Java层的ServiceManager和Native层的ServiceManager的对应过程

几天前一个同事问Java层的Binder和Java层的ServiceManager和C++层的ServiceManager是如何对应起来的，竟然一时语噻，一段时间不关注就会感到陌生啊，现在再总结一下，只写Java层的，C++层的不写，C++ Binder的知识需掌握，java和native的基本概念及对应关系不讲。

Java层Binder的初始化过程

Binder最终是要和它的驱动打交道，Java层要调Linux内核层的东西必然要通过native方法，而对于android的系统服务，native和java的对应，总会有一个注册过程，先看这个注册是在哪实现的

JNI Binder的注册

Zygote在启动时：

app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[])
{
......
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
......
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
}
......
}

AppRuntime是AndroidRuntime的子类，它本身没有覆盖start方法，所以要去看AndroidRuntime类中的start方法

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
......
/*
* Register android functions.
*/
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
......
}

/*
* Register android native functions with the VM.
*/
/*static*/ int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{
......
if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
env->PopLocalFrame(NULL);
return -1;
}
......
}

gRegJNI是个数组：

static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
......
REG_JNI(register_android_os_Binder),
......
};

REG_JNI是一个宏定义

#ifdef NDEBUG
#define REG_JNI(name)      { name }
struct RegJNIRec {
int (*mProc)(JNIEnv*);
};
#else
#define REG_JNI(name)      { name, #name }
struct RegJNIRec {
int (*mProc)(JNIEnv*);
const char* mName;
};
#endif

gRegJNI是一个RegJNIRec的数组，所以gRegJNI的定义就变成了这样：

static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
......
{ register_android_os_Binder },
......
};

register_jni_procs函数如下：

static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv* env)
{
for (size_t i = 0; i < count; i++) {
if (array[i].mProc(env) < 0) {
#ifndef NDEBUG
ALOGD("----------!!! %s failed to load\n", array[i].mName);
#endif
return -1;
}
}
return 0;
}

就是循环调用gRegJNI数组中的函数，这时register_android_os_Binder(env)就被调用了。

register_android_os_Binder在AndroidRuntime.cpp中被声明为extern：

extern int register_android_os_Binder(JNIEnv* env);

实现它的地方是在android_util_Binder.cpp中：

int register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
if (int_register_android_os_Binder(env) < 0)
return -1;
if (int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0)
return -1;
if (int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0)
return -1;
......
return 0;
}

从名字上看，它要关联3个Java的类，分别是Binder, BinderInternal和BinderProxy，一个一个看来：

const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";

static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderPathName);

gBinderOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
gBinderOffsets.mExecTransact = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "execTransact", "(IJJI)Z");
gBinderOffsets.mObject = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mObject", "J");

return RegisterMethodsOrDie(
env, kBinderPathName,
gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods));
}

关联了android.os.Binder类，并会用到该类的mExecTransact域和execTransact方法，将其保存到gBinderOffsets对象中，也就意味着native会将某值保存到mExecTransact中，也会回调execTransact方法。

const char* const kBinderInternalPathName = "com/android/internal/os/BinderInternal";

static int int_register_android_os_BinderInternal(JNIEnv* env)
{
jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderInternalPathName);

gBinderInternalOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
gBinderInternalOffsets.mForceGc = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "forceBinderGc", "()V");

return RegisterMethodsOrDie(
env, kBinderInternalPathName,
gBinderInternalMethods, NELEM(gBinderInternalMethods));
}

关联了java的com.android.internal.os.BinderInternal类，保存了其forceBinderGc方法。

const char* const kBinderProxyPathName = "android/os/BinderProxy";

static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)
{
jclass clazz = FindClassOrDie(env, "java/lang/Error");
gErrorOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);

clazz = FindClassOrDie(env, kBinderProxyPathName);
gBinderProxyOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
gBinderProxyOffsets.mConstructor = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "<init>", "()V");
gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "sendDeathNotice",
"(Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;)V");

gBinderProxyOffsets.mObject = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mObject", "J");
gBinderProxyOffsets.mSelf = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mSelf",
"Ljava/lang/ref/WeakReference;");
gBinderProxyOffsets.mOrgue = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mOrgue", "J");

clazz = FindClassOrDie(env, "java/lang/Class");
gClassOffsets.mGetName = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "getName", "()Ljava/lang/String;");

return RegisterMethodsOrDie(
env, kBinderProxyPathName,
gBinderProxyMethods, NELEM(gBinderProxyMethods));
}

这个方法比较长，保存的Java的东西也比较多，值得注意的是，它还保存了BinderProxy的构造函数，也就是说它可能会主动new一个BinderProxy实例出来。

看到目前为止，native的Binder要对应到Java的3个类中，分别是android.os.Binder，com.android.internal.os.BinderInternal和android.os.BinderProxy。为了方便阅读，将它们的对应关系以类图的形式总结下：

将Java层的服务注册到ServiceManager中的过程

我们知道，native层的Binder有Bn和Bp之说，Bn应该是Binder Native的缩写，就是本地实现Binder的意思也可以说是C/S中的S，Bp是Binder Proxy的缩写，相当于C。

以PackageManagerService为例：

public static PackageManagerService main(Context
......
PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
factoryTest, onlyCore);
......
ServiceManager.addService("package", m);
return m;
}

public static void addService(String name, IBinder service) {
try {
getIServiceManager().addService(name, service, false);
} catch (RemoteException e) {
Log.e(TAG, "error in addService", e);
}
}

getIServiceManager返回的是一个IServiceManager类，且是个单例，最后调用的就是

private static IServiceManager getIServiceManager() {
if (sServiceManager != <
ee7b
span class="hljs-keyword">null) {
return sServiceManager;
}

// Find the service manager
sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());
return sServiceManager;
}

以上代码带来 三个问题，一个是BinderInternal.getContextObject()，一个是ServiceManagerNative.asInterface，另一个是addService的作用：

BinderInternal.getContextObject()的实质

ServiceManagerNative.asInterface中的参数是BinderInternal.getContextObject()，看它是native方法，对应的native代码就在刚刚看到的android_util_Binder.cpp文件中：

static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
// 是一个BpBinder
sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);
return javaObjectForIBinder(env, b);
}

jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
if (val == NULL) return NULL;

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

// For the rest of the function we will hold this lock, to serialize
// looking/creation/destruction of Java proxies for native Binder proxies.
AutoMutex _l(mProxyLock);

// Someone else's...  do we know about it?
// 1
jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);
if (object != NULL) {
jobject res = jniGetReferent(env, object);
if (res != NULL) {
ALOGV("objectForBinder %p: found existing %p!\n", val.get(), res);
return res;
}
LOGDEATH("Proxy object %p of IBinder %p no longer in working set!!!", object, val.get());
android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);
val->detachObject(&gBinderProxyOffsets);
env->DeleteGlobalRef(object);
}

//2
object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor);
if (object != NULL) {
LOGDEATH("objectForBinder %p: created new proxy %p !\n", val.get(), object);
// The proxy holds a reference to the native object.
//3
env->SetLongField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (jlong)val.get());
val->incStrong((void*)javaObjectForIBinder);

// The native object needs to hold a weak reference back to the
// proxy, so we can retrieve the same proxy if it is still active.
jobject refObject = env->NewGlobalRef(
env->GetObjectField(object, gBinderProxyOffsets.mSelf));
......
// Note that a new object reference has been created.
//4
android_atomic_inc(&gNumProxyRefs);
incRefsCreated(env);
}

return object;
}

首先判断下和Java层关联的Native层的BpBinder是否存在，如果存在，删除。

接着创建一个Java层的BinderProxy实例。

将Native层的BpBinder指针保存到java BinderProxy实例的mObject字段中，这样通过BinderProxy的mObject字段就可以操作Native层的BpBinder了。

原子增加gNumProxyRefs和gNumRefsCreated的数量，当gNumRefsCreated的值超过200，将会调用BinderInternal的forceBinderGc方法。

总结下：

创建了一个Native层的BpBinder;

将BpBinder的指针保存到BinderProxy的mObject，而BpBinder的通信对象就是Native的ServiceManager，这为Java和Native的ServiceManager的通信埋下了伏笔。

可以将BinderProxy说成Java层的Bp端。

ServiceManagerNative.asInterface的作用

static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)
{
if (obj == null) {
return null;
}
//1
IServiceManager in =
(IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);
if (in != null) {
return in;
}

//2
return new ServiceManagerProxy(obj);
}

obj是Native实例化的BinderProxy对象，BinderProxy的代码在Binder.java中，和Binder位于同一个文件中。queryLocalInterface的返回值为null。

实例化一个ServiceManagerProxy对象，该实例中有一个IBinder类型的mRemote字段，该字段保存BinderProxy实例。

public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {
mRemote = remote;
}

总结：

ServiceManagerNative.asInterface返回的是ServiceManagerProxy的实例，该实例实现IServiceManager的接口。

ServiceManagerProxy中通过mRemote字段保存了BinderProxy，也就是Java层的Bp端。

addService的作用

有上分析，当调用ServiceManager.addService时，实际上调用的是ServiceManagerProxy类中的addService，ServiceManagerProxy类位于ServiceManagerNative.java文件中。

public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated)
throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
data.writeString(name);
data.writeStrongBinder(service);
data.writeInt(allowIsolated ? 1 : 0);
//1
mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
reply.recycle();
data.recycle();
}

mRemote即为BinderProxy，它会调用transactNative，transactNative是个native方法，接着看这个方法。

static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
//1
IBinder* target = (IBinder*)
env->GetLongField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
if (target == NULL) {
jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!");
return JNI_FALSE;
}

//2
status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);
......
return JNI_FALSE;
}

取出保存在BinderProxy中的BpBinder对象的指针

向Native层的ServiceManager发送请求

总结：

Java层调用ServiceManger.addService后，最终是向Native层的ServiceManager请求增加服务的。

Native层的ServiceManager是只有一个的，而java层的ServiceManager相对于Native的ServiceManager也只是个C端，这样，不管是通过Native add service还是通过java add service，整个Android都可以拿到这个service的Binder。

Java Service端的Bp在哪里

这时候还有个疑问，当调用ServiceManager.addService时传入的Service应该对应到Native的BnBinder啊，现在对应关系如何体现呢？这个关系要重看下addService了。

addService第二个参数的类型是IBinder，它是个接口，而它的实现类是Binder，java上层能调用addService添加服务时，所有的实例都是Binder，根据java的规则，只要实例化，其父类的相应的构造函数必被调用：

public Binder() {
init();
......
}

init()是native方法，其实现在android_util_Binder.cpp中：

static void android_os_Binder_init(JNIEnv* env, jobject obj)
{
JavaBBinderHolder* jbh = new JavaBBinderHolder();
...
env->SetLongField(obj, gBinderOffsets.mObject, (jlong)jbh);
}

new一个native层的JavaBBinderHolder，并将其保存到Binder的mObject中。注意哦，虽然native层的gBinderOffsets.mObject是个static的，但java层的Binder的mObject可不是static的哦，就是说每个Binder实例都有一个Native的JavaBBinderHolder对象指针。

JavaBBinderHolder类的声明如下：

class JavaBBinderHolder : public RefBase
{
}

没有继承BBinder，还是没发现作为Bn端的踪影，需要再review下前面的流程，看下ServiceManagerProxy添加服务时发生了什么：

public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated)
throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain();
......
data.writeStrongBinder(service);
......
}

writeStrongBinder值得怀疑

writeStrongBinder发生了什么

Parcel的这个函数如下：

public final void writeStrongBinder(IBinder val) {
nativeWriteStrongBinder(mNativePtr, val);
}

nativeWriteStrongBinder的实现在android_os_Parcel.cpp中：

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));
if (err != NO_ERROR) {
signalExceptionForError(env, clazz, err);
}
}
}

调用了一个ibinderForJavaObject函数，该函数位于android_util_Binder.cpp中

sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj)
{
if (obj == NULL) return NULL;

if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {
JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*)
env->GetLongField(obj, gBinderOffsets.mObject);
return jbh != NULL ? jbh->get(env, obj) : NULL;
}

if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {
return (IBinder*)
env->GetLongField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
}

ALOGW("ibinderForJavaObject: %p is not a Binder object", obj);
return NULL;
}

传入的obj是Binder实例，所以刚刚创建的JavaBBinderHolder的get函数会被调用：

sp<JavaBBinder> get(JNIEnv* env, jobject obj)
{
AutoMutex _l(mLock);
sp<JavaBBinder> b = mBinder.promote();
if (b == NULL) {
b = new JavaBBinder(env, obj);
mBinder = b;
ALOGV("Creating JavaBinder %p (refs %p) for Object %p, weakCount=%" PRId32 "\n",
b.get(), b->getWeakRefs(), obj, b->getWeakRefs()->getWeakCount());
}

return b;
}

返回的是JavaBBinder实例，

class JavaBBinder : public BBinder
{
}

JavaBBinder继承了BBinder，所以最终添加到Native ServiceManager中的是这个对象，总结下它们的类图：



Java层的Binder对象拥有Native JavaBBinderHolder对象的指针，JavaBBinderHolder有JavaBBinder的，而JavaBBinder又有Java层Binder的对象。