- Binder原理
- Android框架层
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前言
在Android Binder原理（一）学习Binder前必须要了解的知识点这篇文章中，我根据Android系统的分层，将Binder机制分为了三层：
- Java Binder (对应Framework层的Binder)
- Native Binder(对应Native层的Binder)
- Kernel Binder(对应Kernel层的Binder)
在此前的文章中，我一直都在介绍Native Binder和Kernel Binder的内容，它们的架构简单总结为下图。
在Android Binder原理（二）ServiceManager中的Binder机制这篇文章中，我讲过BpBinder是Client端与Server交互的代理类，而BBinder则代表了Server端，那么上图就可以改为：
从上图可以看到，Native Binder实际是基于C/S架构，Bpinder是Client端，BBinder是Server端，在Android Binder原理（四）ServiceManager的启动过程这篇文章中，我们得知Native Binder通过ioctl函数和Binder驱动进行数据交互。
Java Binder是需要借助Native Binder来进行工作的，因此Java Binder在设计上也是一个C/S架构，可以说Java Binder是Native Binder的一个镜像，所以在学习Java Binder前，最好先要学习此前文章讲解的Native Binder的内容。本篇文章先来讲解Java Binder是如何初始化的，即Java Binder的JNI注册。
1.Java Binder的JNI注册
Java Binder要想和Native Binder进行通信，需要通过JNI，JNI的注册是在Zygote进程启动过程中注册的，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
1void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote) 2{ 3 ... 4 JniInvocation jni_invocation; 5 jni_invocation.Init(NULL); 6 JNIEnv* env; 7 if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {//1 8 return; 9 } 10 onVmCreated(env); 11 if (startReg(env) < 0) { 12 ALOGE("Unable to register all android natives\n"); 13 return; 14 } 15 ... 16}
注释1处用于启动Java虚拟机，注释2处startReg函数用于完成虚拟机的JNI注册，关于AndroidRuntime的start函数的具体分析见Android系统启动流程（二）解析Zygote进程启动过程这篇文章。 startReg函数如下所示。 frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
1/*static*/ int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env) 2{ 3 ATRACE_NAME("RegisterAndroidNatives"); 4 androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc); 5 6 ALOGV("--- registering native functions ---\n"); 7 env->PushLocalFrame(200); 8 9 if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {//1 10 env->PopLocalFrame(NULL); 11 return -1; 12 } 13 env->PopLocalFrame(NULL); 14 return 0; 15}
注释1处的register_jni_procs函数的作用就是循环调用gRegJNI数组的成员所对应的方法，如下所示。
1static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv* env) 2{ 3 for (size_t i = 0; i < count; i++) { 4 if (array[i].mProc(env) < 0) { 5#ifndef NDEBUG 6 ALOGD("----------!!! %s failed to load\n", array[i].mName); 7#endif 8 return -1; 9 } 10 } 11 return 0; 12}
gRegJNI数组中有100多个成员变量：
1static const RegJNIRec gRegJNI[] = { 2 REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit), 3 REG_JNI(register_com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit), 4 REG_JNI(register_android_os_SystemClock), 5 ... 6 REG_JNI(register_android_os_Binder),//1 7 ... 8};
其中REG_JNI是一个宏定义：
1 #define REG_JNI(name) { name } 2 struct RegJNIRec { 3 int (*mProc)(JNIEnv*); 4 };
实际上就是调用参数名所对应的函数。负责Java Binder和Native Binder通信的函数为注释1处的register_android_os_Binder，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
1int register_android_os_Binder(JNIEnv* env) 2{ 3 //注册Binder类 4 if (int_register_android_os_Binder(env) < 0) 5 return -1; 6 //注册BinderInternal类 7 if (int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0) 8 return -1; 9 //注册BinderProxy类 10 if (int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0) 11 return -1; 12 ... 13 return 0; 14}
register_android_os_Binder函数做了三件事，分别是: 1.注册Binder类 2.注册BinderInternal类 3.注册BinderProxy类
它们是Java Binder关联类的一小部分，它们的关系如下图所示。
- IBinder接口中定义了很多整型的变量，其中定义一个叫做
FLAG_ONEWAY的整形变量。客户端发起调用时，客户端一般会阻塞，直到服务端返回结果。设置FLAG_ONEWAY后，客户端只需要把请求发送到服务端就可以立即返回，而不需要等待服务端的结果，这是一种非阻塞方式。 - Binder和BinderProxy实现了IBinder接口，Binder是服务端的代表，而BinderProxy是客户端的代表。
- BinderInternal只是在Binder框架中被使用，其内部类GcWatcher用于处理和Binder的垃圾回收。
- Parcel是一个数据包装器，它可以在进程间进行传递，Parcel既可以传递基本数据类型也可以传递Binder对象，Binder通信就是通过Parcel来进行客户端与服务端数据交互。Parcel的实现既有Java部分，也有Native部分，具体实现在Native部分中。
下面分别对Binder、BinderInternal这两个类的注册进行分析。
1.1 Binder类的注册
调用int_register_android_os_Binder函数来完成Binder类的注册，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
1static const JNINativeMethod gBinderMethods[] = { 2 /* name, signature, funcPtr */ 3 { "getCallingPid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingPid }, 4 { "getCallingUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingUid }, 5 { "clearCallingIdentity", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingIdentity }, 6 { "restoreCallingIdentity", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingIdentity }, 7 { "setThreadStrictModePolicy", "(I)V", (void*)android_os_Binder_setThreadStrictModePolicy }, 8 { "getThreadStrictModePolicy", "()I", (void*)android_os_Binder_getThreadStrictModePolicy }, 9 { "flushPendingCommands", "()V", (void*)android_os_Binder_flushPendingCommands }, 10 { "getNativeBBinderHolder", "()J", (void*)android_os_Binder_getNativeBBinderHolder }, 11 { "getNativeFinalizer", "()J", (void*)android_os_Binder_getNativeFinalizer }, 12 { "blockUntilThreadAvailable", "()V", (void*)android_os_Binder_blockUntilThreadAvailable } 13}; 14const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";//1 15static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env) 16{ 17 jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderPathName);//2 18 19 gBinderOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);//3 20 gBinderOffsets.mExecTransact = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "execTransact", "(IJJI)Z");//4 21 gBinderOffsets.mObject = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mObject", "J"); 22 23 return RegisterMethodsOrDie( 24 env, kBinderPathName, 25 gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods)); 26}
注释1处的kBinderPathName的值为"android/os/Binder"，这是Binder在Java Binder中的全路径名。 注释2处根据这个路径名获取Binder的Class对象，并赋值给jclass类型的变量clazz，clazz是Java层Binder在JNI层的代表。 注释3处通过MakeGlobalRefOrDie函数将本地引用clazz转变为全局引用并赋值给gBinderOffsets.mClass。 注释4处用于找到Java层的Binder的成员方法execTransact并赋值给gBinderOffsets.mExecTransact。 注释5处用于找到Java层的Binder的成员变量mObject并赋值给gBinderOffsets.mObject。 最后一行通过RegisterMethodsOrDie函数注册gBinderMethods中定义的函数，其中gBinderMethods是JNINativeMethod类型的数组，里面存储的是Binder的Native方法（Java层）与JNI层函数的对应关系。
gBinderMethods的定义如下所示。
1static struct bindernative_offsets_t 2{ 3 jclass mClass; 4 jmethodID mExecTransact; 5 jfieldID mObject; 6 7} gBinderOffsets;
使用gBinderMethods来保存变量和方法有两个原因： 1.为了效率考虑，如果每次调用相关的方法时都需要查询方法和变量，显然效率比较低。 2.这些成员变量和方法都是本地引用，在int int_register_android_os_Binder函数返回时，这些本地引用会被自动释放，因此用gBinderOffsets来保存，以便于后续使用。
对于JNI不大熟悉的同学可以看Android深入理解JNI（二）类型转换、方法签名和JNIEnv这篇文章。
1.2 BinderInternal类的注册
调用int_register_android_os_BinderInternal函数来完成BinderInternal类的注册，代码如下所示。 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
1const char* const kBinderInternalPathName = "com/android/internal/os/BinderInternal"; 2static int int_register_android_os_BinderInternal(JNIEnv* env) 3{ 4 jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderInternalPathName); 5 6 gBinderInternalOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz); 7 gBinderInternalOffsets.mForceGc = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "forceBinderGc", "()V"); 8 gBinderInternalOffsets.mProxyLimitCallback = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "binderProxyLimitCallbackFromNative", "(I)V"); 9 10 jclass SparseIntArrayClass = FindClassOrDie(env, "android/util/SparseIntArray"); 11 gSparseIntArrayOffsets.classObject = MakeGlobalRefOrDie(env, SparseIntArrayClass); 12 gSparseIntArrayOffsets.constructor = GetMethodIDOrDie(env, gSparseIntArrayOffsets.classObject, 13 "<init>", "()V"); 14 gSparseIntArrayOffsets.put = GetMethodIDOrDie(env, gSparseIntArrayOffsets.classObject, "put", 15 "(II)V"); 16 17 BpBinder::setLimitCallback(android_os_BinderInternal_proxyLimitcallback); 18 19 return RegisterMethodsOrDie( 20 env, kBinderInternalPathName, 21 gBinderInternalMethods, NELEM(gBinderInternalMethods)); 22}
和int_register_android_os_Binder函数的实现类似，主要做了三件事： 1.获取BinderInternal在JNI层的代表clazz。 2.将BinderInternal类中有用的成员变量和方法存储到gBinderInternalOffsets中。 3.注册BinderInternal类的Native方法对应的JNI函数。
还有一个BinderProxy类的注册，它和Binder、BinderInternal的注册过程差不多，这里就不再赘述了，有兴趣的读者可以自行去看源码。