SurfaceFlinger系列01--Android应用与SurfaceFlinger的连接过程
每一个有UI的Android应用程序都需要与SurfaceFlinger服务建立一个连接，以便可以通过这个连接来请求SurfaceFlinger服务为它创建和渲染Surface。本文将详细描述Android应用程序是如何与SurfaceFlinger服务建立连接的。
以开机动画为示例进行讲解有下面几个好处：
- 实现开机动画的应用程序bootanimation也是一个Android应用程序，只不过它是用C++语言来开发的；
- 应用程序bootanimation是与UI相关的，即它与使用Java语言来开发的标准Android应用程序一样，都需要使用SurfaceFlinger服务来创建和渲染自己的Surface，即开机动画；
- 第三，由于应用程序bootanimation不涉及用户输入，即不需要与用户进行交互（触摸屏、键盘等），因此它能够以最简洁的方式来体现Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系。
Android系统的开机动画是主要一个BootAnimation对象来实现，这个BootAnimation对象在构造的时候，会在内部创建一个SurfaceComposerClient对象来负责创建一个到SurfaceFlinger服务的连接。
BootAnimation的实现位于frameworks\base\cmds\bootanimation\BootAnimation.cpp文件中，它在构造函数中创建了一个SurfaceComposerClient对象，mSession是BootAnimation类的成员变量，它是一个类型为SurfaceComposerClient的强指针，即sp<SurfaceComposerClient>：
BootAnimation::BootAnimation(sp<Callbacks> callbacks) : Thread(false), mClockEnabled(true), mTimeIsAccurate(false), mTimeFormat12Hour(false), mTimeCheckThread(NULL), mCallbacks(callbacks) { mSession = new SurfaceComposerClient(); ······ }
SurfaceComposerClient类定义位于frameworks\native\libs\gui\include\gui\SurfaceComposerClient.h中，它继承于RefBase类，因此，当BootAnimation类在构造函数创建了一个SurfaceComposerClient对象，并且将这个对象赋值给类型为sp<SurfaceComposerClient>的智能指针mSession时，就会导致SurfaceComposerClient类的成员函数onFirstRef被调用，onFirstRef的实现如下：
void SurfaceComposerClient::onFirstRef() { sp<ISurfaceComposer> sf(ComposerService::getComposerService()); if (sf != 0 && mStatus == NO_INIT) { auto rootProducer = mParent.promote(); sp<ISurfaceComposerClient> conn; conn = (rootProducer != nullptr) ? sf->createScopedConnection(rootProducer) : sf->createConnection(); if (conn != 0) { mClient = conn; mStatus = NO_ERROR; } } }
ComposerService是一个单例类，它的主要功能就是用来保持与SurfaceFlinger的连接。来看getComposerService的具体实现：
/*static*/ sp<ISurfaceComposer> ComposerService::getComposerService() { ComposerService& instance = ComposerService::getInstance(); Mutex::Autolock _l(instance.mLock); if (instance.mComposerService == NULL) { ComposerService::getInstance().connectLocked(); assert(instance.mComposerService != NULL); ALOGD("ComposerService reconnected"); } return instance.mComposerService; }
getComposerService方法中，先通过setInstance方法拿到了ComposerService类的唯一实例，然后调用connectLocked方法来与SurfaceFlinger建立连接，在connectLocked方法，通过IServiceManager::getService方法获取了一个名为SurfaceFlinger的服务，这个就是SurfaceFlinger服务在启动的时候向系统中注册的服务名。
void ComposerService::connectLocked() { const String16 name("SurfaceFlinger"); while (getService(name, &mComposerService) != NO_ERROR) { usleep(250000); } assert(mComposerService != NULL); …… }
跟踪getService函数，发现是先调用了defaultServiceManager()函数返回了BpServiceManager对象，然后通过BpServiceManager::getService()方法拿到指定的服务
template<typename INTERFACE> status_t getService(const String16& name, sp<INTERFACE>* outService) { const sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); if (sm != nullptr) { *outService = interface_cast<INTERFACE>(sm->getService(name)); if ((*outService) != NULL) return NO_ERROR; } return NAME_NOT_FOUND; }
这样，应用就与拿到的SurfaceFlinger服务。根据Binder通信相关的内容，可以知道这里拿到其实是BpSurfaceComposer，即拿到的SurfaceFlinger系统服务的Bp端。
再到SurfaceComposerClient::onFirstRef函数中，拿到BpSurfaceComposer服务后，然后通过BpSurfaceComposer::createScopedConnection或BpSurfaceComposer::createConnection尝试与服务建立连接。
下面我们来看，SurfaceFlinger是如何响应这一动作的。因为前面已经拿到了BpSurfaceComposer，所以我们以跟踪BpSurfaceComposer的createConnection函数为例进行说明。这里通过Bp端的remote()->transact接口向Bn（即SurfaceFlinger）端发起connect动作。remote()->transact实际最后调用的就是BpBinder::transact(…)接口。
class BpSurfaceComposer : public BpInterface<ISurfaceComposer> { virtual sp<ISurfaceComposerClient> createConnection() { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(ISurfaceComposer::getInterfaceDescriptor()); remote()->transact(BnSurfaceComposer::CREATE_CONNECTION, data, &reply); return interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder()); } virtual sp<ISurfaceComposerClient> createScopedConnection( const sp<IGraphicBufferProducer>& parent) { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(ISurfaceComposer::getInterfaceDescriptor()); data.writeStrongBinder(IInterface::asBinder(parent)); remote()->transact(BnSurfaceComposer::CREATE_SCOPED_CONNECTION, data, &reply); return interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder()); } }
SurfaceFlinger端通过onTransact接口收到CREATE_CONNECTION或CREATE_SCOPED_CONNECTION消息后，实际调用了父类BnSurfaceComposer::onTransact接口进行动作分发，这里会再调到SurfaceFlinger的createConnection或createScopedConnection方法
status_t BnSurfaceComposer::onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { switch(code) { case CREATE_CONNECTION: { CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply); sp<IBinder> b = IInterface::asBinder(createConnection());//回调SurfaceFlinger的createConnection接口 reply->writeStrongBinder(b); return NO_ERROR; } case CREATE_SCOPED_CONNECTION: { CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply); sp<IGraphicBufferProducer> bufferProducer = interface_cast<IGraphicBufferProducer>(data.readStrongBinder()); sp<IBinder> b = IInterface::asBinder(createScopedConnection(bufferProducer));//回调SurfaceFlinger的createConnection接口 reply->writeStrongBinder(b); return NO_ERROR; } …… } }
下面是SurfaceFlinger中两个connect函数的实现。可以看到，这里直接创建了一个Client对象，Client实现了BnSurfaceComposerClient类。
sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createConnection() { return initClient(new Client(this)); } sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createScopedConnection( const sp<IGraphicBufferProducer>& gbp) { if (authenticateSurfaceTexture(gbp) == false) { return nullptr; } const auto& layer = (static_cast<MonitoredProducer*>(gbp.get()))->getLayer(); if (layer == nullptr) { return nullptr; } return initClient(new Client(this, layer)); }
这里将Client以ISurfaceComposerClient的形式返回给了BpSurfaceComposer。
再回到BpSurfaceComposer::createConnection函数中，SurfaceFlinger返回过来值是以reply的形式反映的。而reply.readStrongBinder()返回的其实就是BpBinder(handle)（详见https://www.cnblogs.com/palance/p/5538562.html 分析）。
BpSurfaceComposer通过调用其interface_cast接口，将SurfaceFlinger返回来的ISurfaceComposerClient对象（实际就是Client对象）通过interface_cast<ISurfaceComposerClient>(Client对象)或interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder())进行处理，即拿到了SurfaceFlinger系统服务的Bp Client端，即BpSurfaceComposerClient。
ISurfaceComposerClient类对应的interface_cast接口如下
::android::sp<ISurfaceComposerClient> ISurfaceComposerClient::asInterface( \ const ::android::sp<::android::IBinder>& obj) \ { \ ::android::sp<ISurfaceComposerClient> intr; \ if (obj != nullptr) { \ intr = static_cast<ISurfaceComposerClient*>( \ obj->queryLocalInterface( \ ISurfaceComposerClient::descriptor).get()); \ if (intr == nullptr) { \ intr = new BpSurfaceComposerClient(obj); \ } \ } \ return intr; \ }
上面的过程总结如下几个步骤：
- 应用创建SurfaceComposerClient对象，准备向SurfaceFlinger系统服务发起动作，由于SurfaceComposerClient继承自RefBase，因此会触发SurfaceComposerClient::onFirstRef函数。
- 在onFirstRef函数中，SurfaceComposerClient通过IServiceManager::getService方法拿到了SurfaceFlinger系统的代理端BpSurfaceComposer。接口马上通过BpSurfaceComposer向SurfaceFlinger发起connect请求（Bp向Bn发起请求动作）。
- SurfaceFlinger接收到请求后，在本地创建一个本地代理对象Client（这是ClientBnSurfaceComposerClient端的），然后将该对象以ISrufaceComposerClient的形式返回给BpSurfaceComposer；
- BpSurfaceComposer接收到SurfaceFlinger返回过来的Client对象后，通过ISurfaceComposerClient::asInterface函数将Client对象转换成BpSurfaceComposerClient对象。
- SurfaceComposerClient::onFirstRef函数执行完后，APP就与SurfaceFlinger服务成功建立连接了，后面就可以通过这个SurfaceFlinger的Client Proxy与SurfaceFlinger进行正常的通信。
借用其他博客的图片：
Android系统中，app与SurfaceFlinger之间的通信全部使用的是Binder通信，SurfaceFlinger部分Binder相关的类关系简单如下图所示：
类型为Client的Binder本地对象是由SurfaceFlinger服务来负责创建的，并且运行在SurfaceFlinger服务中，用来代表使用SurfaceFlinger服务的一个客户端，即一个与UI相关的Android应用程序。
由于Client类和BpSurfaceComposerClient类分别是一个Binder本地对象类和一个Binder代理对象类，它们都是根据Android系统在应用程序框架层提供的Binder进程间通信库来实现的，它们的实现结构图分别如下图所示
参与资料：
- 开机动画详解： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7691321
- 应用程序与SurfaceFlinger连接： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7857163
- Android Binder通信： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6618363
