深入理解四大元件（四）Service 的繫結過程

概述

我們可以通過呼叫 Context 的 startService 來啟動 Service，也可以通過 Context 的 bindService 來繫結 ServiceService 的繫結過程將分為兩個部分來進行講解，分別是 ContextImpl 到 AMS 的呼叫過程和 Service 的繫結過程。

1. ContextImpl 到 AMS 的呼叫過程

ContextImpl 到 AMS 的呼叫過程如圖所示：

我們可以用 bindService 方法來繫結 Service，它的實現在 ContextWrapper 中，程式碼如下所示：
frameworks/base/core/java/android/content/ContextWrapper.java

@Override
 public boolean bindService(Intent service, ServiceConnection conn,
         int flags) {
     return mBase.bindService(service, conn, flags);
 }

上一章我們得知 mBase 具體就是指向 ContextImpl 的，接著檢視 ContextImpl 的 bindService 方法：
frameworks/base/core/java/android/app/ContextImpl.java

@Override
  public boolean bindService(Intent service, ServiceConnection conn,
          int flags) {
      warnIfCallingFromSystemProcess();
      return bindServiceCommon(service, conn, flags, mMainThread.getHandler(),
              Process.myUserHandle());
  }

在 bindService 方法中，又返回了 bindServiceCommon 方法，程式碼如下所示：
frameworks/base/core/java/android/app/ContextImpl.java

private boolean bindServiceCommon(Intent service, ServiceConnection conn, int flags, Handler
        handler, UserHandle user) {
    IServiceConnection sd;
    if (conn == null) {
        throw new IllegalArgumentException("connection is null");
    }
    if (mPackageInfo != null) {
        sd = mPackageInfo.getServiceDispatcher(conn, getOuterContext(), handler, flags);  //1
    } else {
        throw new RuntimeException("Not supported in system context");
    }
    validateServiceIntent(service);
    try {
     ...
     /**
     * 2
     */
        int res = ActivityManagerNative.getDefault().bindService(
            mMainThread.getApplicationThread(), getActivityToken(), service,
            service.resolveTypeIfNeeded(getContentResolver()),
            sd, flags, getOpPackageName(), user.getIdentifier());
      ...
    } catch (RemoteException e) {
        throw e.rethrowFromSystemServer();
    }
}

在註釋 1 處呼叫了 LoadedApk 型別的物件 mPackageInfo 的 getServiceDispatcher 方法，它的主要作用是將 ServiceConnection 封裝為 IServiceConnection 型別的物件 sd，從 IServiceConnection 的名字我們就能得知它實現了 Binder 機制，這樣 Service 的繫結就支援了跨程式。接著在註釋 2 處我們又看見了熟悉的程式碼，最終會呼叫 AMS 的 bindService 方法。

2. Service 的繫結過程

AMS 的 bindService 方法程式碼如下所示：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

  public int bindService(IApplicationThread caller, IBinder token, Intent service,
            String resolvedType, IServiceConnection connection, int flags, String callingPackage,
            int userId) throws TransactionTooLargeException {
        enforceNotIsolatedCaller("bindService");
...
        synchronized(this) {
            return mServices.bindServiceLocked(caller, token, service,
                    resolvedType, connection, flags, callingPackage, userId);
        }
    }

bindService 方法最後會呼叫 ActiveServices 型別的物件 mServices 的 bindServiceLocked 方法：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActiveServices.java

    int bindServiceLocked(IApplicationThread caller, IBinder token, Intent service,
            String resolvedType, final IServiceConnection connection, int flags,
            String callingPackage, final int userId) throws TransactionTooLargeException {
      ···
      try {
          ···
            AppBindRecord b = s.retrieveAppBindingLocked(service, callerApp);  //1
          ···
                if ((flags&Context.BIND_AUTO_CREATE) != 0) {
                    s.lastActivity = SystemClock.uptimeMillis();
                    if (bringUpServiceLocked(s, service.getFlags(), callerFg, false,
                            permissionsReviewRequired) != null) {  //2
                        return 0;
                    }
                }
              ···
              if (s.app != null && b.intent.received) {  //3
                try {
                    c.conn.connected(s.name, b.intent.binder, false);  //4
                } catch (Exception e) {
                    Slog.w(TAG, "Failure sending service " + s.shortName
                            + " to connection " + c.conn.asBinder()
                            + " (in " + c.binding.client.processName + ")", e);
                }
                if (b.intent.apps.size() == 1 && b.intent.doRebind) {  //5
                    requestServiceBindingLocked(s, b.intent, callerFg, true);  //6
                }
            } else if (!b.intent.requested) {  //7
                requestServiceBindingLocked(s, b.intent, callerFg, false);  //8
            }
            getServiceMapLocked(s.userId).ensureNotStartingBackgroundLocked(s);
        } finally {
            Binder.restoreCallingIdentity(origId);
        }
        return 1;
    }

講到這裡，有必要先介紹幾個與 Service 相關的物件型別，這樣有助於對原始碼進行理解，如下所示：

• ServiceRecord：用於描述一個 Service。
• ProcessRecord：一個程式的資訊。
• ConnectionRecord：用於描述應用程式程式和 Service 建立的一次通訊。
• AppBindRecord：應用程式程式通過 Intent 繫結 Service 時，會通過 AppBindRecord 來維護 Service 與應用程式程式之間的關聯。其內部儲存了誰繫結的 Service（ProcessRecord）、被繫結的 Service（AppBindRecord ）、繫結 Service 的 Intent（IntentBindRecord）和所有繫結通訊記錄的資訊（ArraySet<ConnectionRecord>）。
• IntentBindRecord：用於描述繫結 Service 的 Intent。

在註釋 1 處呼叫了 ServiceRecord 的 retrieveAppBindingLocked 方法來獲得 AppBindRecord，retrieveAppBindingLocked 方法內部建立 IntentBindRecord，並對 IntentBindRecord 的成員變數進行賦值，後面我們會詳細極少這個關鍵的方法。
在註釋 2 處呼叫 bringUpServiceLocked 方法，在 bringUpServiceLocked 方法中又呼叫 realStartServiceLocked 方法，最終由 ActivityThread 來呼叫 Service 的 onCreate 方法啟動 Service，這也說明了 bindService 方法內部會啟動 Service，啟動 Service 這一過程上一章我們已經講過。在註釋 3 處 s.app != null 表示 Service 已經執行，其中 s 是 ServiceRecord 型別物件，app 是 ProcessRecord 型別物件。b.intent.received 表示當前應用程式程式已經接受到繫結 Service 時返回的 Binder，這樣應用程式程式就可以通過 Binder 來獲取要繫結的 Service 的訪問介面。在註釋 4 處呼叫 c.conn 的 connected 方法，其中 c.conn 指的是 IServiceConnection，它的具體實現為 ServiceDispatcher.InnerConnection，其中 ServiceDispathcer 是 LoadedApk 的內部類，InnerConnection 的 connected 方法內部會呼叫 H 的 post 方法向主執行緒傳送訊息，並且解決當前應用程式程式和 Service 跨程式通訊的問題，在後面會詳細介紹這一過程。在註釋 5 處如果當前應用程式程式是第一個與 Service 進行繫結的，並且 Service 已經呼叫過 onUnBind 方法，則需要呼叫註釋 6 處的程式碼。在註釋 7 處如果應用程式程式的 Client 端沒有傳送過繫結 Service 的請求，則會呼叫註釋 8 處的程式碼，註釋 8 處和註釋 6 處的程式碼區別就是最後一個引數 rebind 為 false，表示不是重新繫結。接著我們檢視註釋 6 處的 requestServiceBindingLocked 方法，程式碼如下所示：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActiveServices.java

private final boolean requestServiceBindingLocked(ServiceRecord r, IntentBindRecord i,
        boolean execInFg, boolean rebind) throws TransactionTooLargeException {
   ...
    if ((!i.requested || rebind) && i.apps.size() > 0) {  //1
        try {
            bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, "bind");
            r.app.forceProcessStateUpTo(ActivityManager.PROCESS_STATE_SERVICE);
            r.app.thread.scheduleBindService(r, i.intent.getIntent(), rebind,
                    r.app.repProcState);  //2
           ...
        } 
        ...
    }
    return true;
}

註釋 1 處 i.requested 表示是否傳送過繫結 Service 的請求，從前面的程式碼得知是沒有傳送過，因此，!i.requested 為 true。從前面的程式碼得知 rebind 值為 false，那麼 (!i.requested || rebind) 的值為 true。i.apps.size() > 0 表示什麼呢？其中 i 是 IntentBindRecord 型別的物件，AMS 會為每個繫結 Service 的 Intent 分配一個 IntentBindRecord 型別物件，程式碼如下所示：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/IntentBindRecord.java

final class IntentBindRecord {
    //被繫結的 Service
    final ServiceRecord service;
    //繫結 Service 的 Intent
    final Intent.FilterComparison intent; // 
    //所有用當前 Intent 繫結 Service 的應用程式程式
    final ArrayMap<ProcessRecord, AppBindRecord> apps
            = new ArrayMap<ProcessRecord, AppBindRecord>();  //1
···
}

我們來檢視 IntentBindRecord 類，不同的應用程式程式可能使用同一個 Intent 來繫結 Service，因此在註釋 1 處會用 apps 來儲存所有用當前 Intent 繫結 Service 的應用程式程式。i.apps.size() > 0 表示所有用當前 Intent 繫結 Service 的應用程式程式個數大於 0，下面來驗證 i.apps.size() > 0 是否為 ture。我們回到 bindServiceLocked 方法的註釋 1 處，ServiceRecord 的 retrieveAPPBindingLocked 方法如下所示：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ServiceRecord.java

    public AppBindRecord retrieveAppBindingLocked(Intent intent,
            ProcessRecord app) {
        Intent.FilterComparison filter = new Intent.FilterComparison(intent);
        IntentBindRecord i = bindings.get(filter);
        if (i == null) {
            i = new IntentBindRecord(this, filter);  //1
            bindings.put(filter, i);
        }
        AppBindRecord a = i.apps.get(app);  //2
        if (a != null) {
            return a;
        }
        a = new AppBindRecord(this, i, app);  //3
        i.apps.put(app, a);
        return a;
    }

註釋 1 處建立了 IntentBindRecord，註釋 2 處根據 ProcessRecord 獲得 IntentBindRecord 中儲存的 AppBindRecord，如果 AppBindRecord 不為 null 就返回，如果不為 null 就在註釋 3 處建立 AppBindRecord，並將 ProcessRecord 作為 key，AppBindRecord 作為 value 儲存在 IntentBindRecord 的 apps（i.apps）中。回到 requestServiceBindingLocked 方法的註釋 1 處，結合 ServiceRecord 的 requestServiceBindingLocked 方法，我們得知 i.apps.size() > 0 為 ture，這樣就會呼叫註釋 2 處的程式碼，r.app.thread 的型別為 IApplicationThread，它的實現我們已經很熟悉了，是 ActivityThread 的內部類 ApplicationThread，scheduleBindService 方法如下所示：
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

public final void scheduleBindService(IBinder token, Intent intent,
              boolean rebind, int processState) {
          updateProcessState(processState, false);
          BindServiceData s = new BindServiceData();
          s.token = token;
          s.intent = intent;
          s.rebind = rebind;
          if (DEBUG_SERVICE)
              Slog.v(TAG, "scheduleBindService token=" + token + " intent=" + intent + " uid="
                      + Binder.getCallingUid() + " pid=" + Binder.getCallingPid());
          sendMessage(H.BIND_SERVICE, s);
      }

首先將 Service 的資訊封裝成 BindServiceData 物件，需要注意的 BindServiceData 的成員變數 rebind 的值為 false，後面會用到它。接著將 BindServiceData 傳入到 sendMessage 方法中。sendMessage 向 H 傳送訊息，我們接著檢視 H 的 handleMessage 方法：
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

public void handleMessage(Message msg) {
          if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
          switch (msg.what) {
          ...
              case BIND_SERVICE:
                    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "serviceBind");
                    handleBindService((BindServiceData)msg.obj);
                    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                    break;
          ...
           }
        ...
        }

H 在接受到 BIND_SERVICE 型別訊息時，會在 handleMessage 方法中會呼叫 handleBindService 方法：
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

    private void handleBindService(BindServiceData data) {
        Service s = mServices.get(data.token);  //1
        if (DEBUG_SERVICE)
            Slog.v(TAG, "handleBindService s=" + s + " rebind=" + data.rebind);
        if (s != null) {
            try {
                data.intent.setExtrasClassLoader(s.getClassLoader());
                data.intent.prepareToEnterProcess();
                try {
                    if (!data.rebind) {  //2
                        IBinder binder = s.onBind(data.intent);  //3
                        ActivityManager.getService().publishService(
                                data.token, data.intent, binder);  //4
                    } else {
                        s.onRebind(data.intent);  //5
                        ActivityManager.getService().serviceDoneExecuting(
                                data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0);
                    }
                    ensureJitEnabled();
                } catch (RemoteException ex) {
                    throw ex.rethrowFromSystemServer();
                }
            } catch (Exception e) {
                if (!mInstrumentation.onException(s, e)) {
                    throw new RuntimeException(
                            "Unable to bind to service " + s
                            + " with " + data.intent + ": " + e.toString(), e);
                }
            }
        }
    }

在註釋 1 處獲取要繫結的 Service。註釋 2 處的 BindServiceData 的成員變數 rebind 的值為 false，這樣會呼叫註釋 3 處的程式碼來呼叫 Service 的 onBind 方法，到這裡 Service 處於繫結狀態了。如果 rebind 的值為 ture 就會呼叫註釋 5 處的 Service 的 onRebind 方法，這一點結合前文的 bindServiceLocked 方法的註釋 5 處，得出的結論就是：如果當前應用程式程式第一個與 Service 進行繫結，並且 Service 已經呼叫過 onUnBind 方法，則會呼叫 Service 的 onBind 方法。handleBindService 方法有兩個分支，一個是繫結過 Service 的情況，另一個是未繫結的情況，這裡分析未繫結的情況，檢視註釋 4 處的程式碼，實際上是呼叫 AMS 的 publishService 方法。講到這，先給出這一部分的程式碼時序圖（不包括 Service 啟動過程）

接著來檢視 AMS 的 publishService 方法，程式碼如下所示：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

public void publishService(IBinder token, Intent intent, IBinder service) {
  ...
    synchronized(this) {
        if (!(token instanceof ServiceRecord)) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid service token");
        }
        mServices.publishServiceLocked((ServiceRecord)token, intent, service);
    }
}

publishService 方法中，呼叫了 ActiveServices 型別的 mServices 物件的 publishServiceLocked 方法：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActiveServices.java

void publishServiceLocked(ServiceRecord r, Intent intent, IBinder service) {
       final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
       try {
          ...
                   for (int conni=r.connections.size()-1; conni>=0; conni--) {
                       ArrayList<ConnectionRecord> clist = r.connections.valueAt(conni);
                       for (int i=0; i<clist.size(); i++) {
                        ...
                           try {
                               c.conn.connected(r.name, service); //1
                           } catch (Exception e) {
                            ...
                           }
                       }
                   }
               }
               serviceDoneExecutingLocked(r, mDestroyingServices.contains(r), false);
           }
       } finally {
           Binder.restoreCallingIdentity(origId);
       }
   }

註釋 1 處的程式碼，我在前面介紹過，c.conn 指的是 IServiceConnection，它是 ServiceConnection 在本地的代理，用於解決當前應用程式程式和 Service 跨程式通訊的問題，具體實現為 ServiceDispatcher.InnerConnection，其中 ServiceDispatcher 是 LoadedApk 的內部類，ServiceDispatcher.InnerConnectiond 的 connected 方法的程式碼如下所示：
frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java

static final class ServiceDispatcher {
     ...
        private static class InnerConnection extends IServiceConnection.Stub {
            final WeakReference<LoadedApk.ServiceDispatcher> mDispatcher;
            InnerConnection(LoadedApk.ServiceDispatcher sd) {
                mDispatcher = new WeakReference<LoadedApk.ServiceDispatcher>(sd);
            }
            public void connected(ComponentName name, IBinder service) throws RemoteException {
                LoadedApk.ServiceDispatcher sd = mDispatcher.get();
                if (sd != null) {
                    sd.connected(name, service);  //1
                }
            }
        }
 ...
 }

在註釋 1 處呼叫了 ServiceDispatcher 型別的 sd 物件的 connected 方法，程式碼如下所示：
frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java

public void connected(ComponentName name, IBinder service) {
           if (mActivityThread != null) {
               mActivityThread.post(new RunConnection(name, service, 0));  //1
           } else {
               doConnected(name, service);
           }
       }

註釋 1 處呼叫 Handler 型別的物件 mActivityThread 的 post 方法，mActivityThread 實際上指向的是 H。因此，通過呼叫 H 的 post 方法將 RunConnection 物件的內容執行在主執行緒中。RunConnection 是 LoadedApk 的內部類，定義如下所示：
frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java

private final class RunConnection implements Runnable {
      RunConnection(ComponentName name, IBinder service, int command) {
          mName = name;
          mService = service;
          mCommand = command;
      }
      public void run() {
          if (mCommand == 0) {
              doConnected(mName, mService);
          } else if (mCommand == 1) {
              doDeath(mName, mService);
          }
      }
      final ComponentName mName;
      final IBinder mService;
      final int mCommand;
  }

在 RunConnection 的 run 方法中呼叫了 doConnected 方法：
frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java

public void doConnected(ComponentName name, IBinder service) {
  ...
    if (old != null) {
        mConnection.onServiceDisconnected(name);
    }
    if (service != null) {
        mConnection.onServiceConnected(name, service);  //1
    }
}

在註釋 1 處呼叫了 ServiceConnection 型別的物件 mConnection 的 onServiceConnected 方法，這樣在客戶端中實現了 ServiceConnection 介面的類的 onServiceConnected 方法就會被執行。至此，Service 的繫結過程就分析到這。

最後給出剩餘部分的程式碼時序圖：