本文内容大量涉及 JNI 编程基础，如果不太熟悉可以提前阅读JNI 编程上手指南
1. Framework 层的 JNI 函数封装
Framework 对常用的 JNI 函数做了封装：
namespace android {
//查找对应Java类
static inline jclass FindClassOrDie(JNIEnv* env, const char* class_name) {
jclass clazz = env->FindClass(class_name);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(clazz == NULL, "Unable to find class %s", class_name);
return clazz;
}
//返回类的实例域 ID
static inline jfieldID GetFieldIDOrDie(JNIEnv* env, jclass clazz, const char* field_name,
const char* field_signature) {
jfieldID res = env->GetFieldID(clazz, field_name, field_signature);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res == NULL, "Unable to find static field %s", field_name);
return res;
}
//返回 Java 类或者接口实例非静态方法的方法 ID
static inline jmethodID GetMethodIDOrDie(JNIEnv* env, jclass clazz, const char* method_name,
const char* method_signature) {
jmethodID res = env->GetMethodID(clazz, method_name, method_signature);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res == NULL, "Unable to find method %s", method_name);
return res;
}
//返回类的静态域的属性 ID
static inline jfieldID GetStaticFieldIDOrDie(JNIEnv* env, jclass clazz, const char* field_name,
const char* field_signature) {
jfieldID res = env->GetStaticFieldID(clazz, field_name, field_signature);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res == NULL, "Unable to find static field %s", field_name);
return res;
}
//返回类的静态方法 ID
static inline jmethodID GetStaticMethodIDOrDie(JNIEnv* env, jclass clazz, const char* method_name,
const char* method_signature) {
jmethodID res = env->GetStaticMethodID(clazz, method_name, method_signature);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res == NULL, "Unable to find static method %s", method_name);
return res;
}
//基于局部引用创建一个全局引用
template <typename T>
static inline T MakeGlobalRefOrDie(JNIEnv* env, T in) {
jobject res = env->NewGlobalRef(in);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res == NULL, "Unable to create global reference.");
return static_cast<T>(res);
}
//注册 Java 类对应的 JNI 方法
static inline int RegisterMethodsOrDie(JNIEnv* env, const char* className,
const JNINativeMethod* gMethods, int numMethods) {
int res = AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, className, gMethods, numMethods);
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(res < 0, "Unable to register native methods.");
return res;
}
/**
* Read the specified field from jobject, and convert to std::string.
* If the field cannot be obtained, return defaultValue.
*/
static inline std::string getStringField(JNIEnv* env, jobject obj, jfieldID fieldId,
const char* defaultValue) {
ScopedLocalRef<jstring> strObj(env, jstring(env->GetObjectField(obj, fieldId)));
if (strObj != nullptr) {
ScopedUtfChars chars(env, strObj.get());
return std::string(chars.c_str());
}
return std::string(defaultValue);
}
} // namespace android
#endif // CORE_JNI_HELPERS
上述封装中涉及到了 LOG_ALWAYS_FATAL_IF 宏，该宏用于记录一个致命错误。如果给定的条件失败，这将停止程序。像普通断言一样执行，但会生成给定的消息。该功能不会从 release 版本中剥离。需要注意的是，条件测试与正常的 assert() 语义相反。
FindClass，GetFieldID，NewGlobalRef 等 JNI 函数在调用过程中都可能发生异常，我们在JNI 编程上手指南之异常处理中介绍了处理这类异常的一般手法，framework 中的处理稍有不同，当出现异常时，直接通过 LOG_ALWAYS_FATAL_IF 宏中断程序。
2. Java 层初始化
Android Zygote 启动时，会调用 AndroidRuntime::startReg 注册一系列的 JNI 方法，其中包含了 Java 层与 Binder 相关的 JNI 方法：
// frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
//...
REG_JNI(register_android_os_Binder),
//...
}
int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{
//......
//注册 jni 函数
if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
env->PopLocalFrame(NULL);
return -1;
}
//......
return 0;
}
上面的代码注册了一系列的 JNI 方法，其中 gRegJNI 是一个数组，保存了一系列的待注册的 JNI 方法列表， 其中的 register_android_os_Binder 就是与 Binder 的 JNI 函数注册相关的。
register_android_os_Binder 是一个函数指针，我们来看一下它的具体实现：
// frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp
int register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
//注册 Binder 类的 JNI 方法
if (int_register_android_os_Binder(env) < 0)
return -1;
//注册 BinderInteral 类的 JNI 方法
if (int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0)
return -1;
//注册 BinderProxy 类的 JNI 方法
if (int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0)
return -1;
//......
return 0;
}
这里依次调用了三个方法来注册 JNI 方法，我们以第一个为例来分析：
static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderPathName);
gBinderOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
gBinderOffsets.mExecTransact = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "execTransact", "(IJJI)Z");
gBinderOffsets.mGetInterfaceDescriptor = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "getInterfaceDescriptor",
"()Ljava/lang/String;");
gBinderOffsets.mObject = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mObject", "J");
return RegisterMethodsOrDie(
env, kBinderPathName,
gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods));
}
//函数涉及到的其他变量
static const JNINativeMethod gBinderMethods[] = {
{ "getCallingPid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingPid },
{ "getCallingUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingUid },
{ "isHandlingTransaction", "()Z", (void*)android_os_Binder_isHandlingTransaction },
{ "clearCallingIdentity", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingIdentity },
{ "restoreCallingIdentity", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingIdentity },
{ "setThreadStrictModePolicy", "(I)V", (void*)android_os_Binder_setThreadStrictModePolicy },
{ "getThreadStrictModePolicy", "()I", (void*)android_os_Binder_getThreadStrictModePolicy },
{ "setCallingWorkSourceUid", "(I)J", (void*)android_os_Binder_setCallingWorkSourceUid },
{ "getCallingWorkSourceUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingWorkSourceUid },
{ "clearCallingWorkSource", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingWorkSource },
{ "restoreCallingWorkSource", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingWorkSource },
{ "flushPendingCommands", "()V", (void*)android_os_Binder_flushPendingCommands },
{ "getNativeBBinderHolder", "()J", (void*)android_os_Binder_getNativeBBinderHolder },
{ "getNativeFinalizer", "()J", (void*)android_os_Binder_getNativeFinalizer },
{ "blockUntilThreadAvailable", "()V", (void*)android_os_Binder_blockUntilThreadAvailable }
};
static struct bindernative_offsets_t
{
// Class state.
jclass mClass;
jmethodID mExecTransact;
jmethodID mGetInterfaceDescriptor;
// Object state.
jfieldID mObject;
} gBinderOffsets;
const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";
int_register_android_os_Binder 的操作很简单，就是把 android/os/Binder 的部分成员 ID 保存到全局结构体变量 gBinderOffsets 中，这么做的原因我们在JNI 编程上手指南之 JNI 调用性能优化 中说过，主要是为了提高 JNI 调用的性能。最后再调用 RegisterMethodsOrDie 将 gBinderMethods 数组中的函数注册到 JVM，这样 android/os/Binder 中定义的 Native 方法才能正常调用。
另外两个函数 int_register_android_os_BinderInternal 和 int_register_android_os_BinderProxy 的执行流程基本是一模一样。留给读者自行分析。
总结
通过上面的分析我们应该知道, Java 层中的三个类 BinderProxy BinderInternal Binder 是在 zygote 中启动一个新进程，初始化 JVM 环境时注册的 Native 方法，当执行到这三个类的 Native 方法时，我们应该到 frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp 文件中去查看其 Native 实现。
关于
我叫阿豪，2015 年本科毕业于国防科技大学指挥自动化专业，毕业后，在某单位从事信息化装备的研发工作。主要研究方向为 Android Framework 与 Linux Kernel，2023年春节后开始做 Android Framework 相关的技术分享。
如果你对 Framework 感兴趣或者正在学习 Framework，可以参考我总结的Android Framework 学习路线指南,也可关注我的微信公众号，我会在公众号上持续分享我的经验，帮助正在学习的你少走一些弯路。学习过程中如果你有疑问或者你的经验想要分享给大家可以添加我的微信，我拉你进技术交流群。
