Android开发之ProcessState和IPCThreadState类分析

         在Android中ProcessState是客户端和服务端公共的部分，作为Binder通信的基础，ProcessState是一个singleton类，每个
进程只有一个对象，这个对象负责打开Binder驱动，建立线程池，让其进程里面的所有线程都能通过Binder通信。
与之相关的是IPCThreadState，每个线程都有一个IPCThreadState实例登记在Linux线程的上下文附属数据中，主要负责
Binder的读取，写入和请求处理框架。IPCThreadState在构造的时候获取进程的ProcessState并记录在自己的成员变量
mProcess中，通过mProcess可以获得Binder的句柄。

frameworks/base/include/binder/ProcessState.hclass ProcessState : public virtual RefBase{public:static sp<ProcessState> self();// 单例模式，获取实例void setContextObject(const sp<IBinder>& object);sp<IBinder> getContextObject(const sp<IBinder>& caller);void setContextObject(const sp<IBinder>& object, const String16& name);sp<IBinder> getContextObject(const String16& name, const sp<IBinder>& caller);void startThreadePool();typdef bool (*context_check_func)(const String16& name, const sp<IBinder>& caller, void* userData);bool isContextManager(void) const;bool becomeContextManager(context_check_func checkFunc, void* userData);sp<IBinder> getStrongProxyForHandle(int32_t handle);wp<IBinder> getWeakProxyForHandle(int32_t handle);void espungeHandle(int32_t handle, IBinder* binder);void spawnPooledThread(boot isMain);private:friend class IPCThreadState;ProcessState();~ProcessState;ProcessState(const ProcessState& o);ProcessState& operator=(const ProcessState& o);struct hdndle_entry {IBinder* binder;RefBase::weakref_type* refs;};handle_entry* lookupHandleLocked(int32_t handle);int mDriverFD;// 打开的binder驱动文件描述符void* mVMStart;Vector<handle_entry> mHandleToObject;bool mManagerContexts;context_check_func mBinderContextCheckFunc;void* mBinderContextUserData;KeyedVector<String16, sp<IBinder> > mContexts;// 映射，服务名字 和 IBinder对应bool mThreadPoolStarted;// 线程池是否已经创建volatile int32_t mThreadPoolSeq;// 这个进程中启动线程个数};

 

1）获得ProcessState的实例

sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());调用函数：sp<ProcessState> ProcessState::self() {if (gProcess != NULL) return gProcess;AutoMutext _l(gProcessMutex);if(gProcess == NULL) gProcess = new ProcessState;return gProcess;}进入构造函数：ProcessState::ProcessState() : mDriverFD(open_driver()), mVMStart(MAP_FAILED),, mManagerContexts(false), mBinderContextCheckFunc(NULL), mBinderContextUserData(NULL), mThradPoolStarted(false), mThreadPoolSeq(1){}

这个构造函数里面调用open_driver()打开了/dev/binder设备驱动文件，返回文件描述符。这样我们就能通过这个mDriverFd
来和binder驱动交互了。

2）创建线程ProcessState::self()->startThreadPool();

void ProcessState::startThreadPool(){AutoMutex _l(mLock);if(!mThreadPoolStarted) {mThreadPoolStarted = true;spawnPooledThread(true);}}void ProcessState::spawnPoolThread(bool isMain){if (mThreadPoolStarted) {int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);t->run(buf);}}

其实这里就是创建一个线程PoolThread，而PoolThread是一个继承于Thread的类。所以调用t->run()之后相当于调用PoolThread类的threadLoop()函数，我们来看看PoolThread类的threadLoop线程函数。virtual bool threadLoop(){IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);// 这里线程函数调用了一次IPCThreadState::self()->joinThreadPool()后就退出了return false;}

 

3）IPCThreadState::self()->joinThreadPool();

      我们知道：进程调用spawnPoolThread()创建了一个线程，执行joinThreadPool(),而主线程也是调用这个函数。唯一区别
是参数，主线程调用的joinThreadPool(true)，创建的线程调用的是jointThreadPool(false)。
下面我们来分析下这个函数，首先我们来看看IPCThreadState这个类

frameworks/base/include/IPCThreadState.hclass IPCThreadState{public:static IPCThreadState* self();sp<ProcessState> process();......void joinThradPool(bool isMain = true);status_t transact(int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags);void incStrongHandle(int32_t handle);void decStrongHandle(int32_t handle);void incWeakHandle(int32_t handle);void decWeakHandle(int32_t handle);private:IPCThraedState();~IPCThreadState();status_t sendReplay(const Parcel& reply, uint32_t flags);status_t waitForResponse(Parcel& reply,  status_t *acquireResult = NULL);status_t talkWithDriver(bool doReceice = true);status_t writeTransactionData();status_t executeCommand();private:sp<ProcessState> mProcess;Vector<BBinder> mPendingStrongDerefs;Vector<RefBase::weakref_type*> mPendingWeakDerefs;Parcel mIn;Parcel mOut;}上面是IPCThreadState类常用的几个函数。IPCThreadState* IPCThreadState::self(){if(gHaveTLS) {// 第一次进来肯定为falserestart:const pthread_key_t k = gTLS;IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);if(st) return st;return new IPCThreadState;// new 一个IPCThreadState对象}if(gShutdown) return NULL;pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);if(!gHaveTLS) {// 第一个参数为指向一个键值的指针，第二个参数指明一个destructor函数，当线程结束时调用if(phread_key_create(&gTLS, threadDestructor) != 0) {pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);return NULL;}gHaveTLS = true;}pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);goto restart;}

 

下面来说明下线程中特有的线程存储：Thread Specific Data.
在多线程中，所有线程共享程序中变量，如果每一个线程都希望单独拥有它，就需要线程存储了。即一个变量表面看起来是
全局变量，所有线程都可以使用它，它的值在每一个线程都是单独存储的。
用法：
       1）创建一个类型为pthread_key_t 类型变量
       2）pthread_key_create()创建改变量，第二个参数表上一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候调用。
       3）当线程中需要存储特殊值的时候，可以用pthread_setspecific()，第一个参数为pthread_key_t 变量，第二个参数为void* 变量，可以存储任何类型的值。
       4）当需要取出存储值的时候，调用pthread_getspecific()，返回void*类型变量值。

好了我们现在知道pthread_key_t是干什么用的了？既然代码中有pthread_getspecific()获取IPCThreadState*对象的函数
那么肯定有设置这个变量值的地方？我们找到IPCThreadState的构造函数：

IPCThreadState:IPCThreadState() : mProcess(ProcessState::self()),  mMyThreadId(androidGetTid()),  mStrictModePolicy(0),  mLastTransactionBinderFlags(0){pthread_setspecific(gTLS, this);// 设置为当前this 指针clearCaller();mIn.setDataCapacity(256);// 这里mIn 和 mOut分别表示Binder输入输出的变量，我们后面分析mOut.setDataCapacity(256);}

最后进入IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)// 默认为true{mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);do {int32_t cmd;if(mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize()){size_t numPending = mPendingWeakDerefs.size();if(numPending > 0) {for(size_t i = 0; i < numPending; i++) {RefBase::weakref_type* refs = mPendingWeakDerefs[i];refs->decWeak(mProcess.get);}mPendingWeakDerefs.clear();}numPending = mPendingStrongDerefs.size();if(numPending > 0) {for(sizt_t i = 0; i < numPending; i++) {BBinder* obj = mPendingStrongDerefs[i];obj->decStrong(mProcess.get);}mPendingStrongDerefs.clear();}}// 读取下一个command进行处理result = talkWithDriver();// 来等待Client的请求if(result >= NO_ERROR) {size_t IN = mIn.dataAvail();if(IN < sizeof(int32_t)) continue;cmd = mIn.readInt32();}result = executeCommand(cmd);if(result == TIMED_OUT && !isMain)break;} while(result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);talkWithDriver(false);}

          这里的talkWithDriver()里面之际调用的是ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)从/dev/binder读取
Client端发过来的请求，然后调用executeCommand处理

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd){BBinder* obj;RefBase::weakref_type* refs;status_t result = NO_ERROR;switch(cmd) {case BR_TRANSACTION:binder_transaction_data tr;result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));....Parcel reply;if(tr.target.ptr) {sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);const status_t error  = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);}....break;}}最后又调用到BBinder 的transact()函数里面去了。status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags ){data.setDataPosition(0);switch(code){case PING_TRANSACTION:reply->writeInt32(pingBinder());break;default:err = onTransact(code, data, reply, flags);break;}return err;}

        到这里IPCThreadState类的流程就大概清楚了，线程调用joinThreadPool()从/dev/binder读取客户端的请求，然后调用
BBinder::transact()处理。那么这个BBinder是怎么来的呢？
上面代码中：sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie)说明这个BBinder指针是从Binder驱动中获取到，肯定是客户端
发送过来的，那么它的实际类型又是什么呢？而BBinder调用的onTransact()函数只是一个虚函数，肯定由它的子类来实
现，那我们服务端又怎么找到这个BBinder的实际类型呢？
这些内容我们下一节通过MediaPlayer这个具体示例分析。