Android平台按键消息处理流程一（Android4.2.2）

Android平台按键消息处理流程

       通过在网上看Andorid相关处理流程，发现Android不同的版本消息处理流程差别还是蛮大的，因此先说明代码流程是基于Android4.2.2。在Android系统中，按键消息主要是WindowManagerService服务来管理的，其初始化在System Server中，所以我先分析一下SystemServer中相关的初始化。 

1.1 加载JNI库

      在Android系统中，Zygote进程负责启动系统服务进程SystemServer，而系统服务进程SystemServer负责启动系统中的各种关键服务。SystemServer核心逻辑的入口是main，代码位于SystemServer.java文件中，对应main函数中我们先看如下代码

public static void main(String[] args){   

.......

System.loadLibrary("android_servers"); //加载JNI动态库

init1(args);//native函数

}

     我们首先看一下init(args)函数的原型申明：native public static void init1(String[] args);函数前面的java关键字native表明该函数为native函数（Native一般指的是用C/C++编写的函数）。对于java要调用native函数，就必须通过一个位于JNI层的动态库。 动态库的调用是通过函数System.loadLibrary是实现的。System.loadLibrary函数的参数是动态库的名字，即android_servers。系统会自动根据不同的平台更新成真实的动态库文件名。Android的底层是linux系统，默认会更新为libandroid_servers.so（windows平台上默认会xxx.dll)。

      对于java层，调用JNI只需要完成2步就OK了，一是加载JNI对应的库，二是声明由关键字native修饰的函数并调用。

1.2 JNI函数注册

    

     通过阅读代码，我们会发现JAVA层调用的native函数名称，与实际的JNI层对应的函数是不一样的，我们已前面的init1()函数为说明，init1()函数实际对应的JNI函数为android_server_SystemServer_init1。但代码中Java层的NATIVE函数与JNI层怎么建立一一对应关系的，这其实就是JNI函数的注册问题，通过注册就是将JAVA层的NATIVE函数与JNI层函数关联对应。有了这层关联，调用JAVA层的native函数时，就能顺利找到JNI层对应的函数执行了。对于JNI的注册有2种方式，一种是静态注册，一种是动态注册。2种注册的区别，可以上网查一下。Android代码中才采用动态注册方法来建立java层与JNI层的连接。     

1.2.1 JNI的动态注册

在JNI中是通过JNINativeMethod的结构来保存JAVA层的NATIVE函数与JNI层函数一一对应关系，JNINativeMethod的定义如下：

typedef struct {

const char *name;//Java中native函数的名字，不用携带具体的包的路径

const char *signature;//JAVA函数签名信息（参数类型和返回值）

void *fnPtr;      //JNI层对应函数的函数指针

}JNINativeMethod;

 

     上述结构体中中三个变量，name为Java层中调用的native的函数名称；signature变量为name变量对应的native函数的签名信息（参数类型和函数返回值）；fnPtr为JNI层对应的函数指针。上述结构体中的签名信息的出现，主要是因为java支持函数重载，也就是说，可以定义同名但不同参数的函数。然而仅仅根据函数名是没法找到具体函数的。为了解决这个问题，JNI技术中就将参数类型和返回值类型的组合作为一个函数的签名信息，有了签名信息，就能顺利的找到java中的函数了。

     因此通过定义上述结构，就可以完成JAVA层的NATIVE函数与JNI层函数对应关系，我们看一下（已前面提到的native函数init1()为例）

static JNINativeMethod gMethods[] = {

    /* name, signature, funcPtr */

    { "init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1 },

};

 

定义了上述数组后，实际的注册是通过以下函数实现的：

int register_android_server_SystemServer(JNIEnv* env)

{

    return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/SystemServer",

            gMethods, NELEM(gMethods));

}

     在sourceInsight中代码可以通过搜索register_android_server_SystemServer函数，发现该函数在Onload.cpp文件中JNI_OnLoad被调用。对于JNI_OnLoad函数，前面提到了加载JNI动态库后，JNI紧接会查找该库中是否存在JNI_OnLoad函数，如果有的话，就直接调用，调用成功后也就意味动态注册的工作完成了。

    前面我们也提到了systemserver负责启动系统中的各种关键服务，对于系统各种server不可避免的会调用底层接口，底层接口一般都是C或者C++函数写的，对于JAVA层而言就是通过调用native函数通过JNI技术与底层进行交互。因此我们会在Onload.cpp文件中JNI_OnLoad中看到一系列JNI动态注册的接口。本文的目的是介绍消息相关的处理，因此我们关注一下register_android_server_InputManager(env);对于其他注册函数的分析其实想通的。

下面看一下register_android_server_InputManager具体的函数声明。

int res = jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/input/InputManagerService",

            gInputManagerMethods, NELEM(gInputManagerMethods));

jniRegisterNativeMethods函数完成java标准的native函数的映射工作。上面函数参数中env:指向JNIEnv结构体；第二个函数classname:说明java层对应的类名，对应类名“.”在C++中有特殊的定义，因此用“/”代替（可以换作说法该文件中定义的native函数就是在《上述类名.java》中调用，这样直接在工程中搜索该类名就比较方便找到对应的申明）；第三个参数：为前面提到JNINativeMethod类型的指针，主要指向需要动态注册相关参数的数组名；第四个参数表明参数三锁对应的数组中元素的个数。

FIND_CLASS(clazz, "com/android/server/input/InputManagerService");

........

 gMotionEventClassInfo.clazz = jclass(env->NewGlobalRef(gMotionEventClassInfo.clazz));

上述代码主要是初始化变量gServiceClassInfo，gInputDeviceClassInfo，gKeyEventClassInfo和gMotionEventClassInfo。个人认为定义上述变量初始化，主要是从JNI层中调用JAVA层的函数速度优化考虑的，这个可以看一下具体的逻辑代码。在JNI中调用java层的函数，一般是通过env（env可以通过JVAAVM对象获取）获取对应类，获取对应类后创建对应的类对象，然后通过类对象找到对应的方法或者成员变量（对应类中的如果是static方法或者成员变量，是不需要创建对应的类对象的；并且对应是否为静态方法或者静态变量，对应JNI调用的方法也不相同）。

对应JNI相关的初始化到此就基本OK了，对于底层如何通过JNI调用JAVA层的函数会根据具体的代码在做分析。

 

1.3 java层Server相关初始化

 

     前面提到systemserver中的main方法核心逻辑入口，main里面通过调用init1方法，该方法对应的JNI的函数声明中会调用init2()方法，在init2方法中会启动一个线程ServerThread，在ServerThread的run函数中我们看一下如下代码：

Slog.i(TAG, "Input Manager");

inputManager = new InputManagerService(context, wmHandler);

Slog.i(TAG, "Window Manager");

wm = WindowManagerService.main(context, power, display, inputManager,

                    uiHandler, wmHandler,

                    factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,

                    !firstBoot, onlyCore);

ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);

 ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);

ActivityManagerService.self().setWindowManager(wm);

inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor());

inputManager.start();

 

1.3.1 InputManagerService的初始化

 

首先看一下InputManagerService对应的构造函数如下：

 public InputManagerService(Context context, Handler handler) {

        this.mContext = context;

        this.mHandler = new InputManagerHandler(handler.getLooper());

 

        mUseDevInputEventForAudioJack =

                context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack);

        Slog.i(TAG, "Initializing input manager, mUseDevInputEventForAudioJack="

                + mUseDevInputEventForAudioJack);

        mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());

}

重点关注nativeInit函数，该函数为native函数，对应的函数在JNI的定义如下：

static jint nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz,

        jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {

    sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);

    NativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,

            messageQueue->getLooper());

    im->incStrong(serviceObj);

    return reinterpret_cast<jint>(im);//C++中指针强制类型转化

}

   在Java中如果想查找对应的JNI声明函数，比较快的方法如下：在SourceInsight中直接搜索java文件对应的文件名，然后在收到的结果中直接高亮jniRegisterNativeMethods函数，该函数对应的*.cpp为对应的JNI中的申明。

 

nativeInit函数中会调用NativeInputManager的构造函数如下

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,

        jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) :

        mLooper(looper) {

   .......

    sp<EventHub> eventHub = new EventHub();

    mInputManager = new InputManager(eventHub, this, this);

}

函数中会创建EventHub的对象如下：

 sp<EventHub> eventHub = new EventHub();

EventHub：是系统中所有事件的中央处理站。它管理所有系统中可以识别的输入设备的输入事件，此外，当设备增加或删除时，EventHub将产生相应的输入事件给系统。EventHub通过getEvents函数，给系统提供一个输入事件流。它也支持查询输入设备当前的状态（如哪些键当前被按下）。而且EventHub还跟踪每个输入调入的能力，比如输入设备的类别，输入设备支持哪些按键。 

 mInputManager = new InputManager(eventHub, this, this);

    首先我们先关注一下InputManager（C++)所在的文件夹与NativeInputManager（JNI中）是不相同的，逻辑上个人认为InputManager中相关的是与底层驱动相关了，上层JAVA应该是看不到InputManager相关的接口的。

 

InputManager::InputManager(

        const sp<EventHubInterface>& eventHub,

        const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,

        const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {

        //readerPolicy &&dispatcherPolicy 实质为NativeInputManager对象

    mDispatcher = new InputDispatcher(dispatcherPolicy);

    mReader = new InputReader(eventHub, readerPolicy, mDispatcher);

    initialize();

}

      这里主要是创建了一个InputDispatcher对象和一个InputReader对象，并且分别保存在成员变量mDispatcher和mReader中。InputDispatcher类是负责把键盘消息分发给当前激活的Activity窗口的，而InputReader类则是通过EventHub类来实现读取键盘事件的。创建了这两个对象后，还要调用initialize函数来执行其它的初始化操作。

 

void InputManager::initialize() {

    mReaderThread = new InputReaderThread(mReader);

    mDispatcherThread = new InputDispatcherThread(mDispatcher);

}

 

这个函数创建了一个InputReaderThread线程实例和一个InputDispatcherThread线程实例，并且分别保存在成员变量mReaderThread和mDispatcherThread中。这里的InputReader实列mReader就是通过这里的InputReaderThread线程实列mReaderThread来读取键盘事件的，而InputDispatcher实例mDispatcher则是通过这里的InputDispatcherThread线程实例mDisptacherThread来分发键盘消息的。

 

    InputManager（C++)的初始化基本完成， InputManager是系统事件处理的核心，通过上述代码分析可以知道其有2个线程如下

    1）InputReaderThread叫做"InputReader"线程，它负责读取并预处理RawEvent，applies policy并且把消息送入DispatcherThead管理的队列中。

     2）InputDispatcherThread叫做"InputDispatcher"线程，它在队列上等待新的输入事件，并且异步地把这些事件分发给应用程序。

     InputReaderThread类与InputDispatcherThread类不共享内部状态，所有的通信都是单向的，从InputReaderThread到InputDispatcherThread。两个类可以通过InputDispatchPolicy进行交互。///???

     InputManager类从不与Java交互，而InputDispatchPolicy负责执行所有与系统的外部交互，包括调用DVM业务。

上面InputManager中2个线程只是创建了，实际还没有正式(thread只有调用Start)