPC之20——系統服務的使用

1 ServiceManager.getService()方法

//frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java    49行
public static IBinder getService(String name) {
    try {
        //先從緩存中查看
        IBinder service = sCache.get(name); 
        if (service != null) {
            return service;
        } else {
            return getIServiceManager().getService(name); 
        }
    } catch (RemoteException e) {
        Log.e(TAG, "error in getService", e);
    }
    return null;
}
    1. 先從緩存中取出,如果有,則直接return。其中sCache是以HashMap格式的緩存
  • 2、如果沒有調用getIServiceManager().getService(name)獲取一個,并且return

Android跨進程通信IPC之17——Binder之Framework層Java篇--注冊服務中我們知道

getIServiceManager()

等價于

new  ServiceManagerProxy(new BinderProxy())

2 ServiceManagerProxy.getService(name)

// frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java     118行
    public IBinder getService(String name) throws RemoteException {
        Parcel data = Parcel.obtain();
        Parcel reply = Parcel.obtain();
        data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
        data.writeString(name);
        //mRemote為BinderProxy
        mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
        //從replay里面解析出獲取的IBinder對象
        IBinder binder = reply.readStrongBinder();
        reply.recycle();
        data.recycle();
        return binder;
    }

這里面有兩個重點方法,一個是 mRemote.transact(),一個是 reply.readStrongBinder()。那我們就逐步研究下

3 mRemote.transact()方法

我們mRemote其實是BinderPoxy,那我們來看下BinderProxy的transact方法

//frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java   501行
    public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
        Binder.checkParcel(this, code, data, "Unreasonably large binder buffer");
        if (Binder.isTracingEnabled()) { Binder.getTransactionTracker().addTrace(); }
        return transactNative(code, data, reply, flags);
    }

     // frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java   507行
    public native boolean transactNative(int code, Parcel data, Parcel reply,
            int flags) throws RemoteException;

關于Binder.checkParcel()方法,上面已經說過了,就不詳細說了。transact()方法其實是調用了natvie的transactNative()方法,這樣就進入了JNI里面了

3.1 mRemote.transact()方法

// frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp     1083行
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;
    }
    //Java的 Parcel 轉為native的 Parcel
    Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);
    if (data == NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);
    if (reply == NULL && replyObj != NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    // gBinderProxyOffsets.mObject中保存的的是new BpBinder(0)對象
    IBinder* target = (IBinder*)
        env->GetLongField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
    if (target == NULL) {
        jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!");
        return JNI_FALSE;
    }

    ALOGV("Java code calling transact on %p in Java object %p with code %" PRId32 "\n",
            target, obj, code);

    bool time_binder_calls;
    int64_t start_millis;
    if (kEnableBinderSample) {
        // Only log the binder call duration for things on the Java-level main thread.
        // But if we don't
        time_binder_calls = should_time_binder_calls();

        if (time_binder_calls) {
            start_millis = uptimeMillis();
       }
    }

    //printf("Transact from Java code to %p sending: ", target); data->print();
    //gBinderProxyOffseets.mObject中保存的是new BpBinder(0) 對象
    status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);
    //if (reply) printf("Transact from Java code to %p received: ", target); reply->print();

    if (kEnableBinderSample) {
        if (time_binder_calls) {
            conditionally_log_binder_call(start_millis, target, code);
        }
    }

    if (err == NO_ERROR) {
        return JNI_TRUE;
    } else if (err == UNKNOWN_TRANSACTION) {
        return JNI_FALSE;
    }

    signalExceptionForError(env, obj, err, true /*canThrowRemoteException*/, data->dataSize());
    return JNI_FALSE;
}

上面代碼中,有一段重點代碼

status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);

3.2 BpBinder::transact()函數

/frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp    159行
status_t BpBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    if (mAlive) {
        status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
            mHandle, code, data, reply, flags);
        if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
        return status;
    }
    return DEAD_OBJECT;
}

其實是調用的IPCThreadState的transact()函數

3.3 BpBinder::transact()函數

//frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp    548行
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
                                  uint32_t code, const Parcel& data,
                                  Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    status_t err = data.errorCheck(); //數據錯誤檢查
    flags |= TF_ACCEPT_FDS;
    ....
    if (err == NO_ERROR) {
         // 傳輸數據
        err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
    }
    ...

    // 默認情況下,都是采用非oneway的方式, 也就是需要等待服務端的返回結果
    if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
        if (reply) {
            //等待回應事件
            err = waitForResponse(reply);
        }else {
            Parcel fakeReply;
            err = waitForResponse(&fakeReply);
        }
    } else {
        err = waitForResponse(NULL, NULL);
    }
    return err;
}

主要就是兩個步驟

  • 首先,調用writeTransactionData()函數 傳輸數據
  • 其次,調用waitForResponse()函數來獲取返回結果

那我們來看下waitForResponse()函數里面的重點實現

3.4 IPCThreadState::waitForResponse函數

//frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp    712行
status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    int32_t cmd;
    int32_t err;
    while (1) {
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break; 
        ...
        cmd = mIn.readInt32();
        switch (cmd) {
          case BR_REPLY:
          {
            binder_transaction_data tr;
            err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
            if (reply) {
                if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) {
                    //當reply對象回收時,則會調用freeBuffer來回收內存
                    reply->ipcSetDataReference(
                        reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
                        tr.data_size,
                        reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
                        tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t),
                        freeBuffer, this);
                } else {
                    ...
                }
            }
          }
          case :...
        }
    }
    ...
    return err;
}

這時候就在等待回復了,如果有回復,則通過cmd = mIn.readInt32()函數獲取命令

3.5 IPCThreadState::waitForResponse函數

//
void binder_send_reply(struct binder_state *bs,
                       struct binder_io *reply,
                       binder_uintptr_t buffer_to_free,
                       int status)
{
    struct {
        uint32_t cmd_free;
        binder_uintptr_t buffer;
        uint32_t cmd_reply;
        struct binder_transaction_data txn;
    } __attribute__((packed)) data;
    //free buffer命令
    data.cmd_free = BC_FREE_BUFFER; 
    data.buffer = buffer_to_free;
    // reply命令
    data.cmd_reply = BC_REPLY; // reply命令
    data.txn.target.ptr = 0;
    data.txn.cookie = 0;
    data.txn.code = 0;
    if (status) {
        ...
    } else {=
    
        data.txn.flags = 0;
        data.txn.data_size = reply->data - reply->data0;
        data.txn.offsets_size = ((char*) reply->offs) - ((char*) reply->offs0);
        data.txn.data.ptr.buffer = (uintptr_t)reply->data0;
        data.txn.data.ptr.offsets = (uintptr_t)reply->offs0;
    }
    //向Binder驅動通信
    binder_write(bs, &data, sizeof(data));
}

binder_write將BC_FREE_BUFFER和BC_REPLY命令協議發送給驅動,進入驅動。
在驅動里面bingder_ioctl -> binder_ioctl_write_read ->binder_thread_write,由于是BC_REPLY命令協議,則進入binder_transaction,該方法會向請求服務的線程TODO隊列插入事務。接來下,請求服務的進程在執行talkWithDriver的過程執行到binder_thread_read(),處理TODO隊列的事物。

4 Parcel.readStrongBinder()方法

其實Parcel.readStrongBinder()的過程基本上就是writeStrongBinder的過程。
我們先來看下它的源碼

//frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java    1686行
    /**
     * Read an object from the parcel at the current dataPosition().
     * 在當前的 dataPosition()位置上讀取一個對象
     */
    public final IBinder readStrongBinder() {
        return nativeReadStrongBinder(mNativePtr);
    }


  private static native IBinder nativeReadStrongBinder(long nativePtr);

其實它內部是調用的是nativeReadStrongBinder()方法,通過上面的源碼我們知道nativeReadStrongBinder是一個native的方法,所以通過JNI調用到android_os_Parcel_readStrongBinder這個函數

4.1 android_os_Parcel_readStrongBinder()函數

//frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp          429行
static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr)
{
    Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
    if (parcel != NULL) {
        return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());
    }
    return NULL;
}

javaObjectForIBinder將native層BpBinder對象轉換為Java層的BinderProxy對象。
上面的函數中,調用了readStrongBinder()函數

4.2 readStrongBinder()函數

//frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp  1334行
sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
    sp<IBinder> val;
    unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
    return val;
}

這里面也很簡單,主要是調用unflatten_binder()函數

4.3 unflatten_binder()函數

//frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp  293行
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
    const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
    const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
    if (flat) {
        switch (flat->type) {
            case BINDER_TYPE_BINDER:
                *out = reinterpret_cast<IBinder*>(flat->cookie);
                return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
            case BINDER_TYPE_HANDLE:
                //進入該分支
                *out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
                //創建BpBinder對象
                return finish_unflatten_binder(
                    static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
        }
    }
    return BAD_TYPE;
}

PS:在/frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp/frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp 里面有兩個unflatten_binder()函數,其中區別點是,最后一個入參,一個是sp<IBinder>* out,另一個是wp<IBinder>* out。大家別弄差了。

在unflatten_binder里面進入 case BINDER_TYPE_HANDLE: 分支,然后執行getStrongProxyForHandle()函數。

4.4 getStrongProxyForHandle()函數

sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
    sp<IBinder> result;

    AutoMutex _l(mLock);
    //查找handle對應的資源項
    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);

    if (e != NULL) {
        IBinder* b = e->binder;
        if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
            ...
            //當handle值所對應的IBinder不存在或弱引用無效時,則創建BpBinder對象
            b = new BpBinder(handle);
            e->binder = b;
            if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
            result = b;
        } else {
            result.force_set(b);
            e->refs->decWeak(this);
        }
    }
    return result;
}

經過該方法,最終創建了指向Binder服務端的BpBinder代理對象。所以說javaObjectForIBinder將native層的BpBinder對象轉化為Java層BinderProxy對象。也就是說通過getService()最終取得了指向目標Binder服務器的代理對象BinderProxy。

5 總結

所以說getService的核心過程:

public static IBinder getService(String name) {
    ...
    //此處還需要將Java層的Parcel轉化為Native層的Parcel
    Parcel reply = Parcel.obtain(); 
    // 與Binder驅動交互
    BpBinder::transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, *data, reply, 0);  
    IBinder binder = javaObjectForIBinder(env, new BpBinder(handle));
    ...
}

javaObjectForIBinder作用是創建BinderProxy對象,并將BpBinder對象的地址保存到BinderProxy對象的mObjects中,獲取服務過程就是通過BpBinder來發送GET_SERVICE_TRANSACTION命令,實現與binder驅動進行數據交互。

參考

Android跨進程通信IPC之10——Binder之Framework層Java篇

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