[置顶] Android开发之ProcessState和IPCThreadState类分析
在Android中ProcessState是客户端和服务端公共的部分，作为Binder通信的基础，ProcessState是一个singleton类，每个
进程只有一个对象，这个对象负责打开Binder驱动，建立线程池，让其进程里面的所有线程都能通过Binder通信。
与之相关的是IPCThreadState，每个线程都有一个IPCThreadState实例登记在Linux线程的上下文附属数据中，主要负责
Binder的读取，写入和请求处理框架。IPCThreadState在构造的时候获取进程的ProcessState并记录在自己的成员变量
mProcess中，通过mProcess可以获得Binder的句柄。
frameworks/base/include/binder/ProcessState.h
class ProcessState : public virtual RefBase
{
public:
static sp<ProcessState> self(); // 单例模式，获取实例
void setContextObject(const sp<IBinder>& object);
sp<IBinder> getContextObject(const sp<IBinder>& caller);
void setContextObject(const sp<IBinder>& object, const String16& name);
sp<IBinder> getContextObject(const String16& name, const sp<IBinder>& caller);
void startThreadePool();
typdef bool (*context_check_func)(const String16& name, const sp<IBinder>& caller, void* userData);
bool isContextManager(void) const;
bool becomeContextManager(context_check_func checkFunc, void* userData);
sp<IBinder> getStrongProxyForHandle(int32_t handle);
wp<IBinder> getWeakProxyForHandle(int32_t handle);
void espungeHandle(int32_t handle, IBinder* binder);
void spawnPooledThread(boot isMain);
private:
friend class IPCThreadState;
ProcessState();
~ProcessState;
ProcessState(const ProcessState& o);
ProcessState& operator=(const ProcessState& o);
struct hdndle_entry {
IBinder* binder;
RefBase::weakref_type* refs;
};
handle_entry* lookupHandleLocked(int32_t handle);
int mDriverFD; // 打开的binder驱动文件描述符
void* mVMStart;
Vector<handle_entry> mHandleToObject;
bool mManagerContexts;
context_check_func mBinderContextCheckFunc;
void* mBinderContextUserData;
KeyedVector<String16, sp<IBinder> > mContexts; // 映射，服务名字 和 IBinder对应
bool mThreadPoolStarted; // 线程池是否已经创建
volatile int32_t mThreadPoolSeq; // 这个进程中启动线程个数
};
1）获得ProcessState的实例
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
调用函数：
sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
if (gProcess != NULL) return gProcess;
AutoMutext _l(gProcessMutex);
if(gProcess == NULL) gProcess = new ProcessState;
return gProcess;
}
进入构造函数：
ProcessState::ProcessState() : mDriverFD(open_driver())
, mVMStart(MAP_FAILED),
, mManagerContexts(false)
, mBinderContextCheckFunc(NULL)
, mBinderContextUserData(NULL)
, mThradPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
{
}
这个构造函数里面调用open_driver()打开了/dev/binder设备驱动文件，返回文件描述符。这样我们就能通过这个mDriverFd
来和binder驱动交互了。
2）创建线程ProcessState::self()->startThreadPool();
void ProcessState::startThreadPool()
{
AutoMutex _l(mLock);
if(!mThreadPoolStarted) {
mThreadPoolStarted = true;
spawnPooledThread(true);
}
}
void ProcessState::spawnPoolThread(bool isMain)
{
if (mThreadPoolStarted) {
int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);
sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);
t->run(buf);
}
}
其实这里就是创建一个线程PoolThread，而PoolThread是一个继承于Thread的类。所以调用t->run()之后相当于调用
PoolThread类的threadLoop()函数，我们来看看PoolThread类的threadLoop线程函数。
virtual bool threadLoop()
{
IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
// 这里线程函数调用了一次IPCThreadState::self()->joinThreadPool()后就退出了
return false;
}
3）IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
我们知道：进程调用spawnPoolThread()创建了一个线程，执行joinThreadPool(),而主线程也是调用这个函数。唯一区别
是参数，主线程调用的joinThreadPool(true)，创建的线程调用的是jointThreadPool(false)。
下面我们来分析下这个函数，首先我们来看看IPCThreadState这个类
frameworks/base/include/IPCThreadState.h
class IPCThreadState
{
public:
static IPCThreadState* self();
sp<ProcessState> process();
......
void joinThradPool(bool isMain = true);
status_t transact(int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags);
void incStrongHandle(int32_t handle);
void decStrongHandle(int32_t handle);
void incWeakHandle(int32_t handle);
void decWeakHandle(int32_t handle);
private:
IPCThraedState();
~IPCThreadState();
status_t sendReplay(const Parcel& reply, uint32_t flags);
status_t waitForResponse(Parcel& reply, status_t *acquireResult = NULL);
status_t talkWithDriver(bool doReceice = true);
status_t writeTransactionData();
status_t executeCommand();
private:
sp<ProcessState> mProcess;
Vector<BBinder> mPendingStrongDerefs;
Vector<RefBase::weakref_type*> mPendingWeakDerefs;
Parcel mIn;
Parcel mOut;
}
上面是IPCThreadState类常用的几个函数。
IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
if(gHaveTLS) { // 第一次进来肯定为false
restart:
const pthread_key_t k = gTLS;
IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
if(st) return st;
return new IPCThreadState; // new 一个IPCThreadState对象
}
if(gShutdown) return NULL;
pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);
if(!gHaveTLS) {
// 第一个参数为指向一个键值的指针，第二个参数指明一个destructor函数，当线程结束时调用
if(phread_key_create(&gTLS, threadDestructor) != 0) {
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
return NULL;
}
gHaveTLS = true;
}
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
goto restart;
}
下面来说明下线程中特有的线程存储：Thread Specific Data.
在多线程中，所有线程共享程序中变量，如果每一个线程都希望单独拥有它，就需要线程存储了。即一个变量表面看起来是
全局变量，所有线程都可以使用它，它的值在每一个线程都是单独存储的。
用法：
1）创建一个类型为pthread_key_t 类型变量
2）pthread_key_create()创建改变量，第二个参数表上一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候调用。
3）当线程中需要存储特殊值的时候，可以用pthread_setspecific()，第一个参数为pthread_key_t 变量，第二个参数为void* 变量，可以存储任何类型的值。
4）当需要取出存储值的时候，调用pthread_getspecific()，返回void*类型变量值。
好了我们现在知道pthread_key_t是干什么用的了？既然代码中有pthread_getspecific()获取IPCThreadState*对象的函数
那么肯定有设置这个变量值的地方？我们找到IPCThreadState的构造函数：
IPCThreadState:IPCThreadState()
: mProcess(ProcessState::self()),
mMyThreadId(androidGetTid()),
mStrictModePolicy(0),
mLastTransactionBinderFlags(0)
{
pthread_setspecific(gTLS, this); // 设置为当前this 指针
clearCaller();
mIn.setDataCapacity(256); // 这里mIn 和 mOut分别表示Binder输入输出的变量，我们后面分析
mOut.setDataCapacity(256);
}
最后进入IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain) // 默认为true
{
mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
do {
int32_t cmd;
if(mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize()){
size_t numPending = mPendingWeakDerefs.size();
if(numPending > 0) {
for(size_t i = 0; i < numPending; i++) {
RefBase::weakref_type* refs = mPendingWeakDerefs[i];
refs->decWeak(mProcess.get);
}
mPendingWeakDerefs.clear();
}
numPending = mPendingStrongDerefs.size();
if(numPending > 0) {
for(sizt_t i = 0; i < numPending; i++) {
BBinder* obj = mPendingStrongDerefs[i];
obj->decStrong(mProcess.get);
}
mPendingStrongDerefs.clear();
}
}
// 读取下一个command进行处理
result = talkWithDriver();// 来等待Client的请求
if(result >= NO_ERROR) {
size_t IN = mIn.dataAvail();
if(IN < sizeof(int32_t)) continue;
cmd = mIn.readInt32();
}
result = executeCommand(cmd);
if(result == TIMED_OUT && !isMain)
break;
} while(result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);
mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
talkWithDriver(false);
}
这里的talkWithDriver()里面之际调用的是ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)从/dev/binder读取
Client端发过来的请求，然后调用executeCommand处理
status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
BBinder* obj;
RefBase::weakref_type* refs;
status_t result = NO_ERROR;
switch(cmd) {
case BR_TRANSACTION:
binder_transaction_data tr;
result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
....
Parcel reply;
if(tr.target.ptr) {
sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
}
....
break;
}
}
最后又调用到BBinder 的transact()函数里面去了。
status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags )
{
data.setDataPosition(0);
switch(code)
{
case PING_TRANSACTION:
reply->writeInt32(pingBinder());
break;
default:
err = onTransact(code, data, reply, flags);
break;
}
return err;
}
到这里IPCThreadState类的流程就大概清楚了，线程调用joinThreadPool()从/dev/binder读取客户端的请求，然后调用
BBinder::transact()处理。那么这个BBinder是怎么来的呢？
上面代码中：sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie)说明这个BBinder指针是从Binder驱动中获取到，肯定是客户端
发送过来的，那么它的实际类型又是什么呢？而BBinder调用的onTransact()函数只是一个虚函数，肯定由它的子类来实
现，那我们服务端又怎么找到这个BBinder的实际类型呢？
这些内容我们下一节通过MediaPlayer这个具体示例分析。