binder线程安全即读取线程池部分剖析

背景

hi,粉丝朋友们：
大家好！近期有学员在学习binder过程中向我提出了2个疑问：
1、binder是否线程安全的，即同一个binder的服务端方法是不是同一个时间点，只有一个执行者？
2、binder的读取线程是怎么启动的？又怎么来的多个读取线程

上面问题是不是感觉还是比较经典的两个问题，这个要回答上面两个问题，就需要搞清楚binder通讯过程的读取线程池部分，下面针对以上两个问题来挨个分析一下

线程安全问题

这个问题其实判断是否线程安全还是比较简单的，只需要判断多个客户端请求时候，服务端方法执行是串行执行还是说并行执行。
在这里插入图片描述

即只需要简单看看多个client 请求时候服务端onTransact的调用情况，如果说多个client请求onTransact方法还是按顺序一个个请求执行，那么就代表是线程安全的，如果onTransact方法出现多个同时执行，那么就代表非线程安全，这里需要针对onTransact的方法做一点特殊处理，即要在onTransact中故意加一个耗时延时，让onTransact执行时间久一点，那样方便验证，不然可能存在onTransact执行太快无法确认的情况

这里使用跨进程课程demo进行改造：

class SampleService: public BBinder {
public:
  SampleService() {
    ALOGE("Server ------------------------------ %d",__LINE__);
    mydescriptor = String16(SAMPLE_SERIVCE_DES);
  }

  virtual ~SampleService() {
  }

  virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const {
    return mydescriptor;
  }

protected:
//这里的callFunction就是服务端执行的业务方法
  void callFunction(int val) {
    printf("Server callFunction begin------------------------------ %d\n",__LINE__);
    sleep(2);//加入一个2s延时来模拟服务端耗时，防止onTransact执行太快没办法确定是否顺序执行
    printf( "Service:callFunction end  %s(), %d, val = %d \n",__FUNCTION__,__LINE__,val);
  }

  virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0) {
    printf( "Service onTransact,line = %d, code = %d\n",__LINE__, code);
    switch (code) {
    case SRV_CODE:
      //读取Client传过来的IBinder对象
      callback = data.readStrongBinder();

      if(callback != NULL)
       {
         Parcel _data, _reply;
	 _data.writeInt32(1);
	 _data.writeInt32(2);
	 _data.writeInt32(3);

	 //2.String8类型
	 _data.writeString8(String8("who..."));
	 _data.writeString8(String8("are..."));
	 _data.writeString8(String8("you..."));
	 //回调客户端
         int ret = callback->transact(CB_CODE, _data, &_reply, 0);
         ALOGD("callback->transact ret %d\n",ret);
       }
      //调用server端的
      callFunction(6666);
      break;
    default:
      return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);
    }
    return 0;
  }

private:
  String16 mydescriptor;
  sp<IBinder> callback;
};
int main() {
  sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
  SampleService* samServ = new SampleService();
  status_t ret = sm->addService(String16(SAMPLE_SERIVCE_DES), samServ);
  //注意这里没有开启读取线程池
  //ProcessState::self()->startThreadPool();
  IPCThreadState::self()->joinThreadPool( true);
  return 0;
}

改造的唯一一行代码callFunction中加入了 sleep(2)延时代表耗时，还有一个要注意点就是ProcessState::self()->startThreadPool()没有被调用，即没有开启读取线程池，是靠IPCThreadState::self()->joinThreadPool( true)主线程进行join读取执行，客户端不需要任何变化
那么来看看执行情况：
这里采用两个客户端端先后间隔很近情况下执行请求
在这里插入图片描述

明显看到两次请求几乎同时发出(间隔时间很短），但是服务端onTransact执行时却是顺序执行，所以这种情况是线程安全的。

这里我们再把ProcessState::self()->startThreadPool()代码放开

int main() {
  sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
  SampleService* samServ = new SampleService();
  status_t ret = sm->addService(String16(SAMPLE_SERIVCE_DES), samServ);
  //注意这里没有开启读取线程池
  ProcessState::self()->startThreadPool();
  IPCThreadState::self()->joinThreadPool( true);
  return 0;
}

执行结果如下
在这里插入图片描述
明显看到这个里每个client请求来了立即执行，没有等待上一个onTransact执行完成，就开始下一个onTransact,所以这里明显就是线程不安全的情况。

那么究竟开放ProcessState::self()->startThreadPool()和不开放有啥区别呢？
这里其实就需要分析源码了，不过可以先通过命令看看对应进程的线程情况

不开放ProcessState::self()->startThreadPool()情况下发现进程实在只有一个线程存在，而且还是主线程

130|NX563J:/ # ps -A | grep server_bi
root          2847  2734 10832476  2388 binder_thread_read  0 S server_binder_Callback
NX563J:/ # ps -T -p 2847
USER           PID   TID  PPID     VSZ    RSS WCHAN            ADDR S CMD            
root          2847  2847  2734 10832476  2388 binder_th+          0 S server_binder_C
NX563J:/ # ps -T -p 2847                                                                               
USER           PID   TID  PPID     VSZ    RSS WCHAN            ADDR S CMD            
root          2847  2847  2734 10832476  2388 hrtimer_n+          0 S server_binder_C

开放ProcessState::self()->startThreadPool()情况下发现进程实有多个binder线程存在

NX563J:/ # ps -A | grep server_bi
root          9048  8991 10868400  2392 binder_thread_read  0 S server_binder_Callback
NX563J:/ # ps -A | grep server_bi^C                                                                    
130|NX563J:/ # ps -T -p 9048  
USER           PID   TID  PPID     VSZ    RSS WCHAN            ADDR S CMD            
root          9048  9048  8991 10868400  2392 binder_th+          0 S server_binder_C
root          9048  9050  8991 10868400  2392 binder_th+          0 S binder:9048_1
root          9048  9188  8991 10868400  2392 binder_th+          0 S binder:9048_2
root          9048  9189  8991 10868400  2392 binder_th+          0 S binder:9048_3
NX563J:/ #

总结：
binder调用服务端是否属于线程安全情况：
1、极少情况下，只有一个单线程接受执行binder调用时候，是属于线程安全
2、只要存在多个binder线程执行，就不是线程安全的，大部分场景都是有多个binder线程情况

下面来看看导致进程可以有多个binder线程关键方法ProcessState::self()->startThreadPool()

读取线程池部分源码

ProcessState::self()->startThreadPool()启动读取线程部分

分析一下ProcessState::self()->startThreadPool()源码

void ProcessState::startThreadPool()
{
    AutoMutex _l(mLock);
    if (!mThreadPoolStarted) {
        mThreadPoolStarted = true;
        spawnPooledThread(true);
    }
}

主要调用是spawnPooledThread方法

void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
    if (mThreadPoolStarted) {
        String8 name = makeBinderThreadName();//创建线程名字
        sp<Thread> t = sp<PoolThread>::make(isMain);//创建PoolThread线程
        t->run(name.string());//这里启动线程运行
    }
}

上面就是简单的创建了PoolThread线程然后启动运行，看看PoolThread运行时候到底是干了啥


class PoolThread : public Thread
{
public:
    explicit PoolThread(bool isMain)
        : mIsMain(isMain)
    {
    }

protected:
    virtual bool threadLoop()
    {
        IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);//仅仅调用了
        return false;
    }

    const bool mIsMain;
};

可以看到这里PoolThread主要就是调用了IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain)方法
这个方法如下：

void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
    mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
    mIsLooper = true;
    status_t result;
    do {
        processPendingDerefs();
        // now get the next command to be processed, waiting if necessary
        result = getAndExecuteCommand();

        if (result < NO_ERROR && result != TIMED_OUT && result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF) {
            LOG_ALWAYS_FATAL("getAndExecuteCommand(fd=%d) returned unexpected error %d, aborting",
                  mProcess->mDriverFD, result);
        }

        // Let this thread exit the thread pool if it is no longer
        // needed and it is not the main process thread.
        if(result == TIMED_OUT && !isMain) {
            break;
        }
    } while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);

    mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
    mIsLooper = false;
    talkWithDriver(false);
}

其实就是不断的读取内核的发送过来的binder信息和执行相关的方法。

那么上面我们清楚了整个读取线程启动，但是上面只有在初始化时候调用了一次ProcessState::startThreadPool方法，也就是只启动一个binder线程，明显上面shell命令看的时候是有多个啊，哪里还有渠道来扩张binder读取线程么？

扩张binder读取线程部分

这里在IPCThreadState::executeCommand执行读取binder驱动相关数据时候会有个如下操作BR_SPAWN_LOOPER情况，这个情况就会调用spawnPooledThread，spawnPooledThread上面已经看过来启动更多的binder线程，只不过这类传递的isMain是false,即不是binder主线程
在这里插入图片描述
那么这里的BR_SPAWN_LOOPER又是哪里来的呢？这里明显看到是BR的消息所以是从binder驱动来的，具体如下：
在这里插入图片描述

可以看到主要就是判断一下
1、进程是否有waiting_threads线程
2、是否超过当前的最大线程，即这个就体现出来客户端设置binder最大线程作用了

如果没有等待工作线程和也没有操作最大线程数既可以发送BR_SPAWN_LOOPER重新开启一个新的binder线程

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在这里插入图片描述

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