Android系统服务是如何获取的

关于获取系统服务的猜想

Android获取系统服务一般都需要用getSystemService指定系统服务名称获取：

val wm = getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE) as WindowManager

在实际开发中，当我们需要编写提供某一业务流程处理的Manager，通常会实现为单例。那么上面那行代码背后发生了什么，为什么Android不使用单例模式呢？下面我们观察Android是如何设计获取系统服务的，它如何从应用侧到达系统侧。

可以思考一下，不在每个服务中单独使用单例的原因大概是因为Android提供的系统服务众多，都使用getSystemService方法相当于提供了统一的入口。同时因为方法参数中的服务名称字符串，可以提供一个Map来统一存放各种服务实例，这与单例模式十分接近，相当于统一管理各种单例的变种。那么事实是不是这样呢？（下方源码只保留关键代码，API 30）

获取系统服务源码实现

各种继承或者持有Context的组件的getSystemService方法都会调用ContextImpl的同名方法：

//ContextImpl.java
    public Object getSystemService(String name) {
        return SystemServiceRegistry.getSystemService(this, name);
    }

SystemServiceRegistry一看就是统一注册系统服务的地方：

//SystemServiceRegistry.java    
    public static Object getSystemService(ContextImpl ctx, String name) {
        final ServiceFetcher<?> fetcher = SYSTEM_SERVICE_FETCHERS.get(name);
        final Object ret = fetcher.getService(ctx);
        return ret;
    }

这里我们确实发现了Map，可却不是从String到系统服务的Map，SYSTEM_SERVICE_FETCHERS的类型为Map<String, ServiceFetcher<?>>。

//SystemServiceRegistry.java   
    static abstract interface ServiceFetcher<T> {
        T getService(ContextImpl ctx);
    }

这个SystemServiceRegistry中的内部接口ServiceFetcher，看上去像是各种系统服务的工厂接口。我们看它的实现类：

//SystemServiceRegistry.java   
    static abstract class CachedServiceFetcher<T> implements ServiceFetcher<T> {
        private final int mCacheIndex;

        CachedServiceFetcher() {
            mCacheIndex = sServiceCacheSize++;
        }

        @Override
        public final T getService(ContextImpl ctx) {
            final Object[] cache = ctx.mServiceCache;
            T ret = null;

            T service = (T) cache[mCacheIndex];
            if (service != null) {
                ret = service;
            } else {
                service = createService(ctx);
                cache[mCacheIndex] = service;
                ret = service;
            }
            return ret;
        }

        public abstract T createService(ContextImpl ctx) throws ServiceNotFoundException;
    }

getService方法精简了大量保证线程安全的同步措施，只保留了最核心的逻辑。可以看到另有一个类型为Object[]的数组ctx.mServiceCache，getService从中用下标mCacheIndex获取系统服务，如果服务为空则使用createService方法创建服务并放在数组中。可以说，这个ctx.mServiceCache数组起到了我们最初设想的从String到系统服务的Map的存放所有系统服务的作用。这个映射变为了：

假象的映射（从String到系统服务）  <=>  SYSTEM_SERVICE_FETCHERS映射（从String到ServiceFetcher）
                                        + ctx.mServiceCache数组（ServiceFetcher中的mCacheIndex下标到系统服务）

这个SYSTEM_SERVICE_FETCHERS映射在SystemServiceRegistry的静态初始化快中被统一填充，同时提供了上方没有实现的createService：

//SystemServiceRegistry.java
    static {
        registerService(Context.WINDOW_SERVICE, WindowManager.class,
                new CachedServiceFetcher<WindowManager>() {
            @Override
            public WindowManager createService(ContextImpl ctx) {
                return new WindowManagerImpl(ctx);
            }}); 
    }
    private static <T> void registerService(@NonNull String serviceName,
            @NonNull Class<T> serviceClass, @NonNull ServiceFetcher<T> serviceFetcher) {
        SYSTEM_SERVICE_FETCHERS.put(serviceName, serviceFetcher);
    }

SystemServiceRegistry类初始化时，ctx.mServiceCache系统服务数组还是空的，当某一系统服务需要时，上方CachedServiceFetcher中getService会调用createService创建服务并存放在特定mCacheIndex下标中。

总结一下就是：在Android获取系统服务的流程中，使用工厂模式创建系统服务，使用Map管理工厂，使用数组管理系统服务实例。每种服务在每个ContextImpl中的数组中最多只有一个，且使用前不会提前创建，这点和单例的懒汉式是一致的。

真正的系统服务提供者

我们知道Android Framework中系统服务是运行在系统进程中，需要通过Binder机制与应用进程通信，如果我们不考虑系统侧实现，上面拿到的类真的应用侧的Binder类么？其实并不全是，依旧查看工厂类中的工厂方法：

上面获取到的服务类，有些类的确是系统侧的系统服务对应到应用侧的Binder类，比如AlarmManager：

//SystemServiceRegistry.java        
	registerService(Context.ALARM_SERVICE, AlarmManager.class,
                new CachedServiceFetcher<AlarmManager>() {
            @Override
            public AlarmManager createService(ContextImpl ctx) throws ServiceNotFoundException {
                IBinder b = ServiceManager.getServiceOrThrow(Context.ALARM_SERVICE);
                IAlarmManager service = IAlarmManager.Stub.asInterface(b);
                return new AlarmManager(service, ctx);
            }});

有些则是对这些Binder类的直接封装，比如ActivityManager：

//SystemServiceRegistry.java       
        registerService(Context.ACTIVITY_SERVICE, ActivityManager.class,
                new CachedServiceFetcher<ActivityManager>() {
            @Override
            public ActivityManager createService(ContextImpl ctx) {
                return new ActivityManager(ctx.getOuterContext(), ctx.mMainThread.getHandler());
            }});

其中大量的方法使用getService与getTaskService进行委托：

//ActivityManager.java
    public void killUid(int uid, String reason) {
        try {
            getService().killUid(UserHandle.getAppId(uid),
                    UserHandle.getUserId(uid), reason);
        } catch (RemoteException e) {
            throw e.rethrowFromSystemServer();
        }
    }
    
    public List<RunningTaskInfo> getRunningTasks(int maxNum)
            throws SecurityException {
        try {
            return getTaskService().getTasks(maxNum);
        } catch (RemoteException e) {
            throw e.rethrowFromSystemServer();
        }
    }
    
    public static IActivityManager getService() {
        return IActivityManagerSingleton.get();
    }

    private static IActivityTaskManager getTaskService() {
        return ActivityTaskManager.getService();
    }

而getService与getTaskService都是单例方法，另外使用ServiceManager获取真正的Binder类。

另外还有些系统服务为了便于使用，封装得更加复杂，比如WindowManager：

        registerService(Context.WINDOW_SERVICE, WindowManager.class,
                new CachedServiceFetcher<WindowManager>() {
            @Override
            public WindowManager createService(ContextImpl ctx) {
                return new WindowManagerImpl(ctx);
            }});

这里的各不同Context的WindowManagerImpl会统一调用到WindowManagerGlobal，而WindowManagerGlobal在addView时会创建ViewRootImpl，并将Binder类WindowSession传递给ViewRootImpl，由ViewRootImpl完成与WMS通信的工作。

以上实现了获取系统服务时从应用侧到达系统侧的过程。