Android Binder入门指南之Binder服务的消息循环
在前面的三篇文章中，我们以MediaPlayerService为例，介绍了在Binder的C-S架构中的Server服务是如何通过addService请求添加到ServiceManager中进行管理的。但是在Android Binder机制(八) addService详解之请求的反馈的结尾处，我们有留下一个悬念就是MediaPlayerService仅仅只是将自己注册到了ServiceManager中，它还没有进入消息循环等待Client的请求。那么本文继续以MediaPlayerService为例来说明Binder服务是如何进行消息循环的。
注意：本文是基于Android 7.xx版本进行介绍的！
1.MediaPlayerService的main()函数
int main(int argc __unused, char **argv __unused)
{
...
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
...
MediaPlayerService::instantiate();
ResourceManagerService::instantiate();
...
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
该代码在frameworks/av/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp中。对于MediaPlayerService::instantiate()，在前面的篇章中已经详细介绍过了；它的作用是将MediaPlayerService已经注册到ServiceManager中。下面让我们接着分析startThreadPool()的流程。
2.ProcessState::startThreadPool()
void ProcessState::startThreadPool()
{
AutoMutex _l(mLock);
if (!mThreadPoolStarted) {
mThreadPoolStarted = true;
spawnPooledThread(true);
}
}
该代码定义在该代码定义在frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp中，逻辑比较简单。此时mThreadPoolStarted的初始值为false，因此这里设置mThreadPoolStarted=true之后，接着调用spawnPooledThread(true)，这里 的ture非常重要，这里先备注一下。让我们继续分析。
3.ProcessState::spawnPooledThread
String8 ProcessState::makeBinderThreadName() {
int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);
pid_t pid = getpid();
String8 name;
name.appendFormat("Binder:%d_%X", pid, s);
return name;
}
void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
if (mThreadPoolStarted) {
//为线程取一个名称
String8 name = makeBinderThreadName();
ALOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", name.string());
sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);
t->run(name.string());
}
}
此时的mThreadPoolStarted为false，所以会继续往下走。
(1) 调用mThreadPoolStarted为Binder线程取一个名称，它的代码比较简单，这里就不详细分析了，线程的名称是"Binder:%d_%X"(d就是当前进程，其实X是16进制数)，每新建一个线程X的值都会+1。这个会在分析一些日志的时候经常看到。
(2) 然后新建PoolThread线程，并运行。这个线程非常重要，下面我们会详细分析。
4.PoolThread
class PoolThread : public Thread
{
public:
PoolThread(bool isMain)
: mIsMain(isMain)
{
}
protected:
virtual bool threadLoop()
{
IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
return false;
}
const bool mIsMain;
};
该代码依然定义在frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp中。可以从代码看到PoolThread继承于Thread，在线程启动之后会调用threadLoop()进入消息循环中。好，到此我们先打住一下。此时的读者应该会有人提出一个疑问，为什么PoolThread线程启动之后就会调用threadLoop()进入消息循环中呢，那么下面我们分析分析当PoolThread启动之后，是如何调用到threadLoop()的。这里的关键就在于PoolThread继承于Thread类，先看看Thread的构造函数，然后再看看run()的代码，我们就能找到原因了。
4.Thread类
class Thread : virtual public RefBase
{
public:
Thread(bool canCallJava = true);
virtual ~Thread();
virtual status_t run( const char* name,
int32_t priority = PRIORITY_DEFAULT,
size_t stack = 0);
virtual void requestExit();
virtual status_t readyToRun();
status_t requestExitAndWait();
status_t join();
...
private:
virtual bool threadLoop() = 0;
private:
...
static int _threadLoop(void* user);
...
};
Thread::Thread(bool canCallJava)
: mCanCallJava(canCallJava),
mThread(thread_id_t(-1)),
mLock("Thread::mLock"),
mStatus(NO_ERROR),
mExitPending(false), mRunning(false)
, mTid(-1)
{
}
该代码分别定义在system/core/include/utils/Thread.h和system/core/libutils/Threads.cpp中。当新建PoolThread对象时，会调用到Thread的构造函数，进行一些列初始化。这里传入的参数canCallJava为true，所以设置mCanCallJava=true。然后让我们继续分析PoolThread调用run的流程，由于PoolThread有没有覆盖run会调用父类Thread的run。
5.Thread::run
status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)
{
//初始化锁
Mutex::Autolock _l(mLock);
if (mRunning) {
return INVALID_OPERATION;
}
...
//初始化
mStatus = NO_ERROR;
mExitPending = false;
mThread = thread_id_t(-1);
mHoldSelf = this;
mRunning = true;
bool res;
if (mCanCallJava) {//会走该分支
//则调用createThreadEtc函数，线程函数是_threadLoop。
//_threadLoop是Thread.cpp中定义的一个函数。
res = createThreadEtc(_threadLoop,
this, name, priority, stack, &mThread);
} else {
res = androidCreateRawThreadEtc(_threadLoop,
this, name, priority, stack, &mThread);
}
...
return NO_ERROR;
}
该代码定义在system/core/libutils/Threads.cpp中，且此时mCanCallJava为true，所以会在mCanCallJava分支。下面来分步骤详细分析一下：
(1) 先看看函数参数。name是spawnPooledThread()中创建的Binder线程名称，形式是"Binder_X"。priority是优先级(默认值为PRIORITY_DEFAULT)，stack是线程栈数量(默认是0)；它们都是使用默认值，在system/core/include/utils/Thread.h中定义。
(2) 先进行初始化；mCanCallJava的值在构造函数中被初始化为true。因此，会调用createThreadEtc()。
6. createThreadEtc
// Create thread with lots of parameters
inline bool createThreadEtc(thread_func_t entryFunction,
void *userData,
const char* threadName = "android:unnamed_thread",
int32_t threadPriority = PRIORITY_DEFAULT,
size_t threadStackSize = 0,
thread_id_t *threadId = 0)
{
return androidCreateThreadEtc(entryFunction, userData, threadName,
threadPriority, threadStackSize, threadId) ? true : false;
}
该代码定义在system/core/include/utils/AndroidThreads.h中。它会接着调用androidCreateThreadEtc()。
6.1 androidCreateThreadEtc
static android_create_thread_fn gCreateThreadFn = androidCreateRawThreadEtc;
int androidCreateThreadEtc(android_thread_func_t entryFunction,
void *userData,
const char* threadName,
int32_t threadPriority,
size_t threadStackSize,
android_thread_id_t *threadId)
{
return gCreateThreadFn(entryFunction, userData, threadName,
threadPriority, threadStackSize, threadId);
}
该代码定义在system/core/libutils/Threads.cpp中。 androidCreateThreadEtc()会调用gCreateThreadFn()。gCreateThreadFn()是个函数指针，它的值是androidCreateRawThreadEtc。
6.2 androidCreateRawThreadEtc
int androidCreateRawThreadEtc(android_thread_func_t entryFunction,
void *userData,
const char* threadName __android_unused,
int32_t threadPriority,
size_t threadStackSize,
android_thread_id_t *threadId)
{
...
int result = pthread_create(&thread, &attr,
(android_pthread_entry)entryFunction, userData);
...
return 1;
}
该代码定义在system/core/libutils/Threads.cpp中。 该函数会调用pthread_create()，而pthread_create()则是我们非常熟悉的Linux的标准接口，它的作用就是创建线程。线程创建成功之后运行时，会以执行entryFunction对应的函数。而entryFunction这个函数指针的值是_threadLoop。因此，当线程启动之后，会执行_threadLoop。让我们接着分析_threadLoop函数。
7._threadLoop
int Thread::_threadLoop(void* user)
{
...
bool first = true;
do {
bool result;
if (first) {
first = false;
self->mStatus = self->readyToRun();
result = (self->mStatus == NO_ERROR);
if (result && !self->exitPending()) {
...
result = self->threadLoop();
}
} else {
...
}
...
} while(strong != 0);
return 0;
}
该代码定义在system/core/libutils/Threads.cpp中。first的初始值为true，因此进入到if(first)中。 readyToRun()的实现在Threads.cpp中，返回NO_ERROR。因此result为true，而mExitPending的默认值为false，即self0>exitPending()返回false。因此会执行self->threadLoop()。由于PoolThread重载了threadLoop()，因此，这里的self->threadLoop()会调用PoolThread中的threadLoop()。分析到这里终于解开了前面章节4.PoolThread 的疑问了。
8.PoolThread::threadLoop()
class PoolThread : public Thread
{
public:
PoolThread(bool isMain)
: mIsMain(isMain)
{
}
protected:
virtual bool threadLoop()
{
IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
return false;
}
const bool mIsMain;
};
上面的代码就是PoolThread中实现的threadLoop()的函数，它会先通过IPCThreadState::self()获取IPCThreadState对象，然后调用IPCThreadState::joinThreadPool(mIsMain)，其中mIsMain为true。然后直接返回false，只会调用threadLoop一次，如果是返回ture会循环执行。
9. IPCThreadState::joinThreadPool()
void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
...
mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
...
do {
...
result = getAndExecuteCommand();
if (result < NO_ERROR && result != TIMED_OUT && result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF) {
...
abort();
}
...
if(result == TIMED_OUT && !isMain) {
break;
}
} while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);
...
mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
talkWithDriver(false);
}
该代码定义在frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp中.。在该函数中，会进入了Binder的Server服务的消息循环中。下面详细讲解一下：
(1) 此时的isMain为ture，因此因此会先将BC_ENTER_LOOPER指令写入到mOut中。BC_ENTER_LOOPER是不是有种似曾相识的感觉，对了在前面介绍ServiceManager里面有介绍过。
(2) 接着调用getAndExecuteCommand()。
10. IPCThreadState::getAndExecuteCommand()
status_t IPCThreadState::getAndExecuteCommand()
{
status_t result;
int32_t cmd;
// 和Binder驱动交互
result = talkWithDriver();
if (result >= NO_ERROR) {
...
// 读取mIn中的数据
cmd = mIn.readInt32();
...
// 调用executeCommand()对数据进行处理。
result = executeCommand(cmd);
...
}
return result;
}
该函数会调用talkWithDriver()和Binder驱动进行交互。对于talkWithDriver()，前面已经多次提到。在此，talkWithDriver()会将BC_ENTER_LOOPER指令发送给Binder驱动，告诉Binder驱动，MediaPlayerService进入了消息循环状态。BC_ENTER_LOOPER的流程在Android Binder机制(四) servicemanager守护进程中已经介绍过了。
当BC_ENTER_LOOPER处理完毕，MediaPlayerService再次调用ioctl()和Binder驱动通信时，由于MediaPlayerService对应的待处理事务列表为空，因此MediaPlayerService线程会进入中断等待状态。当有Client向MediaPlayerService发送请求时，MediaPlayerService就会被唤醒。
