理解Android Binder机制(3/3)：Java层
1. 在AOSP源码树中的路径
// Binder Framework JNI /frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.h /frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp /frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.h /frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp // Binder Framework Java接口 /frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java /frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java /frameworks/base/core/java/android/os/IInterface.java /frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java
2. 主要结构
Android应用程序使用Java语言开发，Binder框架自然也少不了在Java层提供接口。
前文中我们看到，Binder机制在C++层已经有了完整的实现。因此Java层完全不用重复实现，而是通过JNI衔接了C++层以复用其实现。
下图描述了Binder Framework Java层到C++层的衔接关系。
这里对图中Java层和JNI层的几个类做一下说明：
名称 类型 说明 ------------------------------------------------------------------- IInterface interface 供Java层Binder服务接口继承的接口 IBinder interface Java层的IBinder类，提供了transact方法来调用远程服务 Binder class 实现了IBinder接口，封装了JNI的实现。Java层Binder服务的基类 BinderProxy class 实现了IBinder接口，封装了JNI的实现。提供transact方法调用远程服务 JavaBBinderHolder class 内部存储了JavaBBinder JavaBBinder class 将C++端的onTransact调用传递到Java端 Parcel class Java层的数据包装器，见C++层的Parcel类分析
这里的IInterface，IBinder和C++层的两个类是同名的。这个同名并不是巧合：它们不仅仅同名，它们所起的作用，以及其中包含的接口都是几乎一样的，区别仅仅在于一个是C++层，一个是Java层而已。
除了IInterface，IBinder之外，这里Binder与BinderProxy类也是与C++的类对应的，下面列出了Java层和C++层类的对应关系：
C++ Java层 --------------------------- IInterface IInterface IBinder IBinder BBinder Binder BpProxy BinderProxy Parcel Parcel
3. JNI的衔接
JNI全称是Java Native Interface，这个是由Java虚拟机提供的机制。这个机制使得native代码可以和Java代码互相通讯。简单来说就是：我们可以在C/C++端调用Java代码，也可以在Java端调用C/C++代码。
关于JNI的详细说明，可以参见Oracle的官方文档：Java Native Interface ，这里不多说明。
实际上，在Android中很多的服务或者机制都是在C/C++层实现的，想要将这些实现复用到Java层，就必须通过JNI进行衔接。AOSP源码中， /frameworks/base/core/jni/ 目录下的源码就是专门用来对接Framework层的JNI实现的。
看一下Binder.java的实现就会发现，这里面有不少的方法都是用native关键字修饰的，并且没有方法实现体，这些方法其实都是在C++中实现的：
public static final native int getCallingPid(); public static final native int getCallingUid(); public static final native long clearCallingIdentity(); public static final native void restoreCallingIdentity(long token); public static final native void setThreadStrictModePolicy(int policyMask); public static final native int getThreadStrictModePolicy(); public static final native void flushPendingCommands(); public static final native void joinThreadPool();
在 android_util_Binder.cpp 文件中的下面这段代码，设定了Java方法与C++方法的对应关系：
static const JNINativeMethod gBinderMethods[] = { { "getCallingPid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingPid }, { "getCallingUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingUid }, { "clearCallingIdentity", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingIdentity }, { "restoreCallingIdentity", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingIdentity }, { "setThreadStrictModePolicy", "(I)V", (void*)android_os_Binder_setThreadStrictModePolicy }, { "getThreadStrictModePolicy", "()I", (void*)android_os_Binder_getThreadStrictModePolicy }, { "flushPendingCommands", "()V", (void*)android_os_Binder_flushPendingCommands }, { "init", "()V", (void*)android_os_Binder_init }, { "destroy", "()V", (void*)android_os_Binder_destroy }, { "blockUntilThreadAvailable", "()V", (void*)android_os_Binder_blockUntilThreadAvailable } };
这种对应关系意味着：当 Binder.java 中的 getCallingPid 方法被调用的时候，真正的实现其实是 android_os_Binder_getCallingPid，当 getCallingUid 方法被调用的时候，真正的实现其实是 android_os_Binder_getCallingUid，其他类同。
然后我们再看一下 android_os_Binder_getCallingPid 方法的实现就会发现，这里其实就是对接到了 libbinder 中了：
static jint android_os_Binder_getCallingPid(JNIEnv* env, jobject clazz) { return IPCThreadState::self()->getCallingPid(); }
这里看到了Java端的代码是如何调用的 libbinder 中的C++方法的。那么，相反的方向是如何调用的呢？最关键的，libbinder 中的 BBinder::onTransact 是如何能够调用到Java中的 Binder::onTransact 的呢？
这段逻辑就是 android_util_Binder.cpp 中 JavaBBinder::onTransact 中处理的了。JavaBBinder 是 BBinder 子类，其类结构如下：
JavaBBinder::onTransact关键代码如下：
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(); 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); ... }
请注意这段代码中的这一行：
jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,
code, reinterpret_cast<jlong>(&data), reinterpret_cast<jlong>(reply), flags);
这一行代码其实是在调用 mObject 上 offset 为 mExecTransact 的方法。这里的几个参数说明如下：
a. mObject 指向了Java端的Binder对象
b. gBinderOffsets.mExecTransact 指向了Binder类的 execTransact 方法
c. data 调用 execTransact 方法的参数
d. code, data, reply, flags 都是传递给调用方法 execTransact 的参数
而 JNIEnv.CallBooleanMethod 这个方法是由虚拟机实现的。即：虚拟机会提供native方法来调用一个Java Object上的方法（关于Android上的Java虚拟机，今后我们会专门讲解）。
这样，就在C++层的 JavaBBinder::onTransact 中调用了Java层 Binder::execTransact 方法。而在 Binder::execTransact 方法中，又调用了自身的 onTransact 方法，由此保证整个过程串联了起来：
private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj, int flags) { Parcel data = Parcel.obtain(dataObj); Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj); boolean res; try { res = onTransact(code, data, reply, flags); } catch (RemoteException|RuntimeException e) { if (LOG_RUNTIME_EXCEPTION) { Log.w(TAG, "Caught a RuntimeException from the binder stub implementation.", e); } if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) { if (e instanceof RemoteException) { Log.w(TAG, "Binder call failed.", e); } else { Log.w(TAG, "Caught a RuntimeException from the binder stub implementation.", e); } } else { reply.setDataPosition(0); reply.writeException(e); } res = true; } catch (OutOfMemoryError e) { RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e); reply.setDataPosition(0); reply.writeException(re); res = true; } checkParcel(this, code, reply, "Unreasonably large binder reply buffer"); reply.recycle(); data.recycle(); StrictMode.clearGatheredViolations(); return res; }
4. Java Binder服务举例
和C++层一样，这里我们还是通过一个具体的实例来看一下Java层的Binder服务是如何实现的。
下图是 ActivityManager 实现的类图:
下面是上图中几个类的说明：
类名 说明 ---------------------------------------------- IActivityManager Binder服务的公共接口 ActivityManagerProxy 供客户端调用的远程接口 ActivityManagerNative Binder服务实现的基类 ActivityManagerService Binder服务的真正实现
看过Binder C++层实现之后，对于这个结构应该也是很容易理解的，组织结构和C++层服务的实现是一模一样的。
对于Android应用程序的开发者来说，我们不会直接接触到上图中的几个类，而是使用 android.app.ActivityManager 中的接口。
这里我们就来看一下，android.app.ActivityManager 中的接口与上图的实现是什么关系。我们选取其中的一个方法来看一下：
public void getMemoryInfo(MemoryInfo outInfo) { try { ActivityManagerNative.getDefault().getMemoryInfo(outInfo); } catch (RemoteException e) { throw e.rethrowFromSystemServer(); } }
这个方法的实现调用了 ActivityManagerNative.getDefault() 中的方法，因此我们在来看一下 ActivityManagerNative.getDefault() 返回到到底是什么。
static public IActivityManager getDefault() { return gDefault.get(); } private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() { protected IActivityManager create() { IBinder b = ServiceManager.getService("activity"); if (false) { Log.v("ActivityManager", "default service binder = " + b); } IActivityManager am = asInterface(b); if (false) { Log.v("ActivityManager", "default service = " + am); } return am; } };
这段代码中我们看到，这里其实是先通过 IBinder b = ServiceManager.getService("activity"); 获取 ActivityManager 的 Binder 对象（“activity” 是ActivityManagerService的Binder 服务标识），接着我们再来看一下 asInterface(b) 的实现：
static public IActivityManager asInterface(IBinder obj) { if (obj == null) { return null; } IActivityManager in = (IActivityManager)obj.queryLocalInterface(descriptor); if (in != null) { return in; } return new ActivityManagerProxy(obj); }
这里应该是比较明白了：首先通过 queryLocalInterface 确定有没有本地Binder，如果有的话直接返回，否则创建一个 ActivityManagerProxy 对象。很显然，假设在 ActivityManagerService 所在的进程调用这个方法，那么 queryLocalInterface 将直接返回本地Binder，而假设在其他进程中调用，这个方法将返回空，由此导致其他调用获取到的对象其实就是 ActivityManagerProxy。而在拿到 ActivityManagerProxy 对象之后在调用其方法所走的路线我想读者应该也能明白了：那就是通过Binder驱动跨进程调用 ActivityManagerService 中的方法。
这里的 asInterface 方法的实现会让我们觉得似曾相识。是的，因为这里的实现方式和C++层的实现是一样的模式。
5. Java层的ServiceManager
源码路径：
frameworks/base/core/java/android/os/IServiceManager.java frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/BinderInternal.java frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
有Java端的Binder服务，自然也少不了Java端的 ServiceManager。我们先看一下Java端的 ServiceManager 的结构：
通过这个类图我们看到，Java层的 ServiceManager 和C++层的接口是一样的。
然后我们再选取 addService 方法看一下实现：
public static void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated) { try { getIServiceManager().addService(name, service, allowIsolated); } catch (RemoteException e) { Log.e(TAG, "error in addService", e); } } private static IServiceManager getIServiceManager() { if (sServiceManager != null) { return sServiceManager; } // Find the service manager sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject()); return sServiceManager; }
很显然，这段代码中，最关键就是 ServiceManagerNative.asInterface 这个调用，然后我们需要再看一下 BinderInternal.getContextObject() 和 ServiceManagerNative.asInterface 两个方法。
BinderInternal.getContextObject() 是一个JNI方法，其实现代码在 android_util_Binder.cpp 中：
static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz) { sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL); return javaObjectForIBinder(env, b); }
而 ServiceManagerNative.asInterface 的实现和其他的Binder服务是一样的套路：
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); }
先通过 queryLocalInterface 查看能不能获得本地Binder，如果无法获取，则创建并返回 ServiceManagerProxy 对象。
而 ServiceManagerProxy 自然也是和其他Binder Proxy一样的实现套路：
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); mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0); reply.recycle(); data.recycle(); }
有了上文的讲解，这段代码应该都是比较容易理解的了。
6. 关于AIDL
作为Binder机制的最后一个部分内容，我们来讲解一下开发者经常使用的AIDL机制是怎么回事。
AIDL全称是Android Interface Definition Language，它是Android SDK提供的一种机制。借助这个机制，应用可以提供跨进程的服务供其他应用使用。AIDL的详细说明可以参见官方开发文档：https://developer.android.com/guide/components/aidl.html 。
这里，我们就以官方文档上的例子看来一下AIDL与Binder框架的关系。
开发一个基于AIDL的Service需要三个步骤：
a. 定义一个.aidl文件
b. 实现接口
c. 暴露接口给客户端使用
aidl文件使用Java语言的语法来定义，每个.aidl文件只能包含一个interface，并且要包含interface的所有方法声明。
默认情况下，AIDL支持的数据类型包括：
a. 基本数据类型（即int，long，char，boolean等）
b. String
c. CharSequence
d. List（List的元素类型必须是AIDL支持的）
e. Map（Map中的元素必须是AIDL支持的）
对于AIDL中的接口，可以包含0个或多个参数，可以返回void或一个值。所有非基本类型的参数必须包含一个描述是数据流向的标签，可能的取值是：in，out 或者 inout。
下面是一个aidl文件的示例：
// IRemoteService.aidl package com.example.android; // Declare any non-default types here with import statements /** Example service interface */ interface IRemoteService { /** Request the process ID of this service, to do evil things with it. */ int getPid(); /** Demonstrates some basic types that you can use as parameters * and return values in AIDL. */ void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, String aString); }
这个文件中包含了两个接口 ：
getPid 一个无参的接口，返回值类型为int
basicTypes，包含了几个基本类型作为参数的接口，无返回值
对于包含.aidl文件的工程，Android IDE（以前是Eclipse，现在是Android Studio）在编译项目的时候，会为aidl文件生成对应的Java文件。
针对上面这个aidl文件生成的java文件中包含的结构如下图所示：
在这个生成的Java文件中，包括了：
a. 一个名称为 IRemoteService 的 interface，该 interface 继承自 android.os.IInterface 并且包含了我们在aidl文件中声明的接口方法
b. IRemoteService 中包含了一个名称为 Stub 的静态内部类，这个类是一个抽象类，它继承自 android.os.Binder 并且实现了 IRemoteService 接口。这个类中包含了一个 onTransact 方法
c. Stub 内部又包含了一个名称为 Proxy 的静态内部类，Proxy 类同样实现了 IRemoteService 接口
仔细看一下Stub类和Proxy两个中包含的方法，是不是觉得很熟悉？是的，这里和前面介绍的服务实现是一样的模式。这里我们列一下各层类的对应关系：
C++ Java层 AIDL ------------------------------------- BpXXX XXXProxy IXXX.Stub.Proxy BnXXX XXXNative IXXX.Stub
为了整个结构的完整性，最后我们还是来看一下生成的Stub和Proxy类中的实现逻辑。
Stub是提供给开发者实现业务的父类，而Proxy的实现了对外提供的接口。Stub和Proxy两个类都有一个asBinder的方法。
Stub类中的asBinder实现就是返回自身对象：
@Override public android.os.IBinder asBinder() { return this; } 而Proxy中asBinder的实现是返回构造函数中获取的mRemote对象，相关代码如下： private android.os.IBinder mRemote; Proxy(android.os.IBinder remote) { mRemote = remote; } @Override public android.os.IBinder asBinder() { return mRemote; }
而这里的 mRemote 对象其实就是远程服务在当前进程的标识。
上文我们说了，Stub类是用来提供给开发者实现业务逻辑的父类，开发者者继承自Stub然后完成自己的业务逻辑实现，例如这样：
private final IRemoteService.Stub mBinder = new IRemoteService.Stub() { public int getPid(){ return Process.myPid(); } public void basicTypes(int anInt, long aLong, boolean aBoolean, float aFloat, double aDouble, String aString) { // Does something } };
而这个Proxy类，就是用来给调用者使用的对外接口。我们可以看一下Proxy中的接口到底是如何实现的：
Proxy中getPid方法实现如下所示：
@Override public int getPid() throws android.os.RemoteException { android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); int _result; try { _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getPid, _data, _reply, 0); _reply.readException(); _result = _reply.readInt(); } finally { _reply.recycle(); _data.recycle(); } return _result; }
这里就是通过Parcel对象以及transact调用对应远程服务的接口。而在Stub类中，生成的 onTransact 方法对应的处理了这里的请求：
@Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException { switch (code) { case INTERFACE_TRANSACTION: { reply.writeString(DESCRIPTOR); return true; } case TRANSACTION_getPid: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); int _result = this.getPid(); reply.writeNoException(); reply.writeInt(_result); return true; } case TRANSACTION_basicTypes: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); int _arg0; _arg0 = data.readInt(); long _arg1; _arg1 = data.readLong(); boolean _arg2; _arg2 = (0 != data.readInt()); float _arg3; _arg3 = data.readFloat(); double _arg4; _arg4 = data.readDouble(); java.lang.String _arg5; _arg5 = data.readString(); this.basicTypes(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4, _arg5); reply.writeNoException(); return true; } } return super.onTransact(code, data, reply, flags); }
onTransact所要做的就是：
a. 根据 code 区分请求的是哪个接口
b. 通过 data 来获取请求的参数
c. 调用由子类实现的抽象方法
有了前文的讲解，对于这部分内容应当不难理解了。
到这里，我们终于讲解完Binder了。
7.补充
1. 一个获取aidl(hidl-->aidl) hal的例子
private static IPower getPowerService() { if (null == sPowerService) { try { //Power/aidl/vendor/poo/hardware/Power/IPower.aidl 这个名字就是aidl目录下的路径，类似包，路径.接口名 final String POWER_SERVICE_NAME = "vendor.poo.hardware.Power.IPower/default"; sPowerService = IPower.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(POWER_SERVICE_NAME)); sPowerService.asBinder().linkToDeath(() -> { Log.e(TAG, "I died!"); sPowerService = null; }, 0); } catch (Exception e) { Log.e(TAG, "Failed to get Power aidl hal service", e); } } return sPowerService; }
参考：https://paul.pub/android-binder-java/ 及其参考
posted on 2022-06-19 19:50 Hello-World3 阅读(281) 评论(0) 编辑 收藏 举报
