Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析

在前面几篇文章中，我们详细介绍了Android系统进程间通信机制Binder的原理，并且深入分析了系统提供的Binder运行库和驱动程序的源代码。细心的读者会发现，这几篇文章分析的Binder接口都是基于C/C++语言来实现的，但是我们在编写应用程序都是基于Java语言的，那么，我们如何使用Java语言来使用系统的Binder机制来进行进程间通信呢？这就是本文要介绍的Android系统应用程序框架层的用Java语言来实现的Binder接口了。

熟悉Android系统的读者，应该能想到应用程序框架中的基于Java语言的Binder接口是通过JNI来调用基于C/C++语言的Binder运行库来为Java应用程序提供进程间通信服务的了。JNI在Android系统中用得相当普遍，SDK中的Java接口API很多只是简单地通过JNI来调用底层的C/C++运行库从而为应用程序服务的。

这里，我们仍然是通过具体的例子来说明Binder机制在应用程序框架层中的Java接口，主要就是Service Manager、Server和Client这三个角色的实现了。通常，在应用程序中，我们都是把Server实现为Service的形式，并且通过IServiceManager.addService接口来把这个Service添加到Service Manager，Client也是通过IServiceManager.getService接口来获得Service接口，接着就可以使用这个Service提供的功能了，这个与运行时库的Binder接口是一致的。

前面我们学习Android硬件抽象层时，曾经在应用程序框架层中提供了一个硬件访问服务HelloService，这个Service运行在一个独立的进程中充当Server的角色，使用这个Service的Client运行在另一个进程中，它们之间就是通过Binder机制来通信的了。这里，我们就使用HelloService这个例子来分析Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码。所以希望读者在阅读下面的内容之前，先了解一下前面在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务这篇文章。

这篇文章通过五个情景来学习Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口：1. 获取Service Manager的Java远程接口的过程；2. HelloService接口的定义；3. HelloService的启动过程；4. Client获取HelloService的Java远程接口的过程；5. Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程。

一. 获取Service Manager的Java远程接口

我们要获取的Service Manager的Java远程接口是一个ServiceManagerProxy对象的IServiceManager接口。我们现在就来看看ServiceManagerProxy类是长什么样子的：

这里可以看出，ServiceManagerProxy类实现了IServiceManager接口，IServiceManager提供了getService和addService两个成员函数来管理系统中的Service。从ServiceManagerProxy类的构造函数可以看出，它需要一个BinderProxy对象的IBinder接口来作为参数。因此，要获取Service Manager的Java远程接口ServiceManagerProxy，首先要有一个BinderProxy对象。下面将会看到这个BinderProxy对象是如何获得的。

再来看一下是通过什么路径来获取Service Manager的Java远程接口ServiceManagerProxy的。这个主角就是ServiceManager了，我们也先看一下ServiceManager是长什么样子的：

ServiceManager类有一个静态成员函数getIServiceManager，它的作用就是用来获取Service Manager的Java远程接口了，而这个函数又是通过ServiceManagerNative来获取Service Manager的Java远程接口的。

接下来，我们就看一下ServiceManager.getIServiceManager这个函数的实现，这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java文件中：

public final class ServiceManager { 
  ...... 
  private static IServiceManager sServiceManager; 
  ...... 
  private static IServiceManager getIServiceManager() { 
    if (sServiceManager != null) { 
      return sServiceManager; 
    } 
 
    // Find the service manager 
    sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject()); 
    return sServiceManager; 
  } 
  ...... 
}

如果其静态成员变量sServiceManager尚未创建，那么就调用ServiceManagerNative.asInterface函数来创建。在调用ServiceManagerNative.asInterface函数之前，首先要通过BinderInternal.getContextObject函数来获得一个BinderProxy对象。

我们来看一下BinderInternal.getContextObject的实现，这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/BinderInternal.java文件中：

public class BinderInternal { 
  ...... 
  /** 
  * Return the global "context object" of the system. This is usually 
  * an implementation of IServiceManager, which you can use to find 
  * other services. 
  */ 
  public static final native IBinder getContextObject(); 
   
  ...... 
}

这里可以看出，BinderInternal.getContextObject是一个JNI方法，它实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：

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

这里看到我们熟悉的ProcessState::self()->getContextObject函数，具体可以参考浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路一文。ProcessState::self()->getContextObject函数返回一个BpBinder对象，它的句柄值是0，即下面语句：
sp b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);

相当于是：

sp b = new BpBinder(0);

接着调用javaObjectForIBinder把这个BpBinder对象转换成一个BinderProxy对象：

jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp& val) 
{ 
  if (val == NULL) return NULL; 
 
  if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) { 
    // One of our own! 
    jobject object = static_cast(val.get())->object(); 
    //printf("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 of Java proxies for native Binder proxies. 
  AutoMutex _l(mProxyLock); 
 
  // Someone else's... do we know about it? 
  jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets); 
  if (object != NULL) { 
    jobject res = env->CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet); 
    if (res != NULL) { 
      LOGV("objectForBinder %p: found existing %p!\n", val.get(), res); 
      return res; 
    } 
    LOGV("Proxy object %p of IBinder %p no longer in working set!!!", object, val.get()); 
    android_atomic_dec(&gNumProxyRefs); 
    val->detachObject(&gBinderProxyOffsets); 
    env->DeleteGlobalRef(object); 
  } 
 
  object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor); 
  if (object != NULL) { 
    LOGV("objectForBinder %p: created new %p!\n", val.get(), object); 
    // The proxy holds a reference to the native object. 
    env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get()); 
    val->incStrong(object); 
 
    // 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)); 
    val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject, 
        jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup); 
 
    // Note that a new object reference has been created. 
    android_atomic_inc(&gNumProxyRefs); 
    incRefsCreated(env); 
  } 
 
  return object; 
}

在介绍这个函数之前，先来看两个变量gBinderOffsets和gBinderProxyOffsets的定义。

先看gBinderOffsets的定义：

static struct bindernative_offsets_t 
{ 
  // Class state. 
  jclass mClass; 
  jmethodID mExecTransact; 
 
  // Object state. 
  jfieldID mObject; 
 
} gBinderOffsets;

简单来说，gBinderOffsets变量是用来记录上面第二个类图中的Binder类的相关信息的，它是在注册Binder类的JNI方法的int_register_android_os_Binder函数初始化的：

const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder"; 
 
static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env) 
{ 
  jclass clazz; 
 
  clazz = env->FindClass(kBinderPathName); 
  LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.Binder"); 
 
  gBinderOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz); 
  gBinderOffsets.mExecTransact 
    = env->GetMethodID(clazz, "execTransact", "(IIII)Z"); 
  assert(gBinderOffsets.mExecTransact); 
 
  gBinderOffsets.mObject 
    = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I"); 
  assert(gBinderOffsets.mObject); 
 
  return AndroidRuntime::registerNativeMethods( 
    env, kBinderPathName, 
    gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods)); 
}

再来看gBinderProxyOffsets的定义：

static struct binderproxy_offsets_t 
{ 
  // Class state. 
  jclass mClass; 
  jmethodID mConstructor; 
  jmethodID mSendDeathNotice; 
 
  // Object state. 
  jfieldID mObject; 
  jfieldID mSelf; 
 
} gBinderProxyOffsets;

简单来说，gBinderProxyOffsets是用来变量是用来记录上面第一个图中的BinderProxy类的相关信息的，它是在注册BinderProxy类的JNI方法的int_register_android_os_BinderProxy函数初始化的：

const char* const kBinderProxyPathName = "android/os/BinderProxy"; 
 
static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env) 
{ 
  jclass clazz; 
 
  clazz = env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference"); 
  LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.ref.WeakReference"); 
  gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz); 
  gWeakReferenceOffsets.mGet 
    = env->GetMethodID(clazz, "get", "()Ljava/lang/Object;"); 
  assert(gWeakReferenceOffsets.mGet); 
 
  clazz = env->FindClass("java/lang/Error"); 
  LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class java.lang.Error"); 
  gErrorOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz); 
   
  clazz = env->FindClass(kBinderProxyPathName); 
  LOG_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class android.os.BinderProxy"); 
 
  gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz); 
  gBinderProxyOffsets.mConstructor 
    = env->GetMethodID(clazz, "", "()V"); 
  assert(gBinderProxyOffsets.mConstructor); 
  gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice 
    = env->GetStaticMethodID(clazz, "sendDeathNotice", "(Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;)V"); 
  assert(gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice); 
 
  gBinderProxyOffsets.mObject 
    = env->GetFieldID(clazz, "mObject", "I"); 
  assert(gBinderProxyOffsets.mObject); 
  gBinderProxyOffsets.mSelf 
    = env->GetFieldID(clazz, "mSelf", "Ljava/lang/ref/WeakReference;"); 
  assert(gBinderProxyOffsets.mSelf); 
 
  return AndroidRuntime::registerNativeMethods( 
    env, kBinderProxyPathName, 
    gBinderProxyMethods, NELEM(gBinderProxyMethods)); 
}

回到前面的javaObjectForIBinder函数中，下面这段代码：

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

前面说过，这里传进来的参数是一个BpBinder的指针，而BpBinder::checkSubclass继承于父类IBinder::checkSubclass，它什么也不做就返回false。

于是函数继续往下执行：

jobject object = (jobject)val->findObject(&gBinderProxyOffsets);

由于这个BpBinder对象是第一创建，它里面什么对象也没有，因此，这里返回的object为NULL。

于是函数又继续往下执行：

object = env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass, gBinderProxyOffsets.mConstructor);

这里，就创建了一个BinderProxy对象了。创建了之后，要把这个BpBinder对象和这个BinderProxy对象关联起来：

env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mObject, (int)val.get());

就是通过BinderProxy.mObject成员变量来关联的了，BinderProxy.mObject成员变量记录了这个BpBinder对象的地址。

接下去，还要把它放到BpBinder里面去，下次就要使用时，就可以在上一步调用BpBinder::findObj把它找回来了：

val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,
jnienv_to_javavm(env), proxy_cleanup);

最后，就把这个BinderProxy返回到android_os_BinderInternal_getContextObject函数，最终返回到最开始的ServiceManager.getIServiceManager函数中来了，于是，我们就获得一个BinderProxy对象了。

回到ServiceManager.getIServiceManager中，从下面语句返回：

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

相当于是：

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(new BinderProxy());

接下去就是调用ServiceManagerNative.asInterface函数了，这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManagerNative.java文件中：

public abstract class ServiceManagerNative ...... 
{ 
  ...... 
  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); 
  } 
  ...... 
}

这里的参数obj是一个BinderProxy对象，它的queryLocalInterface函数返回null。因此，最终以这个BinderProxy对象为参数创建一个ServiceManagerProxy对象。

返回到ServiceManager.getIServiceManager中，从下面语句返回：

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(new BinderProxy());

就相当于是：

sServiceManager = new ServiceManagerProxy(new BinderProxy());

于是，我们的目标终于完成了。

总结一下，就是在Java层，我们拥有了一个Service Manager远程接口ServiceManagerProxy，而这个ServiceManagerProxy对象在JNI层有一个句柄值为0的BpBinder对象与之通过gBinderProxyOffsets关联起来。

这样获取Service Manager的Java远程接口的过程就完成了。

二. HelloService接口的定义

前面我们在学习Android系统的硬件抽象层（HAL）时，在在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务这篇文章中，我们编写了一个硬件服务HelloService，它的服务接口定义在frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl文件中：

package android.os; 
 
interface IHelloService 
{ 
  void setVal(int val); 
  int getVal(); 
}

这个服务接口很简单，只有两个函数，分别用来读写硬件寄存器。

注意，这是一个aidl文件，编译后会生成一个IHelloService.java。我们来看一下这个文件的内容隐藏着什么奥秘，可以这么神奇地支持进程间通信。

/* 
 * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY. 
 * Original file: frameworks/base/core/java/android/os/IHelloService.aidl 
 */ 
package android.os; 
public interface IHelloService extends android.os.IInterface 
{ 
  /** Local-side IPC implementation stub class. */ 
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService 
  { 
    private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "android.os.IHelloService"; 
    /** Construct the stub at attach it to the interface. */ 
    public Stub() 
    { 
      this.attachInterface(this, DESCRIPTOR); 
    } 
 
    /** 
    * Cast an IBinder object into an android.os.IHelloService interface, 
    * generating a proxy if needed. 
    */ 
    public static android.os.IHelloService asInterface(android.os.IBinder obj) 
    { 
      if ((obj==null)) { 
        return null; 
      } 
      android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); 
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof android.os.IHelloService))) { 
        return ((android.os.IHelloService)iin); 
      } 
      return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj); 
    } 
 
    public android.os.IBinder asBinder() 
    { 
      return this; 
    } 
 
    @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_setVal: 
        { 
          data.enforceInterface(DESCRIPTOR); 
          int _arg0; 
          _arg0 = data.readInt(); 
          this.setVal(_arg0); 
          reply.writeNoException(); 
          return true; 
        } 
        case TRANSACTION_getVal: 
        { 
          data.enforceInterface(DESCRIPTOR); 
          int _result = this.getVal(); 
          reply.writeNoException(); 
          reply.writeInt(_result); 
          return true; 
        } 
      } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
    } 
 
    private static class Proxy implements android.os.IHelloService 
    { 
      private android.os.IBinder mRemote; 
 
      Proxy(android.os.IBinder remote) 
      { 
        mRemote = remote; 
      } 
 
      public android.os.IBinder asBinder() 
      { 
        return mRemote; 
      } 
 
      public java.lang.String getInterfaceDescriptor() 
      { 
        return DESCRIPTOR; 
      } 
 
      public void setVal(int val) throws android.os.RemoteException 
      { 
        android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); 
        android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); 
        try { 
          _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); 
          _data.writeInt(val); 
          mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_setVal, _data, _reply, 0); 
          _reply.readException(); 
        } 
        finally { 
          _reply.recycle(); 
          _data.recycle(); 
        } 
      } 
 
      public int getVal() 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_getVal, _data, _reply, 0); 
          _reply.readException(); 
          _result = _reply.readInt(); 
        } 
        finally { 
          _reply.recycle(); 
          _data.recycle(); 
        } 
        return _result; 
      } 
    } 
 
    static final int TRANSACTION_setVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0); 
    static final int TRANSACTION_getVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1); 
  } 
 
  public void setVal(int val) throws android.os.RemoteException; 
  public int getVal() throws android.os.RemoteException; 
}

这里我们可以看到IHelloService.aidl这个文件编译后的真面目，原来就是根据IHelloService接口的定义生成相应的Stub和Proxy类，这个就是我们熟悉的Binder机制的内容了，即实现这个HelloService的Server必须继续于这里的IHelloService.Stub类，而这个HelloService的远程接口就是这里的IHelloService.Stub.Proxy对象获得的IHelloService接口。接下来的内容，我们就可以看到IHelloService.Stub和IHelloService.Stub.Proxy是怎么创建或者使用的。

三. HelloService的启动过程

在讨论HelloService的启动过程之前，我们先来看一下实现HelloService接口的Server是怎么定义的。

回忆在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务一文，我们在frameworks/base/services/java/com/android/server目录下新增了一个HelloService.java文件：

package com.android.server; 
 
import android.content.Context; 
import android.os.IHelloService; 
import android.util.Slog; 
 
public class HelloService extends IHelloService.Stub { 
  private static final String TAG = "HelloService"; 
 
  HelloService() { 
    init_native(); 
  } 
 
  public void setVal(int val) { 
    setVal_native(val); 
  }   
 
  public int getVal() { 
    return getVal_native(); 
  } 
   
  private static native boolean init_native(); 
    private static native void setVal_native(int val); 
  private static native int getVal_native(); 
}

这里，我们可以看到，HelloService继续了IHelloService.Stub类，它通过本地方法调用实现了getVal和setVal两个函数。我们不关心这两个函数的具体实现，有兴趣的读者可以参考在Ubuntu上为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务一文。

有了HelloService这个Server类后，下一步就是考虑怎么样把它启动起来了。在frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java文件中，定义了SystemServer类。SystemServer对象是在系统启动的时候创建的，它被创建的时候会启动一个线程来创建HelloService，并且把它添加到Service Manager中去。

我们来看一下这部份的代码：

class ServerThread extends Thread { 
  ...... 
 
  @Override 
  public void run() { 
 
    ...... 
 
    Looper.prepare(); 
 
    ...... 
 
    try { 
      Slog.i(TAG, "Hello Service"); 
      ServiceManager.addService("hello", new HelloService()); 
    } catch (Throwable e) { 
      Slog.e(TAG, "Failure starting Hello Service", e); 
    } 
 
    ...... 
 
    Looper.loop(); 
 
    ...... 
  } 
} 
 
...... 
 
public class SystemServer 
{ 
  ...... 
 
  /** 
  * This method is called from Zygote to initialize the system. This will cause the native 
  * services (SurfaceFlinger, AudioFlinger, etc..) to be started. After that it will call back 
  * up into init2() to start the Android services. 
  */ 
  native public static void init1(String[] args); 
 
  ...... 
 
  public static final void init2() { 
    Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!"); 
    Thread thr = new ServerThread(); 
    thr.setName("android.server.ServerThread"); 
    thr.start(); 
  } 
  ...... 
}

这里，我们可以看到，在ServerThread.run函数中，执行了下面代码把HelloService添加到Service Manager中去。这里我们关注把HelloService添加到Service Manager中去的代码：

try { 
  Slog.i(TAG, "Hello Service"); 
  ServiceManager.addService("hello", new HelloService()); 
} catch (Throwable e) { 
  Slog.e(TAG, "Failure starting Hello Service", e); 
}

通过调用ServiceManager.addService把一个HelloService实例添加到Service Manager中去。

我们先来看一下HelloService的创建过程：

new HelloService();

这个语句会调用HelloService类的构造函数，而HelloService类继承于IHelloService.Stub类，IHelloService.Stub类又继承了Binder类，因此，最后会调用Binder类的构造函数：

public class Binder implements IBinder { 
  ...... 
   
  private int mObject; 
   
  ...... 
 
 
  public Binder() { 
    init(); 
    ...... 
  } 
 
 
  private native final void init(); 
 
 
  ...... 
}

这里调用了一个JNI方法init来初始化这个Binder对象，这个JNI方法定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：

static void android_os_Binder_init(JNIEnv* env, jobject clazz) 
{ 
  JavaBBinderHolder* jbh = new JavaBBinderHolder(env, clazz); 
  if (jbh == NULL) { 
    jniThrowException(env, "java/lang/OutOfMemoryError", NULL); 
    return; 
  } 
  LOGV("Java Binder %p: acquiring first ref on holder %p", clazz, jbh); 
  jbh->incStrong(clazz); 
  env->SetIntField(clazz, gBinderOffsets.mObject, (int)jbh); 
}

它实际上只做了一件事情，就是创建一个JavaBBinderHolder对象jbh，然后把这个对象的地址保存在上面的Binder类的mObject成员变量中，后面我们会用到。

回到ServerThread.run函数中，我们再来看一下ServiceManager.addService函数的实现：

public final class ServiceManager { 
  ...... 
 
  private static IServiceManager sServiceManager; 
 
  ...... 
 
  public static void addService(String name, IBinder service) { 
    try { 
      getIServiceManager().addService(name, service); 
    } catch (RemoteException e) { 
      Log.e(TAG, "error in addService", e); 
    } 
  } 
 
  ...... 
 
}

这里的getIServiceManager函数我们在前面已经分析过了，它返回的是一个ServiceManagerProxy对象的IServiceManager接口。因此，我们进入到ServiceManagerProxy.addService中去看看：

class ServiceManagerProxy implements IServiceManager { 
  public ServiceManagerProxy(IBinder remote) { 
    mRemote = remote; 
  } 
 
  ...... 
 
  public void addService(String name, IBinder service) 
    throws RemoteException { 
      Parcel data = Parcel.obtain(); 
      Parcel reply = Parcel.obtain(); 
      data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor); 
      data.writeString(name); 
      data.writeStrongBinder(service); 
      mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0); 
      reply.recycle(); 
      data.recycle(); 
  } 
 
  ...... 
 
  private IBinder mRemote; 
}

这里的Parcel类是用Java来实现的，它跟我们前面几篇文章介绍Binder机制时提到的用C++实现的Parcel类的作用是一样的，即用来在两个进程之间传递数据。

这里我们关注是如何把参数service写到data这个Parcel对象中去的：

data.writeStrongBinder(service);

我们来看看Parcel.writeStrongBinder函数的实现：

public final class Parcel { 
  ...... 
 
  /** 
  * Write an object into the parcel at the current dataPosition(), 
  * growing dataCapacity() if needed. 
  */ 
  public final native void writeStrongBinder(IBinder val); 
 
  ...... 
}

这里的writeStrongBinder函数又是一个JNI方法，它定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：

static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject object) 
{ 
  Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz); 
  if (parcel != NULL) { 
    const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object)); 
    if (err != NO_ERROR) { 
      jniThrowException(env, "java/lang/OutOfMemoryError", NULL); 
    } 
  } 
}

这里的clazz参数是一个Java语言实现的Parcel对象，通过parcelForJavaObject把它转换成C++语言实现的Parcel对象。这个函数的实现我们就不看了，有兴趣的读者可以研究一下，这个函数也是实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp这个文件中。

这里的object参数是一个Java语言实现的Binder对象，在调用C++语言实现的Parcel::writeStrongBinder把这个对象写入到parcel对象时，首先通过ibinderForJavaObject函数把这个Java语言实现的Binder对象转换为C++语言实现的JavaBBinderHolder对象：

sp ibinderForJavaObject(JNIEnv* env, jobject obj) 
{ 
  if (obj == NULL) return NULL; 
 
  if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) { 
    JavaBBinderHolder* jbh = (JavaBBinderHolder*) 
      env->GetIntField(obj, gBinderOffsets.mObject); 
    return jbh != NULL ? jbh->get(env) : NULL; 
  } 
 
  if (env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) { 
    return (IBinder*) 
      env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject); 
  } 
 
  LOGW("ibinderForJavaObject: %p is not a Binder object", obj); 
  return NULL; 
}

我们知道，这里的obj参数是一个Binder类的实例，因此，这里会进入到第一个if语句中去。

在前面创建HelloService对象，曾经在调用到HelloService的父类Binder中，曾经在JNI层创建了一个JavaBBinderHolder对象，然后把这个对象的地址保存在Binder类的mObject成员变量中，因此，这里把obj对象的mObject成员变量强制转为JavaBBinderHolder对象。

到了这里，这个函数的功课还未完成，还剩下最后关键的一步：

return jbh != NULL ? jbh->get(env) : NULL;

这里就是jbh->get这个语句了。

在JavaBBinderHolder类中，有一个成员变量mBinder，它的类型为JavaBBinder，而JavaBBinder类继承于BBinder类。在前面学习Binder机制的C++语言实现时，我们在Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server启动过程源代码分析这篇文章中，曾经介绍过，IPCThreadState类负责与Binder驱动程序进行交互，它把从Binder驱动程序读出来的请求作简单的处理后，最后把这个请求扔给BBinder的onTransact函数来进一步处理。

这里，我们就是要把JavaBBinderHolder里面的JavaBBinder类型Binder实体添加到Service Manager中去，以便使得这个HelloService有Client来请求服务时，由Binder驱动程序来唤醒这个Server线程，进而调用这个JavaBBinder类型Binder实体的onTransact函数来进一步处理，这个函数我们在后面会继续介绍。

先来看一下JavaBBinderHolder::get函数的实现：

class JavaBBinderHolder : public RefBase 
{ 
  ...... 
 
  JavaBBinderHolder(JNIEnv* env, jobject object) 
    : mObject(object) 
  { 
    ...... 
  } 
 
  ...... 
 
  sp get(JNIEnv* env) 
  { 
    AutoMutex _l(mLock); 
    sp b = mBinder.promote(); 
    if (b == NULL) { 
      b = new JavaBBinder(env, mObject); 
      mBinder = b; 
      ...... 
    } 
 
    return b; 
  } 
 
  ...... 
 
  jobject     mObject; 
  wp mBinder; 
};

这里是第一次调用get函数，因此，会创建一个JavaBBinder对象，并且保存在mBinder成员变量中。注意，这里的mObject就是上面创建的HelloService对象了，这是一个Java对象。这个HelloService对象最终也会保存在JavaBBinder对象的成员变量mObject中。

回到android_os_Parcel_writeStrongBinder函数中，下面这个语句：

const status_t err = parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));

相当于是：

const status_t err = parcel->writeStrongBinder((JavaBBinderHodler*)(obj.mObject));

因此，这里的效果相当于是写入了一个JavaBBinder类型的Binder实体到parcel中去。这与我们前面介绍的Binder机制的C++实现是一致的。

接着，再回到ServiceManagerProxy.addService这个函数中，最后它通过其成员变量mRemote来执行进程间通信操作。前面我们在介绍如何获取Service Manager远程接口时提到，这里的mRemote成员变量实际上是一个BinderProxy对象，因此，我们再来看看BinderProxy.transact函数的实现：

final class BinderProxy implements IBinder { 
  ...... 
 
  public native boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, 
                int flags) throws RemoteException; 
 
  ...... 
}

这里的transact成员函数又是一个JNI方法，它定义在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：

static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj, 
            jint code, jobject dataObj, 
            jobject replyObj, jint flags) 
{ 
  ...... 
 
  Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj); 
  if (data == NULL) { 
    return JNI_FALSE; 
  } 
  Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj); 
  if (reply == NULL && replyObj != NULL) { 
    return JNI_FALSE; 
  } 
 
  IBinder* target = (IBinder*) 
    env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject); 
  if (target == NULL) { 
    jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!"); 
    return JNI_FALSE; 
  } 
 
  ...... 
 
  status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags); 
 
  ...... 
 
  if (err == NO_ERROR) { 
    return JNI_TRUE; 
  } else if (err == UNKNOWN_TRANSACTION) { 
    return JNI_FALSE; 
  } 
 
  signalExceptionForError(env, obj, err); 
  return JNI_FALSE; 
}

这里传进来的参数dataObj和replyObj是一个Java接口实现的Parcel类，由于这里是JNI层，需要把它转换为C++实现的Parcel类，它们就是通过我们前面说的parcelForJavaObject函数进行转换的。

前面我们在分析如何获取Service Manager远程接口时，曾经说到，在JNI层中，创建了一个BpBinder对象，它的句柄值为0，它的地址保存在gBinderProxyOffsets.mObject中，因此，这里通过下面语句得到这个BpBinder对象的IBinder接口：

IBinder* target = (IBinder*)
env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);

有了这个IBinder接口后，就和我们前面几篇文章介绍Binder机制的C/C++实现一致了。

最后，通过BpBinder::transact函数进入到Binder驱动程序，然后Binder驱动程序唤醒Service Manager响应这个ADD_SERVICE_TRANSACTION请求：

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

具体可以参考Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server启动过程源代码分析一文。需要注意的是，这里的data包含了一个JavaBBinderHolder类型的Binder实体对象，它就代表了我们上面创建的HelloService。Service Manager收到这个ADD_SERVICE_TRANSACTION请求时，就会把这个Binder实体纳入到自己内部进行管理。

这样，实现HelloService的Server的启动过程就完成了。

四. Client获取HelloService的Java远程接口的过程

前面我们在学习Android系统硬件抽象层（HAL）时，在在Ubuntu上为Android系统内置Java应用程序测试Application Frameworks层的硬件服务这篇文章中，我们创建了一个应用程序，这个应用程序作为一个Client角色，借助Service Manager这个Java远程接口来获得HelloService的远程接口，进而调用HelloService提供的服务。

我们看看它是如何借助Service Manager这个Java远程接口来获得HelloService的远程接口的。在Hello这个Activity的onCreate函数，通过IServiceManager.getService函数来获得HelloService的远程接口：

public class Hello extends Activity implements OnClickListener {  
  ......  
 
  private IHelloService helloService = null;  
 
  ...... 
 
  @Override  
  public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
 
    helloService = IHelloService.Stub.asInterface(  
              ServiceManager.getService("hello")); 
  } 
 
  ...... 
}

我们先来看ServiceManager.getService的实现。前面我们说过，这里实际上是调用了ServiceManagerProxy.getService函数：

class ServiceManagerProxy implements IServiceManager { 
  public ServiceManagerProxy(IBinder remote) { 
    mRemote = remote; 
  } 
 
  ...... 
 
  public IBinder getService(String name) throws RemoteException { 
    Parcel data = Parcel.obtain(); 
    Parcel reply = Parcel.obtain(); 
    data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor); 
    data.writeString(name); 
    mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0); 
    IBinder binder = reply.readStrongBinder(); 
    reply.recycle(); 
    data.recycle(); 
    return binder; 
  } 
 
  ...... 
 
  private IBinder mRemote; 
}

最终通过mRemote.transact来执行实际操作。我们在前面已经介绍过了，这里的mRemote实际上是一个BinderProxy对象，它的transact成员函数是一个JNI方法，实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中的android_os_BinderProxy_transact函数中。

这个函数前面我们已经看到了，这里就不再列出来了。不过，当这个函数从：

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

这里的reply变量里面就包括了一个HelloService的引用了。注意，这里的reply变量就是我们在ServiceManagerProxy.getService函数里面传进来的参数reply，它是一个Parcel对象。

回到ServiceManagerProxy.getService函数中，从下面语句返回：

mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);

接着，就通过下面语句将这个HelloService的引用读出来：

IBinder binder = reply.readStrongBinder();

我们看看Parcel.readStrongBinder的实现：

public final class Parcel { 
  ...... 
 
  /** 
  * Read an object from the parcel at the current dataPosition(). 
  */ 
  public final native IBinder readStrongBinder(); 
 
  ...... 
}

它也是一个JNI方法，实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：

static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz) 
{ 
  Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz); 
  if (parcel != NULL) { 
    return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder()); 
  } 
  return NULL; 
}

这里首先把Java语言实现的Parcel对象class转换成C++语言实现的Parcel对象parcel，接着，通过parcel->readStrongBinder函数来获得一个Binder引用。

我们在前面学习Binder机制时，在Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Client获得Server远程接口过程源代码分析这篇文章中，曾经分析过这个函数，它最终返回来的是一个BpBinder对象，因此，下面的语句：

return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());

就相当于是：

return javaObjectForIBinder(env, new BpBinder(handle));

这里的handle就是HelloService这个Binder实体在Client进程中的句柄了，它是由Binder驱动程序设置的，上层不用关心它的值具体是多少。至于javaObjectForIBinder这个函数，我们前面介绍如何获取Service Manager的Java远程接口时已经有详细介绍，这里就不累述了，它的作用就是创建一个BinderProxy对象，并且把刚才获得的BpBinder对象的地址保存在这个BinderProxy对象的mObject成员变量中。

最后返回到Hello.onCreate函数中，从下面语句返回：

helloService = IHelloService.Stub.asInterface( ServiceManager.getService("hello"));

就相当于是：

helloService = IHelloService.Stub.asInterface(new BinderProxy()));

回忆一下前面介绍IHelloService接口的定义时，IHelloService.Stub.asInterface是这样定义的：

public interface IHelloService extends android.os.IInterface 
{ 
  /** Local-side IPC implementation stub class. */ 
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService 
  { 
    ...... 
 
    public static android.os.IHelloService asInterface(android.os.IBinder obj) 
    { 
      if ((obj==null)) { 
        return null; 
      } 
      android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); 
      if (((iin!=null)&&(iin instanceof android.os.IHelloService))) { 
        return ((android.os.IHelloService)iin); 
      } 
      return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj); 
    } 
 
    ...... 
  } 
}

这里的obj是一个BinderProxy对象，它的queryLocalInterface返回null，于是调用下面语句获得HelloService的远程接口：

return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(obj);

相当于是：

return new android.os.IHelloService.Stub.Proxy(new BinderProxy());

这样，我们就获得了HelloService的远程接口了，它实质上是一个实现了IHelloService接口的IHelloService.Stub.Proxy对象。

五. Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程

上面介绍的Hello这个Activity获得了HelloService的远程接口后，就可以使用它的服务了。

我们以使用IHelloService.getVal函数为例详细说明。在Hello::onClick函数中调用了IHelloService.getVal函数：

public class Hello extends Activity implements OnClickListener { 
  ...... 
 
  @Override 
  public void onClick(View v) { 
    if(v.equals(readButton)) { 
      int val = helloService.getVal();  
      ...... 
    } 
    else if(v.equals(writeButton)) { 
      ...... 
    } 
    else if(v.equals(clearButton)) { 
      ...... 
    } 
  } 
 
  ...... 
}

通知前面的分析，我们知道，这里的helloService接口实际上是一个IHelloService.Stub.Proxy对象，因此，我们进入到IHelloService.Stub.Proxy类的getVal函数中：

public interface IHelloService extends android.os.IInterface 
{ 
  /** Local-side IPC implementation stub class. */ 
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService 
  { 
     
    ...... 
 
    private static class Proxy implements android.os.IHelloService 
    { 
      private android.os.IBinder mRemote; 
 
      ...... 
 
      public int getVal() 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_getVal, _data, _reply, 0); 
          _reply.readException(); 
          _result = _reply.readInt(); 
        } 
        finally { 
          _reply.recycle(); 
          _data.recycle(); 
        } 
        return _result; 
      } 
    } 
 
    ...... 
    static final int TRANSACTION_getVal = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1); 
  } 
 
  ...... 
}

这里我们可以看出，实际上是通过mRemote.transact来请求HelloService执行TRANSACTION_getVal操作。这里的mRemote是一个BinderProxy对象，这是我们在前面获取HelloService的Java远程接口的过程中创建的。

BinderProxy.transact函数是一个JNI方法，我们在前面已经介绍过了，这里不再累述。最过调用到Binder驱动程序，Binder驱动程序唤醒HelloService这个Server。前面我们在介绍HelloService的启动过程时，曾经提到，HelloService这个Server线程被唤醒之后，就会调用JavaBBinder类的onTransact函数：

class JavaBBinder : public BBinder 
{ 
  JavaBBinder(JNIEnv* env, jobject object) 
    : mVM(jnienv_to_javavm(env)), mObject(env->NewGlobalRef(object)) 
  { 
    ...... 
  } 
 
  ...... 
 
  virtual status_t onTransact( 
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0) 
  { 
    JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM); 
 
    ...... 
 
    jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact, 
      code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags); 
 
    ...... 
 
    return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION; 
  } 
 
  ...... 
 
    JavaVM* const  mVM; 
  jobject const  mObject; 
};

前面我们在介绍HelloService的启动过程时，曾经介绍过，JavaBBinder类里面的成员变量mObject就是HelloService类的一个实例对象了。因此，这里通过语句：

jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,
code, (int32_t)&data, (int32_t)reply, flags);

就调用了HelloService.execTransact函数，而HelloService.execTransact函数继承了Binder类的execTransact函数：

public class Binder implements IBinder { 
  ...... 
 
  // Entry point from android_util_Binder.cpp's onTransact 
  private boolean execTransact(int code, int dataObj, int replyObj, int flags) { 
    Parcel data = Parcel.obtain(dataObj); 
    Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj); 
    // theoretically, we should call transact, which will call onTransact, 
    // but all that does is rewind it, and we just got these from an IPC, 
    // so we'll just call it directly. 
    boolean res; 
    try { 
      res = onTransact(code, data, reply, flags); 
    } catch (RemoteException e) { 
      reply.writeException(e); 
      res = true; 
    } catch (RuntimeException e) { 
      reply.writeException(e); 
      res = true; 
    } catch (OutOfMemoryError e) { 
      RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e); 
      reply.writeException(re); 
      res = true; 
    } 
    reply.recycle(); 
    data.recycle(); 
    return res; 
  } 
}

这里又调用了onTransact函数来作进一步处理。由于HelloService类继承了IHelloService.Stub类，而IHelloService.Stub类实现了onTransact函数，HelloService类没有实现，因此，最终调用了IHelloService.Stub.onTransact函数：

public interface IHelloService extends android.os.IInterface 
{ 
  /** Local-side IPC implementation stub class. */ 
  public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IHelloService 
  { 
    ...... 
 
    @Override  
    public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException 
    { 
      switch (code) 
      { 
      ...... 
      case TRANSACTION_getVal: 
        { 
          data.enforceInterface(DESCRIPTOR); 
          int _result = this.getVal(); 
          reply.writeNoException(); 
          reply.writeInt(_result); 
          return true; 
        } 
      } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
    } 
 
    ...... 
 
  } 
}

函数最终又调用了HelloService.getVal函数：

public class HelloService extends IHelloService.Stub { 
  ...... 
 
  public int getVal() { 
    return getVal_native(); 
  } 
   
  ...... 
  private static native int getVal_native(); 
}

最终，经过层层返回，就回到IHelloService.Stub.Proxy.getVal函数中来了，从下面语句返回：

mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getVal, _data, _reply, 0);

并将结果读出来：

_result = _reply.readInt();

最后将这个结果返回到Hello.onClick函数中。

这样，Client通过HelloService的Java远程接口来使用HelloService提供的服务的过程就介绍完了。

至此，Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析也完成了，整个Binder机制的学习就结束了。

重新学习Android系统进程间通信Binder机制，请回到Android进程间通信（IPC）机制Binder简要介绍和学习计划一文。

以上就是Android 系统进程通信Binder 机制Java接口的源码分析，谢谢大家对本站的支持，后续继续补充相关知识！

Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析

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