SurfaceFlinger系列01--Android應用與SurfaceFlinger的連接過程
每一個有UI的Android應用程序都需要與SurfaceFlinger服務建立一個連接，以便可以通過這個連接來請求SurfaceFlinger服務為它創建和渲染Surface。本文將詳細描述Android應用程序是如何與SurfaceFlinger服務建立連接的。
以開機動畫為示例進行講解有下面幾個好處：
- 實現開機動畫的應用程序bootanimation也是一個Android應用程序，只不過它是用C++語言來開發的；
- 應用程序bootanimation是與UI相關的，即它與使用Java語言來開發的標準Android應用程序一樣，都需要使用SurfaceFlinger服務來創建和渲染自己的Surface，即開機動畫；
- 第三，由於應用程序bootanimation不涉及用戶輸入，即不需要與用戶進行交互（觸摸屏、鍵盤等），因此它能夠以最簡潔的方式來體現Android應用程序與SurfaceFlinger服務的關系。
Android系統的開機動畫是主要一個BootAnimation對象來實現，這個BootAnimation對象在構造的時候，會在內部創建一個SurfaceComposerClient對象來負責創建一個到SurfaceFlinger服務的連接。
BootAnimation的實現位於frameworks\base\cmds\bootanimation\BootAnimation.cpp文件中，它在構造函數中創建了一個SurfaceComposerClient對象，mSession是BootAnimation類的成員變量，它是一個類型為SurfaceComposerClient的強指針，即sp<SurfaceComposerClient>：
BootAnimation::BootAnimation(sp<Callbacks> callbacks) : Thread(false), mClockEnabled(true), mTimeIsAccurate(false), mTimeFormat12Hour(false), mTimeCheckThread(NULL), mCallbacks(callbacks) { mSession = new SurfaceComposerClient(); ······ }
SurfaceComposerClient類定義位於frameworks\native\libs\gui\include\gui\SurfaceComposerClient.h中，它繼承於RefBase類，因此，當BootAnimation類在構造函數創建了一個SurfaceComposerClient對象，並且將這個對象賦值給類型為sp<SurfaceComposerClient>的智能指針mSession時，就會導致SurfaceComposerClient類的成員函數onFirstRef被調用，onFirstRef的實現如下：
void SurfaceComposerClient::onFirstRef() { sp<ISurfaceComposer> sf(ComposerService::getComposerService()); if (sf != 0 && mStatus == NO_INIT) { auto rootProducer = mParent.promote(); sp<ISurfaceComposerClient> conn; conn = (rootProducer != nullptr) ? sf->createScopedConnection(rootProducer) : sf->createConnection(); if (conn != 0) { mClient = conn; mStatus = NO_ERROR; } } }
ComposerService是一個單例類，它的主要功能就是用來保持與SurfaceFlinger的連接。來看getComposerService的具體實現：
/*static*/ sp<ISurfaceComposer> ComposerService::getComposerService() { ComposerService& instance = ComposerService::getInstance(); Mutex::Autolock _l(instance.mLock); if (instance.mComposerService == NULL) { ComposerService::getInstance().connectLocked(); assert(instance.mComposerService != NULL); ALOGD("ComposerService reconnected"); } return instance.mComposerService; }
getComposerService方法中，先通過setInstance方法拿到了ComposerService類的唯一實例，然後調用connectLocked方法來與SurfaceFlinger建立連接，在connectLocked方法，通過IServiceManager::getService方法獲取了一個名為SurfaceFlinger的服務，這個就是SurfaceFlinger服務在啟動的時候向系統中註冊的服務名。
void ComposerService::connectLocked() { const String16 name("SurfaceFlinger"); while (getService(name, &mComposerService) != NO_ERROR) { usleep(250000); } assert(mComposerService != NULL); …… }
跟蹤getService函數，發現是先調用了defaultServiceManager()函數返回了BpServiceManager對象，然後通過BpServiceManager::getService()方法拿到指定的服務
template<typename INTERFACE> status_t getService(const String16& name, sp<INTERFACE>* outService) { const sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); if (sm != nullptr) { *outService = interface_cast<INTERFACE>(sm->getService(name)); if ((*outService) != NULL) return NO_ERROR; } return NAME_NOT_FOUND; }
這樣，應用就與拿到的SurfaceFlinger服務。根據Binder通信相關的內容，可以知道這裏拿到其實是BpSurfaceComposer，即拿到的SurfaceFlinger系統服務的Bp端。
再到SurfaceComposerClient::onFirstRef函數中，拿到BpSurfaceComposer服務後，然後通過BpSurfaceComposer::createScopedConnection或BpSurfaceComposer::createConnection嘗試與服務建立連接。
下面我們來看，SurfaceFlinger是如何響應這一動作的。因為前面已經拿到了BpSurfaceComposer，所以我們以跟蹤BpSurfaceComposer的createConnection函數為例進行說明。這裏通過Bp端的remote()->transact接口向Bn（即SurfaceFlinger）端發起connect動作。remote()->transact實際最後調用的就是BpBinder::transact(…)接口。
class BpSurfaceComposer : public BpInterface<ISurfaceComposer> { virtual sp<ISurfaceComposerClient> createConnection() { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(ISurfaceComposer::getInterfaceDescriptor()); remote()->transact(BnSurfaceComposer::CREATE_CONNECTION, data, &reply); return interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder()); } virtual sp<ISurfaceComposerClient> createScopedConnection( const sp<IGraphicBufferProducer>& parent) { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(ISurfaceComposer::getInterfaceDescriptor()); data.writeStrongBinder(IInterface::asBinder(parent)); remote()->transact(BnSurfaceComposer::CREATE_SCOPED_CONNECTION, data, &reply); return interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder()); } }
SurfaceFlinger端通過onTransact接口收到CREATE_CONNECTION或CREATE_SCOPED_CONNECTION消息後，實際調用了父類BnSurfaceComposer::onTransact接口進行動作分發，這裏會再調到SurfaceFlinger的createConnection或createScopedConnection方法
status_t BnSurfaceComposer::onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { switch(code) { case CREATE_CONNECTION: { CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply); sp<IBinder> b = IInterface::asBinder(createConnection());//回調SurfaceFlinger的createConnection接口 reply->writeStrongBinder(b); return NO_ERROR; } case CREATE_SCOPED_CONNECTION: { CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply); sp<IGraphicBufferProducer> bufferProducer = interface_cast<IGraphicBufferProducer>(data.readStrongBinder()); sp<IBinder> b = IInterface::asBinder(createScopedConnection(bufferProducer));//回調SurfaceFlinger的createConnection接口 reply->writeStrongBinder(b); return NO_ERROR; } …… } }
下面是SurfaceFlinger中兩個connect函數的實現。可以看到，這裏直接創建了一個Client對象，Client實現了BnSurfaceComposerClient類。
sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createConnection() { return initClient(new Client(this)); } sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createScopedConnection( const sp<IGraphicBufferProducer>& gbp) { if (authenticateSurfaceTexture(gbp) == false) { return nullptr; } const auto& layer = (static_cast<MonitoredProducer*>(gbp.get()))->getLayer(); if (layer == nullptr) { return nullptr; } return initClient(new Client(this, layer)); }
這裏將Client以ISurfaceComposerClient的形式返回給了BpSurfaceComposer。
再回到BpSurfaceComposer::createConnection函數中，SurfaceFlinger返回過來值是以reply的形式反映的。而reply.readStrongBinder()返回的其實就是BpBinder(handle)（詳見https://www.cnblogs.com/palance/p/5538562.html 分析）。
BpSurfaceComposer通過調用其interface_cast接口，將SurfaceFlinger返回來的ISurfaceComposerClient對象（實際就是Client對象）通過interface_cast<ISurfaceComposerClient>(Client對象)或interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder())進行處理，即拿到了SurfaceFlinger系統服務的Bp Client端，即BpSurfaceComposerClient。
ISurfaceComposerClient類對應的interface_cast接口如下
::android::sp<ISurfaceComposerClient> ISurfaceComposerClient::asInterface( const ::android::sp<::android::IBinder>& obj) { ::android::sp<ISurfaceComposerClient> intr; if (obj != nullptr) { intr = static_cast<ISurfaceComposerClient*>( obj->queryLocalInterface( ISurfaceComposerClient::descriptor).get()); if (intr == nullptr) { intr = new BpSurfaceComposerClient(obj); } } return intr; }
上面的過程總結如下幾個步驟：
- 應用創建SurfaceComposerClient對象，準備向SurfaceFlinger系統服務發起動作，由於SurfaceComposerClient繼承自RefBase，因此會觸發SurfaceComposerClient::onFirstRef函數。
- 在onFirstRef函數中，SurfaceComposerClient通過IServiceManager::getService方法拿到了SurfaceFlinger系統的代理端BpSurfaceComposer。接口馬上通過BpSurfaceComposer向SurfaceFlinger發起connect請求（Bp向Bn發起請求動作）。
- SurfaceFlinger接收到請求後，在本地創建一個本地代理對象Client（這是ClientBnSurfaceComposerClient端的），然後將該對象以ISrufaceComposerClient的形式返回給BpSurfaceComposer；
- BpSurfaceComposer接收到SurfaceFlinger返回過來的Client對象後，通過ISurfaceComposerClient::asInterface函數將Client對象轉換成BpSurfaceComposerClient對象。
- SurfaceComposerClient::onFirstRef函數執行完後，APP就與SurfaceFlinger服務成功建立連接了，後面就可以通過這個SurfaceFlinger的Client Proxy與SurfaceFlinger進行正常的通信。
借用其他博客的圖片：
Android系統中，app與SurfaceFlinger之間的通信全部使用的是Binder通信，SurfaceFlinger部分Binder相關的類關系簡單如下圖所示：
類型為Client的Binder本地對象是由SurfaceFlinger服務來負責創建的，並且運行在SurfaceFlinger服務中，用來代表使用SurfaceFlinger服務的一個客戶端，即一個與UI相關的Android應用程序。
由於Client類和BpSurfaceComposerClient類分別是一個Binder本地對象類和一個Binder代理對象類，它們都是根據Android系統在應用程序框架層提供的Binder進程間通信庫來實現的，它們的實現結構圖分別如下圖所示
參與資料：
- 開機動畫詳解： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7691321
- 應用程序與SurfaceFlinger連接： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7857163
- Android Binder通信： https://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6618363
SurfaceFlinger系列01--Android應用與SurfaceFlinger的連接過程