《深入理解Android 5源代碼》一書(shū)的內(nèi)容實(shí)在太渣，轉(zhuǎn)戰(zhàn)博客系列：老羅的Android之旅

Java Native Interface(JNI)系統(tǒng)

• JNI函數(shù)注冊(cè)：把Java中聲明的native方法與C/C++代碼一一對(duì)應(yīng)起來(lái)
  • JNINativeMethod結(jié)構(gòu)體，name, signature, fnPtr三個(gè)成員
  • signature部分：V - void - void, Z - jboolean - boolean, J - jlong - long, S - jshort - short, Ljava/lang/String; - jstring - String, Ljava/net/Socket; - jobject - Socket
  • 通過(guò)在C/C++代碼中設(shè)置好Java native方法對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，就可以達(dá)到將其對(duì)應(yīng)起來(lái)的目的
  • 所有的注冊(cè)工作都在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp中完成
  • AndroidRuntime::registerNativeMethods函數(shù)調(diào)用了JNIHelp.cpp中的 jniRegisterNativeMethods方法，=> C_JNIEnv::RegisterNatives
  • 如果不通過(guò)上述方式注冊(cè)native函數(shù)，函數(shù)被調(diào)用時(shí)AndroidRuntime會(huì)從所有已載入的so庫(kù)中 搜索被調(diào)用的函數(shù)，效率較低，而上述注冊(cè)會(huì)加速native函數(shù)的查找，只需在JNINativeMethod數(shù)組 中查找即可
  • 而且由于上述注冊(cè)機(jī)制，使得可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)注冊(cè)/hook
  • 動(dòng)態(tài)注冊(cè)
    • Java層調(diào)用System.loadLibrary加載so庫(kù)
    • 查找so庫(kù)中的JNI_OnLoad函數(shù)，如果存在，則執(zhí)行之
    • 可以在JNI_OnLoad函數(shù)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)注冊(cè)

Hardware Abstract Layer(HAL)

• 將硬件抽象化，為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺(tái)，操作系統(tǒng)的代碼和硬件驅(qū)動(dòng)的代碼完全分離，軟硬件完全分離， 便于保護(hù)硬件廠商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也便于軟硬件測(cè)試并行化
• 主要包括hw_module_t, hw_module_methods_t, hw_device_t
• hw_module_methods_t為所有硬件操作定義了統(tǒng)一的API
• 硬件模塊的編寫(xiě)有一定規(guī)范，HAL按照該規(guī)范載入硬件模塊的SO庫(kù)，獲取綁定其中的符號(hào)、代碼

Binder機(jī)制(跨進(jìn)程通信IPC)

• Android深入淺出之Binder機(jī)制

  • 系統(tǒng)服務(wù)的初始化流程
    • 每個(gè)使用Binder機(jī)制進(jìn)行IPC的進(jìn)程，都需要打開(kāi)一次/dev/binder設(shè)備，并進(jìn)行內(nèi)存映射，方便后續(xù)操作：sp<ProcessState> proc(ProcessState::self())；
    • 每個(gè)進(jìn)程也需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)BpBinder對(duì)象，并將其轉(zhuǎn)換為IServiceManager類(lèi)型，保存到進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ProcessState中：sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager()；
    • 其實(shí)上面的proc和sm變量都沒(méi)有使用，重要的工作是對(duì)兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用，而之所以要定義未使用的變量，是為了利用對(duì)象的析構(gòu)機(jī)制自動(dòng)釋放資源，如果未定義變量，那返回的對(duì)象會(huì)立即析構(gòu)，而如果定義了變量，則會(huì)在離開(kāi)作用域時(shí)析構(gòu)；
    • 初始化相應(yīng)的服務(wù)：MediaPlayerService::instantiate()；
    • 創(chuàng)建線程池，加入線程池，并在其中開(kāi)始循環(huán)，以便響應(yīng)通過(guò)Binder發(fā)送的IPC請(qǐng)求：ProcessState::self()->startThreadPool()，IPCThreadState::self()->joinThreadPool()；

  • IBinder, BBinder, BpBinder, IInterface, BpInterface, IServiceManager, BpServiceManager, MediaPlayerService, BnMediaPlayerService 它們之間什么關(guān)系？

    • BBinder : IBinder : RefBase，定義了binder的API：transact(...)等基礎(chǔ)API；
    • BpRefBase : RefBase，定義了基礎(chǔ)的代理API：remote()；
    • BpBinder : IBinder，它也定義了代理的API：remoteBinder()；
    • IInterface : RefBase，定義了所有的service的公共API：asBinder(...)；
    • BnInterface : INTERFACE, BBinder，它是個(gè)模板類(lèi)，用法是BnInterface<IXXX>，這樣聲明的類(lèi)型就會(huì)同時(shí)繼承IXXX和BBinder，BnInterface<IXXX>是IXXX的實(shí)現(xiàn)者，提供API：queryLocalInterface(...)；
    • BpInterface : INTERFACE, BpRefBase，它是個(gè)模板類(lèi)，用法是BpInterface<IXXX>，這樣聲明的類(lèi)型就會(huì)同時(shí)繼承IXXX和BpRefBase，BpInterface<IXXX>是IXXX的代理服務(wù)提供者（代理）；
    • IServiceManager : IInterface，service manager也是一個(gè)服務(wù)，只不過(guò)它比較特殊，它的功能是管理其他所有的服務(wù)，其他所有的服務(wù)都需要把自己注冊(cè)到service manager的服務(wù)列表中；
    • BnServiceManager : BnInterface<IServiceManager>，是IServiceManager的實(shí)現(xiàn)者；
    • BpServiceManager : BpInterface<IServiceManager>，是IServiceManager的代理；
    • ServiceManager.java，是Java層對(duì)ServiceManager的定義，它通過(guò)ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject())獲得IServiceManager實(shí)例，而該方法則是通過(guò)查詢native層service manager的服務(wù)列表獲取服務(wù)實(shí)例；
    • IMediaPlayerService: IInterface，定義了MediaPlayerService的API，包括遠(yuǎn)程調(diào)用，屬性訪問(wèn)；
    • BnMediaPlayerService: BnInterface<IMediaPlayerService>，是IMediaPlayerService的實(shí)現(xiàn)者；

    • BpMediaPlayerService: BpInterface<IMediaPlayerService>，是IMediaPlayerService的代理；

    • IXXX是接口的定義，實(shí)現(xiàn)者是BnXXX，使用者通過(guò)代理BpXXX和接口（服務(wù)）打交道；
    • Bp ==> Binder proxy；
    • BpServiceManager可以理解為IServiceManager的代理，對(duì)用戶透明，是僅供內(nèi)部使用的API；
    • Bn ==> Binder native；
    • Bn和Bp相對(duì)，Bp是代理，則Bn就是和代理通信的另一端（實(shí)現(xiàn)端），Bp通過(guò)和Bn通信，代理IXXX向使用者提供服務(wù)；
  • addService的IPC過(guò)程
    • 調(diào)用的是remote()->transact(...)函數(shù)，而remote返回的實(shí)際上就是初始化ServiceManager時(shí)創(chuàng)建的BpBinder；
    • ==> IPCThreadState::self()->transact(...)，在其中通過(guò)binder設(shè)備發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，同時(shí)讀取返回的命令和數(shù)據(jù)；
  • 自行實(shí)現(xiàn)一整套service
    • 如果是純native的service，沒(méi)有應(yīng)用層入口，則需要和MediaPlayerService一樣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)main函數(shù)，并在其他同類(lèi)service的啟動(dòng)處啟動(dòng)自定義的service；
    • 定義service接口IXXX : IInterface，定義需要的API；
    • 定義BnXXX和BpXXX，完成service的實(shí)現(xiàn)和代理；
• 淺談Service Manager成為Android進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制Binder守護(hù)進(jìn)程之路
  • binder機(jī)制為service manager預(yù)留了通道，使其可以率先把自己注冊(cè)為binder守護(hù)進(jìn)程
  • binder IPC機(jī)制client和server通信只需要一次數(shù)據(jù)拷貝：client從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間；server和內(nèi)核空間（binder驅(qū)動(dòng)）共享數(shù)據(jù)
  • 通過(guò)ioctl機(jī)制通知binder驅(qū)動(dòng)自己成為守護(hù)進(jìn)程之后，service manager進(jìn)程將進(jìn)入binder_loop，循環(huán)等待client的請(qǐng)求到來(lái)
• 淺談Android系統(tǒng)進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制Binder中的Server和Client獲得Service Manager接口之路
  • sp<IServiceManager> defaultServiceManager();這一方法實(shí)現(xiàn)了單例模式，單例保存在gDefaultServiceManager中
  • 創(chuàng)建單例：gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
  • 簡(jiǎn)化為：gDefaultServiceManager = new BpServiceManager(new BpBinder(0));

Android啟動(dòng)運(yùn)行在獨(dú)立進(jìn)程的Service

• 跨進(jìn)程，當(dāng)然就會(huì)使用binder機(jī)制
• 包括三次跨進(jìn)程通信
  • 從主進(jìn)程（調(diào)用startService的進(jìn)程）調(diào)用到ActivityManagerService進(jìn)程中，完成新進(jìn)程的創(chuàng)建，新進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行
  • 從新進(jìn)程調(diào)用到ActivityManagerService進(jìn)程中，新進(jìn)程告知ActivityManagerService自己已經(jīng)準(zhǔn)備就緒
  • 從ActivityManagerService進(jìn)程又回到新進(jìn)程中，傳遞了相關(guān)信息，最終將服務(wù)啟動(dòng)起來(lái)

Android應(yīng)用程序的Activity啟動(dòng)過(guò)程

• step2: Activity.startActivity =>
• step3: Activity.startActivityForResult
• step4: Instrumentation.execStartActivity =>
• step5: ActivityManagerProxy.startActivity == binder ==>
• step6: ActivityManagerService.startActivity =>
• step6: ActivityManagerService.startActivityAsUser =>
• step7: ActivityStackSupervisor.startActivityMayWait =>
• step8: ActivityStackSupervisor.startActivityLocked =>
• step9: ActivityStackSupervisor.startActivityUncheckedLocked =>
• step10: ActivityStack.resumeTopActivityLocked => （此函數(shù)有兩次調(diào)用，不同參數(shù)執(zhí)行路徑不同）
• step11: ActivityStack.startPausingLocked =>
• step12: ApplicationThreadProxy.schedulePauseActivity == binder ==>
• step13: ActivityThread$ApplicationThread.schedulePauseActivity =>
• step14: ActivityThread.queueOrSendMessage => (PAUSE_ACTIVITY)
• step15: ActivityThread$H.handleMessage =>
• step16: ActivityThread.handlePauseActivity => （在此處調(diào)用前一activity的onPause回調(diào)）
• step17: ActivityManagerProxy.activityPaused == binder ==>
• step18: ActivityManagerService.activityPaused =>
• step19: ActivityStack.activityPaused =>
• step20: ActivityStack.completePauseLocked =>
• step21: ActivityStack.resumeTopActivityLocked =>
• step22: ActivityStack.startSpecificActivityLocked => （如果對(duì)應(yīng)進(jìn)程不存在，則創(chuàng)建進(jìn)程）
• step23: ActivityManagerService.startProcessLocked =>
• step24: ActivityThread.main =>
• step25: ActivityManagerProxy.attachApplication == binder ==>
• step26: ActivityManagerService.attachApplication =>
• step27: ActivityManagerService.attachApplicationLocked =>
• step28: ActivityStack.realStartActivityLocked =>
• step29: ApplicationThreadProxy.scheduleLaunchActivity == binder ==>
• step30: ApplicationThread.scheduleLaunchActivity =>
• step31: ActivityThread.queueOrSendMessage => (LAUNCH_ACTIVITY)
• step32: ActivityThread$H.handleMessage =>
• step33: ActivityThread.handleLaunchActivity =>

• step34: ActivityThread.performLaunchActivity => （此處通過(guò)反射創(chuàng)建新activity對(duì)象，然后通過(guò)mInstrumentation調(diào)用新activity的onCreate/onResume等回調(diào)）

• Step1 - Step 11：Launcher通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制通知ActivityManagerService，它要啟動(dòng)一個(gè)Activity；
• Step 12 - Step 16：ActivityManagerService通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制通知Launcher進(jìn)入Paused狀態(tài)；
• Step 17 - Step 24：Launcher通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制通知ActivityManagerService，它已經(jīng)準(zhǔn)備就緒進(jìn)入Paused狀態(tài)，于是ActivityManagerService就創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)ActivityThread實(shí)例（how?），即將要啟動(dòng)的Activity就是在這個(gè)ActivityThread實(shí)例中運(yùn)行；
• Step 25 - Step 27：ActivityThread通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制將一個(gè)ApplicationThread類(lèi)型的Binder對(duì)象傳遞給ActivityManagerService，以便以后ActivityManagerService能夠通過(guò)這個(gè)Binder對(duì)象和它進(jìn)行通信；
• Step 28 - Step 35：ActivityManagerService通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制通知ActivityThread，現(xiàn)在一切準(zhǔn)備就緒，它可以真正執(zhí)行Activity的啟動(dòng)操作了。