IBinder对象在进程间传递的形式(二)

这篇文章是对IBinder对象在进程间传递的形式(一)这篇文章的补充，首先还是把service启动过程的流程图贴上来

Android中主要通过2种方法来获得service IBinder：

1. 通过ServiceManager.getService(String Descriptor)来获得Service Manager管理的service的IBinder。

2. Client获得Application Service的IBinder，如下图描述的binder service流程。

不管哪种方法，均涉及到IBinder在不同进程间的传递，因为不论是Application Service 还是 System Service，它们在注册时均会涉及到第三方进程，如Application Service注册在Acitivity Manager中(system_server进程)，System Service注册在Service Manager中(servicemanager进程)。

从Service Manager中获得IBinder涉及到service和servicemanager进程以及client和servicemanager进程之间的IBinder传递；

获得Application Service的IBinder，更是涉及到ApplicationService和system_server进程以及client和system_server进程之间的IBinder传递，如上图所示。

研究这个主题的意义在于，虽然从表面上看，在用到IBinder时，我们在应用中使用的是同一个接口，但是它的实质是怎么样的？是一套什么样的机制保证在同进程间client调用的是service的实体，而在不同进程间则是调用的service的proxy。

关于Binder的传递过程，首先需要了解一个service的类图关系。下图为JNI以上的类图。涉及到JNI和JAVA层的Binder对应关系。JNI层以下的Binder不涉及到这个文章的主题。

IISERVICEInterface表示aidl文件生成的或者用户自定义的当前service的接口文件，SERVICE表示当前service的实现。IISERVICEInterface.Proxy表示当前service的代理。

在JNI层，JavaBBinder继承自BBinder，是Binder的实体，它是在BBinder的基础上添加了成员变量jobjectmObject,该成员变量指向JAVA的SERVICE对象。这么做的好处就是在同进程间传递时，接收方能够直接向JAVA层返回SERVICE对象。

JavaBBinderHolder类，可以说是JavaBBinder类的一个容器，当JAVA层的SERVICE对象被创建时，就会相应的创建一个JavaBBinderHolder实例(android_os_Binder_init@android_util_Binder.cpp)，但是只有SERVICE对象被IPC传递时，JavaBBinderHolder对象才会创建一个JavaBBinder实例(JavaBBinderHolder::get(env)@ android_util_Binder.cpp)。

1.IBinder在IPC通信中的发送过程

IBinder在IPC通信中，android通过Parcel类的成员函数writeStrongBinder()写入IBinder，在向Parcel写入IBinder时，首先会判断JAVA层IBinder的类型并转化为native的IBinder类型，下面介绍它的的2种类型。

android_os_Parcel_writeStrongBinder()@android_util_Binder.cpp

parcel->writeStrongBinder(ibinderForJavaObject(env, object));@ android_util_Binder.cpp

sp<IBinder> 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;
}

1.1IBinder是以JavaBBinder的形式传递的，即是一个ServiceIBinder的reference。如上图中的第一个return语句。

这种较常见，作为传输介质的IBinder所处的service和发送方在同一进程中。

Service处在Process A中，ProcessA为IBinder发送方。

1.2 IBinder是以BpBinder的形式传递的，即是一个ServiceIBinder的Proxy。如Service bind图中的第二个return语句。

Service 处在Process C中，Process A为IBinder发送方。

这种情况比较典型的就是bindservice时会用到，如图中最后一步中AMS通知client bind成功时，传递给client的就是一个service IBinder的Proxy。作为传输介质的IBinder所处的service和发送方在不同的进程中。

Kernel中，Binder Module会根据IPC通信双方是否处于同一个进程中，来设置binder object type值，下图code描述。

当IBinder的发送方和Service在同一进程的话，那么传递给内核的binder_object的type为BINDER_TYPE_BINDER，由于IBinder发送到内核均是在进程间传递的，所以Binder Module driver会将type改为BINDER_TYPE_HANDLE.

当IBinder的发送方和Service不在同一进程的话，那么传递给内核的binder_object的type就为BINDER_TYPE_HANDLE，并且这种情况接收方和Service可能处在同一个进程中，因此当这种情况发生时，需要将其改为BINDER_TYPE_BINDER。这一点在下面会介绍。

IBinder发送的流程：

1.IBinder在IPC通信中的接收过程

首先查看一下Parcel的[e-mail](readStrongBinder()方法会调用到)：

status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
    const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
    const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
    
    if (flat) {
        switch (flat->type) {
            case BINDER_TYPE_BINDER:
                *out = static_cast<IBinder*>(flat->cookie);
                return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
            case BINDER_TYPE_HANDLE:
                *out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
                return finish_unflatten_binder(
                    static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
        }        
    }
    return BAD_TYPE;
}

2.1 当从BinderModule中读出的binder_object的type为BINDER_TYPE_BINDER，说明接收方收到的Service是同进程的，那么此时直接将保存在cookie中的Service的实体传递给JNI层。

此时，JNI层收到的Service实体为一个JavaBBinder对象，由上面的类图可以知道，JavaBBinder对象中包含着JAVA层SERVICE对象的引用。

2.2 当从Binder Module中读出的binder_object的type为BINDER_TYPE_HANDLER，说明接收方收到的Service不是同进程的，那么会创建或者引用已有

的一个BpBinder对象给JNI层。

Service 处在Process C中，Process B为IBinder接收方。

2.2.1如何创建BpBinder对象

通过调用ProcessState的方法getStrongProxyForHandle()，来创建或者引用已有的一个BpBinder对象。

A.首先，检查当前所要创建的BpBinder是否已经在Vector mHandleToObject中存在，每个进程中均会维护这么一个Vector，保存当前进程获得的所有BpBinder对象。没有分析出这么做的原因，可能为了资源的重复利用，避免每次使用完都得回收的问题。

B.如果没有查找到BpBinder对象，创建一个新的BpBinder对象，并会向mHandleToObject保存这个对象。

由于每个Service均会对应一个唯一的handle，因此可以通过这个handle来标示BpBinder对象。

ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
    const size_t N=mHandleToObject.size();
    if (N <= (size_t)handle) {
        handle_entry e;
        e.binder = NULL;
        e.refs = NULL;
        status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
        if (err < NO_ERROR) return NULL;
    }
    return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
    sp<IBinder> result;
    AutoMutex _l(mLock);
    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
    if (e != NULL) {
        // We need to create a new BpBinder if there isn't currently one, OR we
        // are unable to acquire a weak reference on this current one.  See comment
        // in getWeakProxyForHandle() for more info about this.
        IBinder* b = e->binder;
        if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
            b = new BpBinder(handle); 
            e->binder = b;
            if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
            result = b;
        } else {
            // This little bit of nastyness is to allow us to add a primary
            // reference to the remote proxy when this team doesn't have one
            // but another team is sending the handle to us.
            result.force_set(b);
            e->refs->decWeak(this);
        }
    }
    return result;
}

2.2.2 JNI层的特殊处理

javaObjectForIBinder@android_util_Binder.cpp

// 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);
    }

①首先，在BpBinder对象中查找是否保存相关的BinderProxy的对象，如果有，向JAVA层返回这个对象；

②如果没有，创建一个BinderProxy对象；

③将新创建的BinderProxy对象，attach到BpBinder对象中。

结合下面的关系图，我们得出这样的逻辑关系：

a.每个进程中会保存多个当前进程调用过的BpBinder对象；

b. 每个BpBinder对象都会保存与之对应的JAVA层的BinderProxy。

将创建的BinderProxyattach到BpBinder的意义在于：通过这种方式，JAVA应用层频繁获取同一service的IBinder时，获取的是同一个BinderProxy。