阿拉神农 · 更新于 2018-11-28 11:00:43

第2章  深入理解 Java Binder 和 MessageQueue

本章主要内容:

·  介绍Binder系统的Java层框架

·  介绍MessageQueue

本章所涉及的源代码文件名及位置:

·  IBinder.java

frameworks/base/core/java/android/os/IBinder.java

·  Binder.java

frameworks/base/core/java/android/os/Binder.java

·  BinderInternal.java

frameworks/base/core/java/com/android/intenal/os/BinderInternal.java

·  android_util_Binder.cpp

frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp

·  SystemServer.java

frameworks/base/services/java/com/android/servers/SystemServer.java

·  ActivityManagerService.java

frameworks/base/services/java/com/android/servers/ActivityManagerService.java

·  ServiceManager.java

frameworks/base/core/java/android/os/ServiceManager.java

·  ServcieManagerNative.java

frameworks/base/core/java/android/os/ ServcieManagerNative.java

·  MessageQueue.java

frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java

·  android_os_MessageQueue.cpp

frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp

·  Looper.cpp

frameworks/base/native/android/Looper.cpp

·  Looper.h

frameworks/base/include/utils/Looper.h

·  android_app_NativeActivity.cpp

frameworks/base/core/jni/android_app_NativeActivity.cpp

2.1  概述

以本章做为本书Android分析之旅的开篇,将重点关注两个基础知识点,它们是:

·  Binder系统在Java世界是如何布局和工作的

·  MessageQueue的新职责

先来分析Java层中的Binder。

建议读者先阅读《深入理解Android:卷I》(以下简称“卷I”)的第6章“深入理解Binder”。网上有样章可下载。

2.2  Java层中的Binder分析

2.2.1  Binder架构总览

如果读者读过卷I第6章“深入理解Binder”,相信就不会对Binder架构中代表Client的Bp端及代表Server的Bn端感到陌生。Java层中Binder实际上也是一个C/S架构,而且其在类的命名上尽量保持与Native层一致,因此可认为,Java层的Binder架构是Native层Binder架构的一个镜像。Java层的Binder架构中的成员如图2-1所示。

image

图2-1  Java层中的Binder家族

由图2-1可知:

·  系统定义了一个IBinder接口类以及DeathRecepient接口。

·  Binder类和BinderProxy类分别实现了IBinder接口。其中Binder类作为服务端的Bn的代表,而BinderProxy作为客户端的Bp的代表。

·  系统中还定义一个BinderInternal类。该类是一个仅供Binder框架使用的类。它内部有一个GcWatcher类,该类专门用于处理和Binder相关的垃圾回收。

·  Java层同样提供一个用于承载通信数据的Parcel类。

注意,IBinder接口类中定义了一个叫FLAG_ONEWAY的整型,该变量的意义非常重要。当客户端利用Binder机制发起一个跨进程的函数调用时,调用方(即客户端)一般会阻塞,直到服务端返回结果。这种方式和普通的函数调用是一样的。但是在调用Binder函数时,在指明了FLAG_ONEWAY标志后,调用方只要把请求发送到Binder驱动即可返回,而不用等待服务端的结果,这就是一种所谓的非阻塞方式。在Native层中,涉及的Binder调用基本都是阻塞的,但是在Java层的framework中,使用FLAG_ONEWAY进行Binder调用的情况非常多,以后经常会碰到。

思考 使用FLAG_ONEWAY进行函数调用的程序在设计上有什么特点?这里简单分析一下:对于使用FLAG_ONEWAY的函数来说,客户端仅向服务端发出了请求,但是并不能确定服务端是否处理了该请求。所以,客户端一般会向服务端注册一个回调(同样是跨进程的Binder调用),一旦服务端处理了该请求,就会调用此回调来通知客户端处理结果。当然,这种回调函数也大多采用FLAG_ONEWAY的方式。

2.2.2  初始化Java层Binder框架

虽然Java层Binder系统是Native层Binder系统的一个Mirror,但这个Mirror终归还需借助Native层Binder系统来开展工作,即Mirror和Native层Binder有着千丝万缕的关系,一定要在Java层Binder正式工作之前建立这种关系。下面分析Java层Binder框架是如何初始化的。

在Android系统中,在Java初创时期,系统会提前注册一些JNI函数,其中有一个函数专门负责搭建Java Binder和Native Binder交互关系,该函数是register_android_os_Binder,代码如下:

[-->android_util_Binder.cpp]

int register_android_os_Binder(JNIEnv* env)

{

    //初始化Java Binder类和Native层的关系

    if(int_register_android_os_Binder(env) < 0)

       return -1;

    //初始化Java BinderInternal类和Native层的关系

    if(int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0)

       return -1;

   //初始化Java BinderProxy类和Native层的关系

    if(int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0)

       return -1;

   //初始化Java Parcel类和Native层的关系

    if(int_register_android_os_Parcel(env) < 0)

       return -1;

    return0;

}

据上面的代码可知,register_android_os_Binder函数完成了Java Binder架构中最重要的4个类的初始化工作。我们重点关注前3个。

1.  Binder类的初始化

int_register_android_os_Binder函数完成了Binder类的初始化工作,代码如下:

[-->android_util_Binder.cpp]

static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv*env)

{

  jclassclazz;

  //kBinderPathName为Java层中Binder类的全路径名,“android/os/Binder“

  clazz =env->FindClass(kBinderPathName);

  /*

  gBinderOffSets是一个静态类对象,它专门保存Binder类的一些在JNI层中使用的信息,

  如成员函数execTranscat的methodID,Binder类中成员mObject的fildID

  */

   gBinderOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);

   gBinderOffsets.mExecTransact

                     = env->GetMethodID(clazz,"execTransact", "(IIII)Z");

   gBinderOffsets.mObject

                     = env->GetFieldID(clazz,"mObject", "I");

   //注册Binder类中native函数的实现

    returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(

                            env, kBinderPathName,

                            gBinderMethods,NELEM(gBinderMethods));

}

从上面代码可知,gBinderOffsets对象保存了和Binder类相关的某些在JNI层中使用的信息。

建议 如果读者对JNI不是很清楚,可参阅卷I第2章“深入理解JNI”。

2.  BinderInternal类的初始化

下一个初始化的类是BinderInternal,其代码在int_register_android_os_BinderInternal函数中。

[-->android_util_Binder.cpp]

static intint_register_android_os_BinderInternal(JNIEnv* env)

{

   jclass clazz;

   //根据BinderInternal的全路径名找到代表该类的jclass对象。全路径名为

   // “com/android/internal/os/BinderInternal”

   clazz =env->FindClass(kBinderInternalPathName);

   //gBinderInternalOffsets也是一个静态对象,用来保存BinderInternal类的一些信息

   gBinderInternalOffsets.mClass = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);

   //获取forceBinderGc的methodID

  gBinderInternalOffsets.mForceGc

                 = env->GetStaticMethodID(clazz,"forceBinderGc", "()V");

     //注册BinderInternal类中native函数的实现

    return AndroidRuntime::registerNativeMethods(

                        env,kBinderInternalPathName,

                         gBinderInternalMethods, NELEM(gBinderInternalMethods));

}

int_register_android_os_BinderInternal的工作内容和int_register_android_os_Binder的工作内容类似:

·  获取一些有用的methodID和fieldID。这表明JNI层一定会向上调用Java层的函数。

·  注册相关类中native函数的实现。

3.  BinderProxy类的初始化

int_register_android_os_BinderProxy完成了BinderProxy类的初始化工作,代码稍显复杂,如下所示:

[-->android_util_Binder.cpp]

static intint_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)

{

    jclassclazz;

  

   clazz =env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");

   //gWeakReferenceOffsets用来和WeakReference类打交道

   gWeakReferenceOffsets.mClass = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);

   //获取WeakReference类get函数的MethodID

   gWeakReferenceOffsets.mGet= env->GetMethodID(clazz, "get",

                                    "()Ljava/lang/Object;");

    clazz = env->FindClass("java/lang/Error");

    //gErrorOffsets用来和Error类打交道

   gErrorOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);

 

    clazz =env->FindClass(kBinderProxyPathName);

    //gBinderProxyOffsets用来和BinderProxy类打交道

   gBinderProxyOffsets.mClass = (jclass) env->NewGlobalRef(clazz);

   gBinderProxyOffsets.mConstructor= env->GetMethodID(clazz,"<init>", "()V");

    ...... //获取BinderProxy的一些信息

    clazz =env->FindClass("java/lang/Class");

    //gClassOffsets用来和Class类打交道

    gClassOffsets.mGetName=env->GetMethodID(clazz,

                              "getName","()Ljava/lang/String;");

    //注册BinderProxy native函数的实现

    returnAndroidRuntime::registerNativeMethods(env,

          kBinderProxyPathName,gBinderProxyMethods,

                                NELEM(gBinderProxyMethods));

}

据上面代码可知,int_register_android_os_BinderProxy函数除了初始化BinderProxy类外,还获取了WeakReference类和Error类的一些信息。看来BinderProxy对象的生命周期会委托WeakReference来管理,难怪JNI层会获取该类get函数的MethodID。

至此,Java Binder几个重要成员的初始化已完成,同时在代码中定义了几个全局静态对象,分别是gBinderOffsets、gBinderInternalOffsets和gBinderProxyOffsets。

这几个对象的命名中都有一个Offsets,我觉得这非常别扭,不知道读者是否有同感。

框架的初始化其实就是提前获取一些JNI层的使用信息,如类成员函数的MethodID,类成员变量的fieldID等。这项工作是必需的,因为它能节省每次使用时获取这些信息的时间。当Binder调用频繁时,这些时间累积起来还是不容小觑的。

下面我们通过一个例子来分析Java Binder的工作流程。

2.2.3  窥一斑,可见全豹乎

这个例子源自ActivityManagerService,我们试图通过它揭示Java层Binder的工作原理。先来描述一下该例子的分析步骤:

·  首先分析AMS如何将自己注册到ServiceManager。

·  然后分析AMS如何响应客户端的Binder调用请求。

本例的起点是setSystemProcess,其代码如下所示:

[-->ActivityManagerService.java]

public static void setSystemProcess() {

 try {

        ActivityManagerService m = mSelf;

        //将ActivityManagerService服务注册到ServiceManager中

       ServiceManager.addService("activity", m);......

      }

   ......

   return;

}

上面所示代码行的目的是将ActivityManagerService服务加到ServiceManager中。ActivityManagerService(以后简称AMS)是Android核心服务中的核心,我们以后会经常和它打交道。

大家知道,整个Android系统中有一个Native的ServiceManager(以后简称SM)进程,它统筹管理Android系统上的所有Service。成为一个Service的首要条件是先在SM中注册。下面来看Java层的Service是如何向SM注册的。

1.  向ServiceManager注册服务

(1) 创建ServiceManagerProxy

向SM注册服务的函数叫addService,其代码如下:

[-->ServiceManager.java]

public static void addService(String name, IBinderservice) {

  try {

          //getIServiceManager返回什么

         getIServiceManager().addService(name,service);

     }

     ......

 }

//分析getIServiceManager函数

private static IServiceManagergetIServiceManager() {

    ......

    //调用asInterface,传递的参数类型为IBinder       

    sServiceManager= ServiceManagerNative.asInterface(

                        BinderInternal.getContextObject());

    returnsServiceManager;

}

asInterface的参数为BinderInternal.getContextObject的返回值。这是一个native的函数,其实现的代码为:

[-->android_util_Binder.cpp]

static jobjectandroid_os_BinderInternal_getContextObject(

JNIEnv* env, jobject clazz)

{

   /*

    下面这句代码,我们在卷I第6章详细分析过,它将返回一个BpProxy对象,其中

    NULL(即0,用于标识目的端)指定Proxy通信的目的端是ServiceManager

   */

    sp<IBinder>b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);

    //由Native对象创建一个Java对象,下面分析该函数

    returnjavaObjectForIBinder(env, b);

}

[-->android_util_Binder.cpp]

jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, constsp<IBinder>& val)

{

   //mProxyLock是一个全局的静态CMutex对象

    AutoMutex_l(mProxyLock);

 

  /*

    val对象实际类型是BpBinder,读者可自行分析BpBinder.cpp中的findObject函数。

    事实上,在Native层的BpBinder中有一个ObjectManager,它用来管理在Native BpBinder

    上创建的Java BpBinder对象。下面这个findObject用来判断gBinderProxyOffsets

    是否已经保存在ObjectManager中。如果是,那就需要删除这个旧的object

  */

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

    if(object != NULL) {

       jobject res = env->CallObjectMethod(object, gWeakReferenceOffsets.mGet);

       android_atomic_dec(&gNumProxyRefs);

       val->detachObject(&gBinderProxyOffsets);

       env->DeleteGlobalRef(object);

    }

   

     //创建一个新的BinderProxy对象,并注册到Native BpBinder对象的ObjectManager中

        object= env->NewObject(gBinderProxyOffsets.mClass,

                            gBinderProxyOffsets.mConstructor);

    if(object != NULL) {

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

       val->incStrong(object);

       jobject refObject = env->NewGlobalRef(

               env->GetObjectField(object, gBinderProxyOffsets.mSelf));

        /*

        将这个新创建的BinderProxy对象注册(attach)到BpBinder的ObjectManager中,

       同时注册一个回收函数proxy_cleanup。当BinderProxy对象撤销(detach)的时候,

        该函数会 被调用,以释放一些资源。读者可自行研究proxy_cleanup函数。

      */

       val->attachObject(&gBinderProxyOffsets, refObject,

                             jnienv_to_javavm(env),proxy_cleanup);

 

        //DeathRecipientList保存了一个用于死亡通知的list

        sp<DeathRecipientList>drl = new DeathRecipientList;

       drl->incStrong((void*)javaObjectForIBinder);

        //将死亡通知list和BinderProxy对象联系起来

       env->SetIntField(object, gBinderProxyOffsets.mOrgue,

                             reinterpret_cast<jint>(drl.get()));

        //增加该Proxy对象的引用计数

        android_atomic_inc(&gNumProxyRefs);

        //下面这个函数用于垃圾回收。创建的Proxy对象一旦超过200个,该函数

        //将调用BinderInter类的ForceGc做一次垃圾回收

       incRefsCreated(env);

    }

 

    returnobject;

}

BinderInternal.getContextObject的代码有点多,简单整理一下,可知该函数完成了以下两个工作:

·  创建了一个Java层的BinderProxy对象。

·  通过JNI,该BinderProxy对象和一个Native的BpProxy对象挂钩,而该BpProxy对象的通信目标就是ServiceManager。

大家还记得在Native层Binder中那个著名的interface_cast宏吗?在Java层中,虽然没有这样的宏,但是定义了一个类似的函数asInterface。下面来分析ServiceManagerNative类的asInterface函数,其代码如下:

[-->ServiceManagerNative.java]

static public IServiceManager asInterface(IBinderobj)

 {

       ...... //以obj为参数,创建一个ServiceManagerProxy对象

       return new ServiceManagerProxy(obj);

 }

上面代码和Native层interface_cast非常类似,都是以一个BpProxy对象为参数构造一个和业务相关的Proxy对象,例如这里的ServiceManagerProxy对象。ServiceManagerProxy对象的各个业务函数会将相应请求打包后交给BpProxy对象,最终由BpProxy对象发送给Binder驱动以完成一次通信。

提示 实际上BpProxy也不会和Binder驱动交互,真正和Binder驱动交互的是IPCThreadState。

(2) addService函数分析

现在来分析ServiceManagerProxy的addService函数,其代码如下:

[-->ServcieManagerNative.java]

public void addService(String name, IBinderservice)

                           throws RemoteException {

       Parcel data = Parcel.obtain();

       Parcel reply = Parcel.obtain();

       data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);

       data.writeString(name);

        //注意下面这个writeStrongBinder函数,后面我们会详细分析它

       data.writeStrongBinder(service);

       //mRemote实际上就是BinderProxy对象,调用它的transact,将封装好的请求数据

       //发送出去

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

       reply.recycle();

       data.recycle();

}

BinderProxy的transact,是一个native函数,其实现函数的代码如下所示:

[-->android_util_Binder.cpp]

static jbooleanandroid_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,

                                           jintcode, jobject dataObj,

                                           jobject replyObj, jint flags)

{

        ......

    //从Java的Parcel对象中得到Native的Parcel对象

    Parcel*data = parcelForJavaObject(env, dataObj);

    if (data== NULL) {

       return JNI_FALSE;

    }

    //得到一个用于接收回复的Parcel对象

    Parcel*reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);

    if(reply == NULL && replyObj != NULL) {

       return JNI_FALSE;

    }

    //从Java的BinderProxy对象中得到之前已经创建好的那个Native的BpBinder对象

    IBinder*target = (IBinder*)

       env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);

    ......

    //通过Native的BpBinder对象,将请求发送给ServiceManager

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

    ......

    signalExceptionForError(env, obj, err);

    returnJNI_FALSE;

}

看了上面的代码会发现,Java层的Binder最终还是要借助Native的Binder进行通信的。

关于Binder这套架构,笔者有一个体会愿和读者一起讨论分析。

从架构的角度看,在Java中搭建了一整套框架,如IBinder接口,Binder类和BinderProxy类。但是从通信角度看,不论架构的编写采用的是Native语言还是Java语言,只要把请求传递到Binder驱动就可以了,所以通信的目的是向binder发送请求和接收回复。在这个目的之上,考虑到软件的灵活性和可扩展性,于是编写了一个架构。反过来说,也可以不使用架构(即没有使用任何接口、派生之类的东西)而直接和binder交互,例如ServiceManager作为Binder的一个核心程序,就是直接读取/dev/binder设备,获取并处理请求。从这一点上看,Binder的目的虽是简单的(即打开binder设备,然后读请求和写回复),但是架构是复杂的(编写各种接口类和封装类等)。我们在研究源码时,一定要先搞清楚目的。实现只不过是达到该目的的一种手段和方式。脱离目的的实现,如缘木求鱼,很容易偏离事物本质。

在对addService进行分析时,我们曾提示writeStrongBinder是一个特别的函数。那么它特别在哪里呢?

(3) 三人行之Binder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder

ActivityManagerService从ActivityManagerNative类派生,并实现了一些接口,其中和Binder的相关的只有这个ActivityManagerNative类,其原型如下:

[-->ActivityManagerNative.java]

public abstract class ActivityManagerNative

                          extends Binder

                          implementsIActivityManager

ActivityManagerNative从Binder派生,并实现了IActivityManager接口。下面来看ActivityManagerNative的构造函数:

[-->ActivityManagerNative.java]

public ActivityManagerNative() {

       attachInterface(this, descriptor);//该函数很简单,读者可自行分析

    }

//这是ActivityManagerNative父类的构造函数,即Binder的构造函数

public Binder() {

       init();

}

Binder构造函数中会调用native的init函数,其实现的代码如下:

[-->android_util_Binder.cpp]

static void android_os_Binder_init(JNIEnv* env,jobject obj)

{

    //创建一个JavaBBinderHolder对象

   JavaBBinderHolder* jbh = new JavaBBinderHolder();

     bh->incStrong((void*)android_os_Binder_init);

   //将这个JavaBBinderHolder对象保存到Java Binder对象的mObject成员中

   env->SetIntField(obj, gBinderOffsets.mObject, (int)jbh);

}

从上面代码可知,Java的Binder对象将和一个Native的JavaBBinderHolder对象相关联。那么,JavaBBinderHolder是何方神圣呢?其定义如下:

[-->android_util_Binder.cpp]

class JavaBBinderHolder : public RefBase

{

public:

   sp<JavaBBinder> get(JNIEnv* env, jobject obj)

    {

       AutoMutex _l(mLock);

       sp<JavaBBinder> b = mBinder.promote();

        if(b == NULL) {

          //创建一个JavaBBinder,obj实际上是Java层中的Binder对象

           b = new JavaBBinder(env, obj);

           mBinder = b;

       }

       return b;

    }

    ......

private:

   Mutex           mLock;

   wp<JavaBBinder> mBinder;

};

从派生关系上可以发现,JavaBBinderHolder仅从RefBase派生,所以它不属于Binder家族。Java层的Binder对象为什么会和Native层的一个与Binder家族无关的对象绑定呢?仔细观察JavaBBinderHolder的定义可知:JavaBBinderHolder类的get函数中创建了一个JavaBBinder对象,这个对象就是从BnBinder派生的。

那么,这个get函数是在哪里调用的?答案在下面这句代码中:

//其中,data是Parcel对象,service此时还是ActivityManagerService

data.writeStrongBinder(service);

writeStrongBinder会做一个替换工作,下面是它的native代码实现:

[-->android_util_Binder.cpp]

static void android_os_Parcel_writeStrongBinder(JNIEnv*env,

                                               jobjectclazz, jobject object)

{

   //parcel是一个Native的对象,writeStrongBinder的真正参数是

 //ibinderForJavaObject的返回值

  conststatus_t err = parcel->writeStrongBinder(

                                    ibinderForJavaObject(env,object));

}

[-->android_util_Binder.cpp]

sp<IBinder> ibinderForJavaObject(JNIEnv*env, jobject obj)

{

   //如果Java的obj是Binder类,则首先获得JavaBBinderHolder对象,然后调用

  //它的get函数。而这个get将返回一个JavaBBinder

  if(env->IsInstanceOf(obj, gBinderOffsets.mClass)) {

     JavaBBinderHolder*jbh = (JavaBBinderHolder*)env->GetIntField(obj,

                                      gBinderOffsets.mObject);

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

    }

    //如果obj是BinderProxy类,则返回Native的BpBinder对象

    if(env->IsInstanceOf(obj, gBinderProxyOffsets.mClass)) {

       return (IBinder*)

           env->GetIntField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);

    }

   returnNULL;

}

根据上面的介绍会发现,addService实际添加到Parcel的并不是AMS本身,而是一个叫JavaBBinder的对象。正是将它最终传递到Binder驱动。

读者此时容易想到,Java层中所有的Binder对应的都是这个JavaBBinder。当然,不同的Binder对象对应不同的JavaBBinder对象。

图2-2展示了Java Binder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder的关系。

image

图2-2 JavaBinder、JavaBBinderHolder和JavaBBinder三者的关系

从图2-2可知:

·  Java层的Binder通过mObject指向一个Native层的JavaBBInderHolder对象。

·  Native层的JavaBBinderHolder对象通过mBinder成员变量指向一个Native的JavaBBinder对象。

·  Native的JavaBBinder对象又通过mObject变量指向一个Java层的Binder对象。

为什么不直接让Java层的Binder对象指向Native层的JavaBBinder对象呢?由于缺乏设计文档,这里不便妄加揣测,但从JavaBBinderHolder的实现上来分析,估计和垃圾回收(内存管理)有关,因为JavaBBinderHolder中的mBinder对象的类型被定义成弱引用wp了。

建议 对此,如果读者有更好的解释,不妨与大家分享一下。

2.  ActivityManagerService响应请求

初见JavaBBinde时,多少有些吃惊。回想一下Native层的Binder架构:虽然在代码中调用的是Binder类提供的接口,但其对象却是一个实际的服务端对象,例如MediaPlayerService对象,AudioFlinger对象。

而Java层的Binder架构中,JavaBBinder却是一个和业务完全无关的对象。那么,这个对象如何实现不同业务呢?

为回答此问题,我们必须看它的onTransact函数。当收到请求时,系统会调用这个函数。

关于这个问题,建议读者阅读卷I第六章《深入理解Binder》。

[-->android_util_Binder.cpp]

virtual status_t onTransact(

       uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags =0)

{

       JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);

       IPCThreadState* thread_state = IPCThreadState::self();

       .......

       //调用Java层Binder对象的execTranscat函数

       jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject,

                    gBinderOffsets.mExecTransact,code,

                   (int32_t)&data,(int32_t)reply, flags);

        ......

       return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;

}

就本例而言,上面代码中的mObject就是ActivityManagerService,现在调用它的execTransact函数,该函数在Binder类中实现,具体代码如下:

 [-->Binder.java]

private boolean execTransact(int code, intdataObj, int replyObj,int flags) {

       Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);

       Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);

       boolean res;

        try{

           //调用onTransact函数,派生类可以重新实现这个函数,以完成业务功能

           res = onTransact(code, data, reply, flags);

        }......

       reply.recycle();

       data.recycle();

       return res;

    }

}

ActivityManagerNative类实现了onTransact函数,代码如下:

[-->ActivityManagerNative.java]

public boolean onTransact(int code, Parcel data,Parcel reply, int flags)

           throws RemoteException {

       switch (code) {

        caseSTART_ACTIVITY_TRANSACTION:

        {

           data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);

           IBinder b = data.readStrongBinder();

           ......

           //再由ActivityManagerService实现业务函数startActivity

           intresult = startActivity(app, intent, resolvedType,

                   grantedUriPermissions, grantedMode, resultTo, resultWho,

                   requestCode, onlyIfNeeded, debug, profileFile,

                   profileFd, autoStopProfiler);

           reply.writeNoException();

           reply.writeInt(result);

           return true;

}

由此可以看出,JavaBBinder仅是一个传声筒,它本身不实现任何业务函数,其工作是:

·  当它收到请求时,只是简单地调用它所绑定的Java层Binder对象的exeTransact。

·  该Binder对象的exeTransact调用其子类实现的onTransact函数。

·  子类的onTransact函数将业务又派发给其子类来完成。请读者务必注意其中的多层继承关系。

通过这种方式,来自客户端的请求就能传递到正确的Java Binder对象了。图2-3展示AMS响应请求的整个流程。

image

图2-3  AMS响应请求的流程

图2-3中,右上角的大方框表示AMS这个对象,其间的虚线箭头表示调用子类重载的函数。

2.2.4  Java层Binder架构总结


图2-4展示了Java层的Binder架构。

image

图 2-4  Java层Binder架构

 根据图2-4可知:

·  对于代表客户端的BinderProxy来说,Java层的BinderProxy在Native层对应一个BpBinder对象。凡是从Java层发出的请求,首先从Java层的BinderProxy传递到Native层的BpBinder,继而由BpBinder将请求发送到Binder驱动。

·  对于代表服务端的Service来说,Java层的Binder在Native层有一个JavaBBinder对象。前面介绍过,所有Java层的Binder在Native层都对应为JavaBBinder,而JavaBBinder仅起到中转作用,即把来自客户端的请求从Native层传递到Java层。

·  系统中依然只有一个Native的ServiceManager。

至此,Java层的Binder架构已介绍完毕。从前面的分析可以看出,Java层Binder非常依赖Native层的Binder。建议想进一步了解Binder的读者们,要深入了解这一问题,有必要阅读卷I的第6章“深入理解Binder”。

2.3  心系两界的MessageQueue

卷I第5章介绍过,MessageQueue类封装了与消息队列有关的操作。在一个以消息驱动的系统中,最重要的两部分就是消息队列和消息处理循环。在Andrid 2.3以前,只有Java世界的居民有资格向MessageQueue中添加消息以驱动Java世界的正常运转,但从Android 2.3开始,MessageQueue的核心部分下移至Native层,让Native世界的居民也能利用消息循环来处理他们所在世界的事情。因此现在的MessageQueue心系Native和Java两个世界。

2.3.1  MessageQueue的创建

现在来分析MessageQueue是如何跨界工作的,其代码如下:

[-->MessageQueue.java]

 MessageQueue() {

       nativeInit(); //构造函数调用nativeInit,该函数由Native层实现

 }

nativeInit函数的真正实现为android_os_MessageQueue_nativeInit,其代码如下:

[-->android_os_MessageQueue.cpp]

static voidandroid_os_MessageQueue_nativeInit(JNIEnv* env, jobject obj) {

   //NativeMessageQueue是MessageQueue在Native层的代表

   NativeMessageQueue*nativeMessageQueue = new NativeMessageQueue();

   ......

   //将这个NativeMessageQueue对象设置到Java层保存

   android_os_MessageQueue_setNativeMessageQueue(env,obj,

                                                         nativeMessageQueue);

}

 nativeInit函数在Native层创建了一个与MessageQueue对应的NativeMessageQueue对象,其构造函数如下:

[-->android_os_MessageQueue.cpp]

NativeMessageQueue::NativeMessageQueue() {

 /*

   代表消息循环的Looper也在Native层中呈现身影了。根据消息驱动的知识,一个线程会有一个

   Looper来循环处理消息队列中的消息。下面一行的调用就是取得保存在线程本地存储空间

   (Thread Local Storage)中的Looper对象

   */

    mLooper= Looper::getForThread();

   if(mLooper == NULL) {

    /*

     如为第一次进来,则该线程没有设置本地存储,所以须先创建一个Looper,然后再将其保存到

     TLS中,这是很常见的一种以线程为单位的单例模式

     */

     mLooper = new Looper(false);

     Looper::setForThread(mLooper);

    }

}

Native的Looper是Native世界中参与消息循环的一位重要角色。虽然它的类名和Java层的Looper类一样,但此二者其实并无任何关系。这一点以后还将详细分析。

2.3.2  提取消息

当一切准备就绪后,Java层的消息循环处理,也就是Looper会在一个循环中提取并处理消息。消息的提取就是调用MessageQueue的next函数。当消息队列为空时,next就会阻塞。MessageQueue同时支持Java层和Native层的事件,那么其next函数该怎么实现呢?具体代码如下:

[-->MessagQueue.java]

final Message next() {

        intpendingIdleHandlerCount = -1;

        intnextPollTimeoutMillis = 0;

 

        for(;;) {

           ......

            //mPtr保存了NativeMessageQueue的指针,调用nativePollOnce进行等待

           nativePollOnce(mPtr, nextPollTimeoutMillis);

           synchronized (this) {

               final long now = SystemClock.uptimeMillis();

               //mMessages用来存储消息,这里从其中取一个消息进行处理

               final Message msg = mMessages;

               if (msg != null) {

                   final long when = msg.when;

                   if (now >= when) {

                        mBlocked = false;

                        mMessages = msg.next;

                        msg.next = null;

                        msg.markInUse();

                        return msg; //返回一个Message给Looper进行派发和处理

                   } else {

                        nextPollTimeoutMillis =(int) Math.min(when - now,

                                                     Integer.MAX_VALUE);

                   }

               } else {

                   nextPollTimeoutMillis = -1;

               }

           ......

           /*

           处理注册的IdleHandler,当MessageQueue中没有Message时,

           Looper会调用IdleHandler做一些工作,例如做垃圾回收等

           */

           ......

           pendingIdleHandlerCount = 0;

          nextPollTimeoutMillis = 0;

        }

}

看到这里,可能会有人觉得这个MessageQueue很简单,不就是从以前在Java层的wait变成现在Native层的wait了吗?但是事情本质比表象要复杂得多,来思考下面的情况:

·  nativePollOnce返回后,next函数将从mMessages中提取一个消息。也就是说,要让nativePollOnce返回,至少要添加一个消息到消息队列,否则nativePollOnce不过是做了一次无用功罢了。

·  如果nativePollOnce将在Native层等待,就表明Native层也可以投递Message,但是从Message类的实现代码上看,该类和Native层没有建立任何关系。那么nativePollOnce在等待什么呢?

对于上面的问题,相信有些读者心中已有了答案:nativePollOnce不仅在等待Java层来的Message,实际上还在Native还做了大量的工作。

下面我们来分析Java层投递Message并触发nativePollOnce工作的正常流程。

1.  在Java层投递Message

MessageQueue的enqueueMessage函数完成将一个Message投递到MessageQueue中的工作,其代码如下:

[-->MesssageQueue.java]

final boolean enqueueMessage(Message msg, longwhen) {

        ......

       final boolean needWake;

       synchronized (this) {

           if (mQuiting) {

               return false;

           } else if (msg.target == null) {

               mQuiting = true;

           }

           msg.when = when;

           Message p = mMessages;

           if (p == null || when == 0 || when < p.when) {

               /*

                如果p为空,表明消息队列中没有消息,那么msg将是第一个消息,needWake

                需要根据mBlocked的情况考虑是否触发

               */

               msg.next = p;

               mMessages = msg;

               needWake = mBlocked;

           } else {

               //如果p不为空,表明消息队列中还有剩余消息,需要将新的msg加到消息尾

               Message prev = null;

               while (p != null && p.when <= when) {

                   prev = p;

                   p = p.next;

               }

               msg.next = prev.next;

               prev.next = msg;

               //因为消息队列之前还剩余有消息,所以这里不用调用nativeWakeup

               needWake = false;

           }

        }

        if(needWake) {

           //调用nativeWake,以触发nativePollOnce函数结束等待

           nativeWake(mPtr);

        }

       return true;

    }

上面的代码比较简单,主要功能是:

·  将message按执行时间排序,并加入消息队。

·  根据情况调用nativeWake函数,以触发nativePollOnce函数,结束等待。

建议 虽然代码简单,但是对于那些不熟悉多线程的读者,还是要细细品味一下mBlocked值的作用。我们常说细节体现美,代码也一样,这个小小的mBlocked正是如此。

2.  nativeWake函数分析

nativeWake函数的代码如下所示:

[-->android_os_MessageQueue.cpp]

static voidandroid_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jobject obj,

                                                      jint ptr)

{

    NativeMessageQueue*nativeMessageQueue =  //取出NativeMessageQueue对象

                       reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);

    returnnativeMessageQueue->wake(); //调用它的wake函数

}
void NativeMessageQueue::wake() {

   mLooper->wake();//层层调用,现在转到mLooper的wake函数

}

 

Native Looper的wake函数代码如下:

[-->Looper.cpp]

void Looper::wake() {

    ssize_tnWrite;

       do {

           //向管道的写端写入一个字符

       nWrite = write(mWakeWritePipeFd, "W", 1);

    } while(nWrite == -1 && errno == EINTR);

 

    if(nWrite != 1) {

        if(errno != EAGAIN) {

           LOGW("Could not write wake signal, errno=%d", errno);

        }

    }

}

wake函数则更为简单,仅仅向管道的写端写入一个字符”W”,这样管道的读端就会因为有数据可读而从等待状态中醒来。

2.3.3  nativePollOnce函数分析

nativePollOnce的实现函数是android_os_MessageQueue_nativePollOnce,代码如下:

[-->android_os_MessageQueue.cpp]

static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv*env, jobject obj,

        jintptr, jint timeoutMillis)

     NativeMessageQueue*nativeMessageQueue =

                            reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);

    //取出NativeMessageQueue对象,并调用它的pollOnce

   nativeMessageQueue->pollOnce(timeoutMillis);

}

//分析pollOnce函数

void NativeMessageQueue::pollOnce(inttimeoutMillis) {

   mLooper->pollOnce(timeoutMillis); //重任传递到Looper的pollOnce函数

}

Looper的pollOnce函数如下:

[-->Looper.cpp]

inline int pollOnce(int timeoutMillis) {

       return pollOnce(timeoutMillis, NULL, NULL, NULL);

}

上面的函数将调用另外一个有4个参数的pollOnce函数,这个函数的原型如下:

int pollOnce(int timeoutMillis, int* outFd, int*outEvents, void** outData)

其中:

·  timeOutMillis参数为超时等待时间。如果为-1,则表示无限等待,直到有事件发生为止。如果值为0,则无需等待立即返回。

·  outFd用来存储发生事件的那个文件描述符

·  outEvents用来存储在该文件描述符[①]上发生了哪些事件,目前支持可读、可写、错误和中断4个事件。这4个事件其实是从epoll事件转化而来。后面我们会介绍大名鼎鼎的epoll。

·  outData用于存储上下文数据,这个上下文数据是由用户在添加监听句柄时传递的,它的作用和pthread_create函数最后一个参数param一样,用来传递用户自定义的数据。

另外,pollOnce函数的返回值也具有特殊的意义,具体如下:

·  当返回值为ALOOPER_POLL_WAKE时,表示这次返回是由wake函数触发的,也就是管道写端的那次写事件触发的。

·  返回值为ALOOPER_POLL_TIMEOUT表示等待超时。

·  返回值为ALOOPER_POLL_ERROR,表示等待过程中发生错误。

返回值为ALOOPER_POLL_CALLBACK,表示某个被监听的句柄因某种原因被触发。这时,outFd参数用于存储发生事件的文件句柄,outEvents用于存储所发生的事件。

上面这些知识是和epoll息息相关的。

提示 查看Looper的代码会发现,Looper采用了编译选项(即#if和#else)来控制是否使用epoll作为I/O复用的控制中枢。鉴于现在大多数系统都支持epoll,这里仅讨论使用epoll的情况。

1.  epoll基础知识介绍

epoll机制提供了Linux平台上最高效的I/O复用机制,因此有必要介绍一下它的基础知识。

从调用方法上看,epoll的用法和select/poll非常类似,其主要作用就是I/O复用,即在一个地方等待多个文件句柄的I/O事件。

下面通过一个简单例子来分析epoll的工作流程。

[-->epoll工作流程分析案例]

  /*

  使用epoll前,需要先通过epoll_create函数创建一个epoll句柄。

  下面一行代码中的10表示该epoll句柄初次创建时候分配能容纳10个fd相关信息的缓存。

  对于2.6.8版本以后的内核,该值没有实际作用,这里可以忽略。其实这个值的主要目的是

  确定分配一块多大的缓存。现在的内核都支持动态拓展这块缓存,所以该值就没有意义了

  */ 

  int epollHandle = epoll_create(10);

  

  /*

     得到epoll句柄后,下一步就是通过epoll_ctl把需要监听的文件句柄加入到epoll句柄中。

     除了指定文件句柄本身的fd值外,同时还需要指定在该fd上等待什么事件。epoll支持四类事件,

    分别是EPOLLIN(句柄可读)、EPOLLOUT(句柄可写),EPOLLERR(句柄错误)、EPOLLHUP(句柄断)。

     epoll定义了一个结构体struct epoll_event来表达监听句柄的诉求。

     假设现在有一个监听端的socket句柄listener,要把它加入到epoll句柄中。

   */

   structepoll_event listenEvent; //先定义一个event

   /*

   EPOLLIN表示可读事件,EPOLLOUT表示可写事件,另外还有EPOLLERR,EPOLLHUP表示

   系统默认会将EPOLLERR加入到事件集合中

   */

   listenEvent.events= EPOLLIN;//指定该句柄的可读事件

   //epoll_event中有一个联合体叫data,用来存储上下文数据,本例的上下文数据就是句柄自己

   listenEvent.data.fd= listenEvent;

  /*

   EPOLL_CTL_ADD将监听fd和监听事件加入到epoll句柄的等待队列中;

   EPOLL_CTL_DEL将监听fd从epoll句柄中移除;

   EPOLL_CTL_MOD修改监听fd的监听事件,例如本来只等待可读事件,现在需要同时等待

  可写事件,那么修改listenEvent.events 为EPOLLIN|EPOLLOUT后,再传给epoll句柄

   */

   epoll_ctl(epollHandle,EPOLL_CTL_ADD,listener,&listenEvent);

   /*

   当把所有感兴趣的fd都加入到epoll句柄后,就可以开始坐等感兴趣的事情发生了。

   为了接收所发生的事情,先定义一个epoll_event数组

   */

 struct  epoll_eventresultEvents[10];

   inttimeout = -1;

   while(1)

   {

      /*

      调用epoll_wait用于等待事件,其中timeout可以指定一个超时时间,

      resultEvents用于接收发生的事件,10为该数组的大小。

       epoll_wait函数的返回值有如下含义:

       nfds大于0表示所监听的句柄上有事件发生;

       nfds等于0表示等待超时;

       nfds小于0表示等待过程中发生了错误

      */

   int nfds= epoll_wait(epollHandle, resultEvents, 10, timeout);

   if(nfds== -1)

   {

      // epoll_wait发生了错误

   }

   elseif(nfds == 0)

   {

      //发生超时,期间没有发生任何事件

   }

   else

   {

      //resultEvents用于返回那些发生了事件的信息

      for(int i = 0; i < nfds; i++)

      {

         struct epoll_event & event =resultEvents[i];

         if(event & EPOLLIN)

        {

            /*

             收到可读事件。到底是哪个文件句柄发生该事件呢?可通过event.data这个联合体取得

              之前传递给epoll的上下文数据,该上下文信息可用于判断到底是谁发生了事件。

            */

        }

         .......//其他处理 

      }

   }

 

}

epoll整体使用流程如上面代码所示,基本和select/poll类似,不过作为Linux平台最高效的I/O复用机制,这里有些内容供读者参考,

epoll的效率为什么会比select高?其中一个原因是调用方法。每次调用select时,都需要把感兴趣的事件复制到内核中,而epoll只在epll_ctl进行加入的时候复制一次。另外,epoll内部用于保存事件的数据结构使用的是红黑树,查找速度很快。而select采用数组保存信息,不但一次能等待的句柄个数有限,并且查找起来速度很慢。当然,在只等待少量文件句柄时,select和epoll效率相差不是很多,但笔者还是推荐使用epoll。

epoll等待的事件有两种触发条件,一个是水平触发(EPOLLLEVEL),另外一个是边缘触发(EPOLLET,ET为Edge Trigger之意),这两种触发条件的区别非常重要。读者可通过man epoll查阅系统提供的更为详细的epoll机制。

最后,关于pipe,还想提出一个小问题供读者思考讨论:

为什么Android中使用pipe作为线程间通讯的方式?对于pipe的写端写入的数据,读端都不感兴趣,只是为了简单的唤醒。POSIX不是也有线程间同步函数吗?为什么要用pipe呢?

关于这个问题的答案,可参见笔者一篇博文“随笔之如何实现一个线程池”。[②]

2.  pollOnce函数分析

下面分析带4个参数的pollOnce函数,代码如下:

[-->Looper.cpp]

int Looper::pollOnce(int timeoutMillis, int*outFd, int* outEvents,

void** outData) {

    intresult = 0;

   for (;;){ //一个无限循环

   //mResponses是一个Vector,这里首先需要处理response

       while (mResponseIndex < mResponses.size()) {

           const Response& response = mResponses.itemAt(mResponseIndex++);

           ALooper_callbackFunc callback = response.request.callback;

           if (!callback) {//首先处理那些没有callback的Response

               int ident = response.request.ident; //ident是这个Response的id

               int fd = response.request.fd;

               int events = response.events;

               void* data = response.request.data;

               ......

               if (outFd != NULL) *outFd = fd;

               if (outEvents != NULL) *outEvents = events;

               if (outData != NULL) *outData = data;

               //实际上,对于没有callback的Response,pollOnce只是返回它的

              //ident,并没有实际做什么处理。因为没有callback,所以系统也不知道如何处理

               return ident;

           }

        }

 

        if(result != 0) {

          if (outFd != NULL) *outFd = 0;

           if (outEvents != NULL) *outEvents = NULL;

           if (outData != NULL) *outData = NULL;

           return result;

        }

        //调用pollInner函数。注意,它在for循环内部

       result = pollInner(timeoutMillis);

    }

}

初看上面的代码,可能会让人有些丈二和尚摸不着头脑。但是把pollInner函数分析完毕,大家就会明白很多。pollInner函数非常长,把用于调试和统计的代码去掉,结果如下:

[-->Looper.cpp]

int Looper::pollInner(int timeoutMillis) {

   

    if(timeoutMillis != 0 && mNextMessageUptime != LLONG_MAX) {

       nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);

        ......//根据Native Message的信息计算此次需要等待的时间

        timeoutMillis= messageTimeoutMillis;

     }

    intresult = ALOOPER_POLL_WAKE;

   mResponses.clear();

   mResponseIndex = 0;

#ifdef LOOPER_USES_EPOLL  //我们只讨论使用epoll进行I/O复用的方式

    structepoll_event eventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];

    //调用epoll_wait,等待感兴趣的事件或超时发生

    inteventCount = epoll_wait(mEpollFd, eventItems, EPOLL_MAX_EVENTS,

                                      timeoutMillis);

#else

     ......//使用别的方式进行I/O复用

#endif

    //从epoll_wait返回,这时候一定发生了什么事情

   mLock.lock();

    if(eventCount < 0) { //返回值小于零,表示发生错误

        if(errno == EINTR) {

           goto Done;

        }

        //设置result为ALLOPER_POLL_ERROR,并跳转到Done

       result = ALOOPER_POLL_ERROR;

        gotoDone;

    }

 

    //eventCount为零,表示发生超时,因此直接跳转到Done

    if(eventCount == 0) {

      result = ALOOPER_POLL_TIMEOUT;

        gotoDone;

    }

#ifdef LOOPER_USES_EPOLL

    //根据epoll的用法,此时的eventCount表示发生事件的个数

    for (inti = 0; i < eventCount; i++) {

        intfd = eventItems[i].data.fd;

       uint32_t epollEvents = eventItems[i].events;

        /*

         之前通过pipe函数创建过两个fd,这里根据fd知道是管道读端有可读事件。

         读者还记得对nativeWake函数的分析吗?在那里我们向管道写端写了一个”W”字符,这样

         就能触发管道读端从epoll_wait函数返回了

         */

        if(fd == mWakeReadPipeFd) {

           if (epollEvents & EPOLLIN) {

                //awoken函数直接读取并清空管道数据,读者可自行研究该函数

               awoken();

           }

          ......

        }else {

           /*

            mRequests和前面的mResponse相对应,它也是一个KeyedVector,其中存储了

            fd和对应的Request结构体,该结构体封装了和监控文件句柄相关的一些上下文信息,

            例如回调函数等。我们在后面的小节会再次介绍该结构体

           */

           ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);

           if (requestIndex >= 0) {

               int events = 0;

               //将epoll返回的事件转换成上层LOOPER使用的事件

               if (epollEvents & EPOLLIN) events |= ALOOPER_EVENT_INPUT;

               if (epollEvents & EPOLLOUT) events |= ALOOPER_EVENT_OUTPUT;

               if (epollEvents & EPOLLERR) events |= ALOOPER_EVENT_ERROR;

               if (epollEvents & EPOLLHUP) events |= ALOOPER_EVENT_HANGUP;

               //每处理一个Request,就相应构造一个Response

               pushResponse(events, mRequests.valueAt(requestIndex));

           }  

            ......

        }

    }

Done: ;

#else

     ......

#endif

    //除了处理Request外,还处理Native的Message

   mNextMessageUptime = LLONG_MAX;

    while(mMessageEnvelopes.size() != 0) {

       nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);

       const MessageEnvelope& messageEnvelope =mMessageEnvelopes.itemAt(0);

        if(messageEnvelope.uptime <= now) {

           {

               sp<MessageHandler> handler = messageEnvelope.handler;

               Message message = messageEnvelope.message;

               mMessageEnvelopes.removeAt(0);

               mSendingMessage = true;

               mLock.unlock();

               //调用Native的handler处理Native的Message

               //从这里也可看出NativeMessage和Java层的Message没有什么关系

               handler->handleMessage(message);

           }

           mLock.lock();

           mSendingMessage = false;

            result = ALOOPER_POLL_CALLBACK;

        }else {

            mNextMessageUptime = messageEnvelope.uptime;

           break;

        }

    }

 

    mLock.unlock();

    //处理那些带回调函数的Response

   for(size_t i = 0; i < mResponses.size(); i++) {

       const Response& response = mResponses.itemAt(i);

       ALooper_callbackFunc callback = response.request.callback;

        if(callback) {//有了回调函数,就能知道如何处理所发生的事情了

           int fd = response.request.fd;

           int events = response.events;

           void* data = response.request.data;

           //调用回调函数处理所发生的事件

           int callbackResult = callback(fd, events, data);

           if (callbackResult == 0) {

               //callback函数的返回值很重要,如果为0,表明不需要再次监视该文件句柄

               removeFd(fd);

           }

           result = ALOOPER_POLL_CALLBACK;

        }

    }

    returnresult;

}

看完代码了,是否还有点模糊?那么,回顾一下pollInner函数的几个关键点:

·  首先需要计算一下真正需要等待的时间。

·  调用epoll_wait函数等待。

·  epoll_wait函数返回,这时候可能有三种情况:

m  发生错误,则跳转到Done处。

m  超时,这时候也跳转到Done处。

m  epoll_wait监测到某些文件句柄上有事件发生。

·  假设epoll_wait因为文件句柄有事件而返回,此时需要根据文件句柄来分别处理:

m  如果是管道读这一端有事情,则认为是控制命令,可以直接读取管道中的数据。

m  如果是其他FD发生事件,则根据Request构造Response,并push到Response数组中。

·  真正开始处理事件是在有Done标志的位置。

m  首先处理Native的Message。调用Native Handler的handleMessage处理该Message。

m  处理Response数组中那些带有callback的事件。

上面的处理流程还是比较清晰的,但还是有个一个拦路虎,那就是mRequests,下面就来清剿这个拦路虎。

3.  添加监控请求

添加监控请求其实就是调用epoll_ctl增加文件句柄。下面通过从Native的Activity找到的一个例子来分析mRequests。

[-->android_app_NativeActivity.cpp]

static jint

loadNativeCode_native(JNIEnv* env, jobject clazz,jstring path,

                          jstring funcName,jobject messageQueue,

                          jstring internalDataDir, jstring obbDir,

                          jstring externalDataDir, int sdkVersion,

                          jobject jAssetMgr, jbyteArraysavedState)

{

  ......

  /*

  调用Looper的addFd函数。第一个参数表示监听的fd;第二个参数0表示ident;

  第三个参数表示需要监听的事件,这里为只监听可读事件;第四个参数为回调函数,当该fd发生

  指定事件时,looper将回调该函数;第五个参数code为回调函数的参数

*/

  code->looper->addFd(code->mainWorkRead,0,

                          ALOOPER_EVENT_INPUT,mainWorkCallback, code);

  ......

}

Looper的addFd代码如下所示:

[-->Looper.cpp]

int Looper::addFd(int fd, int ident, int events,

                      ALooper_callbackFunccallback, void* data) {

    if (!callback) {

         //判断该Looper是否支持不带回调函数的文件句柄添加。一般不支持,因为没有回调函数

         //Looper也不知道如何处理该文件句柄上发生的事情

         if(! mAllowNonCallbacks) {

           return -1;

        }

      ......

    }

 

    #ifdefLOOPER_USES_EPOLL

    intepollEvents = 0;

    //将用户的事件转换成epoll使用的值

    if(events & ALOOPER_EVENT_INPUT) epollEvents |= EPOLLIN;

    if(events & ALOOPER_EVENT_OUTPUT) epollEvents |= EPOLLOUT;

 

    {

       AutoMutex _l(mLock);

       Request request; //创建一个Request对象

       request.fd = fd; //保存fd

       request.ident = ident; //保存id

       request.callback = callback; //保存callback

       request.data = data;  //保存用户自定义数据

 

       struct epoll_event eventItem;

       memset(& eventItem, 0, sizeof(epoll_event));

       eventItem.events = epollEvents;

       eventItem.data.fd = fd;

        //判断该Request是否已经存在,mRequests以fd作为key值

       ssize_t requestIndex = mRequests.indexOfKey(fd);

        if(requestIndex < 0) {

           //如果是新的文件句柄,则需要为epoll增加该fd

           int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, & eventItem);

            ......

           //保存Request到mRequests键值数组

           mRequests.add(fd, request);

        }else {

           //如果之前加过,那么就修改该监听句柄的一些信息

           int epollResult = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &eventItem);

           ......

           mRequests.replaceValueAt(requestIndex, request);

        }

    }

#else

    ......

#endif

    return1;

}

4.  处理监控请求

我们发现在pollInner函数中,当某个监控fd上发生事件后,就会把对应的Request取出来调用。

pushResponse(events, mRequests.itemAt(i));

此函数如下:

[-->Looper.cpp]

void Looper::pushResponse(int events, constRequest& request) {

    Responseresponse;

   response.events = events;

   response.request = request; //其实很简单,就是保存所发生的事情和对应的Request

   mResponses.push(response); //然后保存到mResponse数组

}

根据前面的知识可知,并不是单独处理Request,而是需要先收集Request,等到Native Message消息处理完之后再做处理。这表明,在处理逻辑上,Native Message的优先级高于监控FD的优先级。

下面我们来了解如何添加Native的Message。

5.  Native的sendMessage

Android 2.2中只有Java层才可以通过sendMessage往MessageQueue中添加消息,从4.0开始,Native层也支持sendMessage了[③]。sendMessage的代码如下:

[-->Looper.cpp]

void Looper::sendMessage(constsp<MessageHandler>& handler,

                              constMessage& message) {

    //Native的sendMessage函数必须同时传递一个Handler

    nsecs_tnow = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);

   sendMessageAtTime(now, handler, message); //调用sendMessageAtTime

}

void Looper::sendMessageAtTime(nsecs_t uptime,

                                     const sp<MessageHandler>& handler,

                                     const Message& message) {

   size_t i= 0;

    { //acquire lock

       AutoMutex _l(mLock);

 

       size_t messageCount = mMessageEnvelopes.size();

        //按时间排序,将消息插入到正确的位置上

        while (i < messageCount &&

               uptime >= mMessageEnvelopes.itemAt(i).uptime) {

           i += 1;

        }

       

       MessageEnvelope messageEnvelope(uptime, handler, message);

       mMessageEnvelopes.insertAt(messageEnvelope, i, 1);

       //mSendingMessage和Java层中的那个mBlocked一样,是一个小小的优化措施

        if(mSendingMessage) {

           return;

        }

    }

    //唤醒epoll_wait,让它处理消息

    if (i ==0) {

       wake();

    }

}

 

2.3.4  MessageQueue总结

想不到,一个小小的MessageQueue竟然有如此多的内容。在后面分析Android输入系统时,我们会再次在Native层和MessageQueue碰面,这里仅是为后面的相会打下一定的基础。

现在,我们将站在一个比具体代码更高的层次来认识一下MessageQueue和它的伙伴们。

1.  消息处理的大家族合照

MessageQueue只是消息处理大家族的一员,该家族的成员合照如图2-5所示。

image

图2-5  消息处理的家族合照

结合前述内容可从图2-5中得到:

·  Java层提供了Looper类和MessageQueue类,其中Looper类提供循环处理消息的机制,MessageQueue类提供一个消息队列,以及插入、删除和提取消息的函数接口。另外,Handler也是在Java层常用的与消息处理相关的类。

·  MessageQueue内部通过mPtr变量保存一个Native层的NativeMessageQueue对象,mMessages保存来自Java层的Message消息。

·  NativeMessageQueue保存一个native的Looper对象,该Looper从ALooper派生,提供pollOnce和addFd等函数。

·  Java层有Message类和Handler类,而Native层对应也有Message类和MessageHandler抽象类。在编码时,一般使用的是MessageHandler的派生类WeakMessageHandler类。

注意 在include/media/stagfright/foundation目录下也定义了一个ALooper类,它是供stagefright使用的类似Java消息循环的一套基础类。这种同名类的产生,估计是两个事先未做交流的Group的人写的。

 

2.  MessageQueue处理流程总结

MessageQueue核心逻辑下移到Native层后,极大地拓展了消息处理的范围,总结一下有以下几点:

·  MessageQueue继续支持来自Java层的Message消息,也就是早期的Message加Handler的处理方式。

·  MessageQueue在Native层的代表NativeMessageQueue支持来自Native层的Message,是通过Native的Message和MessageHandler来处理的。

·  NativeMessageQueue还处理通过addFd添加的Request。在后面分析输入系统时,还会大量碰到这种方式。

·  从处理逻辑上看,先是Native的Message,然后是Native的Request,最后才是Java的Message。

对Java程序员来说,以前单纯的MessageQueue开始变得复杂。有同事经常与笔者讨论,cpu并不是很忙,为什么sendMessage的消息很久后才执行?是的,对于只了解MessageQueue Java层的工作人员,这个问题还是没办法回答。因为MessageQueue在Native层的兄弟NativeMessageQueue可能正在处理一个Native的Message,而Java的调用堆栈信息又不能打印Native层的活动,所以这个对Java程序员来说看上去很面善的MessageQueue,还是让笔者为某些只沉迷于Java语言的同仁们感到担心。

2.4  本章小结

本章先对Java层的Binder架构做了一次较为深入的分析。Java层的Binder架构和Native层Binder架构类似,但是Java的Binder在通信上还是依赖Native层的Binder。建议想进一步了解Native Binder工作原理的读者,阅读卷I第6章“深入理解Binder”。另外,本章还对MessageQueue进行了较为深入的分析。Android 2.2中那个功能简单的MessageQueue现在变得复杂了,原因是该类的核心逻辑下移到Native层,导致现在的MessageQueue除了支持Java层的Message派发外,还新增了支持Native Message派发以及处理来自所监控的文件句柄的事件。



①注意,以后文件描述符也会简写为文件句柄。

[②] 我的博客地址是http://blog.csdn.net/innost

[③] 我们这里略过了Android2.2到Android 4.0之间几个版本中的代码变化。

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