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：
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：
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： 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： 相当于是： 接着调用javaObjectForIBinder把这个BpBinder对象转换成一个BinderProxy对象： 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：
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：
再来看gBinderProxyOffsets的定义：
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：
回到前面的javaObjectForIBinder函数中，下面这段代码： 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：
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：
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：
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：
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：
相当于是：
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：
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：
就相当于是：
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：
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。
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：
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守护进程中去，最后进入一个循环，等待Client的请求。
我们来看一下这部份的代码：
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，并且通过Looper.loop进入循环等待Client的请求。这里我们关注把HelloService添加到Service Manager中去的代码：
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：
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：
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：
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：
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：
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：
我们来看看Parcel.writeStrongBinder函数的实现：
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：
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：
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：
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：
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：
相当于是： 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：
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：
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：
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：
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：
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：
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：
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：
接着，就通过下面语句将这个HelloService的引用读出来：
我们看看Parcel.readStrongBinder的实现：
它也是一个JNI方法，实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp文件中：
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：
就相当于是：
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：
就相当于是：
回忆一下前面介绍IHelloService接口的定义时，IHelloService.Stub.asInterface是这样定义的：
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：
相当于是：
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：
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：
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：
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：
就调用了HelloService.execTransact函数，而HelloService.execTransact函数继承了Binder类的execTransact函数：
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：
函数最终又调用了HelloService.getVal函数：
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：
并将结果读出来：
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。