Android 7.0 中 ContentProvider 实现原理

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作者：汪毅雄

导语： 本文描述了ContentProvider发布者和调用者这两在Framework层是如何实现的。

作为Android的四大组件之一，ContentProvider作为进程之间静态数据传递的重要手段，其在系统级别的应用中起了重大的作用。毫无疑问，ContentProvider核心机制之一也是Binder，但是和其它3大组件又有区别。因为ContentProvider涉及数据的增删查改，当数据量比较大的时候，继续用Parcel做容器效率会比较低，因此它还使用了匿名共享内存的方式。

但是有一个问题是，ContentProvider的提供者进程不再存活时，其他进程通过Provider读一个非常简单的数据时，都需要先把提供者进程启动起来（除非指定multiprocess=true），这对用户是相当不友好的。又因为其是间接通过db进行数据操作，所以效率也远不如直接操作db。因此在用户app中，不是很建议经常使用ContentProvider。不过对于系统级的app，它统一了数据操作的规范，利是远大于弊的。

ContentProvider发布

当进程第一次启动时候会调用handleBindApplication

if (!data.restrictedBackupMode) {
                if (!ArrayUtils.isEmpty(data.providers)) {
                    installContentProviders(app, data.providers);
                }
            }

当xml中有provider时，进行provider的发布

final ArrayList<IActivityManager.ContentProviderHolder> results =
            new ArrayList<IActivityManager.ContentProviderHolder>();
        for (ProviderInfo cpi : providers) {
            IActivityManager.ContentProviderHolder cph = installProvider(context, null, cpi,
                    false /*noisy*/, true /*noReleaseNeeded*/, true /*stable*/);
            if (cph != null) {
                cph.noReleaseNeeded = true;
                results.add(cph);
            }
        }
        try {
            ActivityManagerNative.getDefault().publishContentProviders(
                getApplicationThread(), results);
        } catch (RemoteException ex) {
        }

@installProvider（这个方法先简单过一下，后面会继续说）

final java.lang.ClassLoader cl = c.getClassLoader();
                localProvider = (ContentProvider)cl.
                    loadClass(info.name).newInstance();
                provider = localProvider.getIContentProvider();

@installProviderAuthoritiesLocked

for (String auth : auths) {
            final ProviderKey key = new ProviderKey(auth, userId);
            final ProviderClientRecord existing = mProviderMap.get(key);
            if (existing != null) {
            } else {
                mProviderMap.put(key, pcr);
            }
        }

这里两步把ProviderInfo通过installProvider转换成ContentProvider的Binder对象IContentProvider，并放于ContentProviderHolder中。并根据auth的不同，把发布进程的ProviderClientRecord保存在一个叫mProviderMap的成员变量中，方便第二次调用同一个ContentProvider时，无需重新到AMS中去查询。

AMS @publishContentProviders

final int N = providers.size();
            for (int i = ; i < N; i++) {
                ContentProviderHolder src = providers.get(i);
                ...
                ContentProviderRecord dst = r.pubProviders.get(src.info.name);
                if (dst != null) {
                    ComponentName comp = new ComponentName(dst.info.packageName, dst.info.name);
                    mProviderMap.putProviderByClass(comp, dst);
                    String names[] = dst.info.authority.split(";");
                    for (int j = ; j < names.length; j++) {
                        mProviderMap.putProviderByName(names[j], dst);
                    }
                    int launchingCount = mLaunchingProviders.size();
                    int j;
                    boolean wasInLaunchingProviders = false;
                    for (j = ; j < launchingCount; j++) {
                        if (mLaunchingProviders.get(j) == dst) {
                            mLaunchingProviders.remove(j);
                            wasInLaunchingProviders = true;
                            j--;
                            launchingCount--;
                        }
                    }
                    if (wasInLaunchingProviders) {
                        mHandler.removeMessages(CONTENT_PROVIDER_PUBLISH_TIMEOUT_MSG, r);
                    }
                    ...
                }
            }

可以看到，AMS会遍历所有的ContentProviderHolder，然后调用mProviderMap把信息保存起来，这块接下来说。保存好之后，先去看看之前是不是已经有launch过的，如果已经有launch过的，不再重复launch。再说说这个mProviderMap，这个和ActivityThread中的mProviderMap不太一样，这个是一个成员实例，非真正的map。看看putProviderByClass和putProviderByName。

ProviderMap@putProviderByClass

if (record.singleton) {
            mSingletonByClass.put(name, record);
        } else {
            final int userId = UserHandle.getUserId(record.appInfo.uid);
            getProvidersByClass(userId).put(name, record);
        }

ProviderMap@putProviderByName

if (record.singleton) {
            mSingletonByName.put(name, record);
        } else {
            final int userId = UserHandle.getUserId(record.appInfo.uid);
            getProvidersByName(userId).put(name, record);
        }

可以看到，发布的Provider实际会根据class或authority存在不同的map中。如果是单例，则分别存到相应的mSingleton map中，否则就根据userId存到相应的map中。这样发布的过程就完成了，其他进程需要使用的时候将会在AMS按需读取。

ContentReslover跨进程数据操作

当我们跨进程调用数据时候，会先调用获取用户进程的ContentResolver

context.getContentResolver().query(uri, ...);
 public ContentResolver getContentResolver() {
        return mContentResolver;
    }

而这个ContentResolver在每个进程中都存在有且唯一的实例，其在ContextImpl构造函数中就已经初始化了，其初始化的实际对象是ApplicationContentResolver。

mContentResolver = new ApplicationContentResolver(this, mainThread, user);

这个ContentResolver是活在调用者进程中的，它是作为一个类似桥梁的作用。以插入为例：

ContentResolver@insert

IContentProvider provider = acquireProvider(url);
        if (provider == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Unknown URL " + url);
        }
        try {
            long startTime = SystemClock.uptimeMillis();
            Uri createdRow = provider.insert(mPackageName, url, values);
            ...
            return createdRow;
        } catch (RemoteException e) {
            return null;
        } finally {
            releaseProvider(provider);
        }

问题就转化成了，拿到其他进程的ContentProvider的Binder对象，有了binder对象就可以跨进程调用其方法了。

ContentResolver@acquireProvider

if (!SCHEME_CONTENT.equals(uri.getScheme())) {
            return null;
        }
        final String auth = uri.getAuthority();
        if (auth != null) {
            return acquireProvider(mContext, auth);
        }

校验其URI，其scheme必须为content。

ApplicationContentResolver@acquireProvider

protected IContentProvider acquireProvider(Context context, String auth) {
            return mMainThread.acquireProvider(context,
                    ContentProvider.getAuthorityWithoutUserId(auth),
                    resolveUserIdFromAuthority(auth), true);
        }

这里面有个特别的函数会传递一个true的参数给ActivityThread，这意味本次连接是stable的。那stable和非stable的区别是什么呢？这么说吧：

Stable provider：若使用过程中，provider要是挂了，你的进程也必挂。

Unstable provider：若使用过程中，provider要是挂了，你的进程不会挂。但你会收到一个DeadObjectException的异常，可进行容错处理。

继续往下。

ActivityThread@acquireProvider

final IContentProvider provider = acquireExistingProvider(c, auth, userId, stable);
        if (provider != null) {
            return provider;
        }
 
        IActivityManager.ContentProviderHolder holder = null;
        try {
            holder = ActivityManagerNative.getDefault().getContentProvider(
                    getApplicationThread(), auth, userId, stable);
        } catch (RemoteException ex) {
        }
        if (holder == null) {
            return null;
        }
 
        holder = installProvider(c, holder, holder.info,
                true /*noisy*/, holder.noReleaseNeeded, stable);
        return holder.provider;

这里面分了三步，1、寻找自身进程的缓存，有直接返回。 2、缓存没有的话，寻找AMS中的Provider。3、InstallProvider，又到了这个方法。怎么个install法？还是一会儿再说。

@acquireExistingProvider （寻找自身缓存）

synchronized (mProviderMap) {
            final ProviderKey key = new ProviderKey(auth, userId);
            final ProviderClientRecord pr = mProviderMap.get(key);
            if (pr == null) {
                return null;
            }
            IContentProvider provider = pr.mProvider;
            IBinder jBinder = provider.asBinder();
            ...
            ProviderRefCount prc = mProviderRefCountMap.get(jBinder);
            if (prc != null) {
                incProviderRefLocked(prc, stable);
            }
            return provider;

这一步就是读取我们发布时提到的mProviderMap中的缓存。当provider记录存在,且进程存活的情况下,则在provider引用计数不为空时则继续增加引用计数。

缓存不存在，则去AMS中找

AMS@getContentProviderImpl

ContentProviderRecord cpr;
cpr = mProviderMap.getProviderByName(name, userId);
if (providerRunning){
   if (r != null && cpr.canRunHere(r)) {
                    ContentProviderHolder holder = cpr.newHolder(null);
                    holder.provider = null;
                    return holder;
                }
}
 public boolean canRunHere(ProcessRecord app) {
        return (info.multiprocess || info.processName.equals(app.processName))
                && uid == app.info.uid;
    }

Provider是提供保护数据的接入访问的。一般情况下，不同进程的访问只能通过IPC来进行，但那是有些情况是可以允许访问者在自己的进程中创建本地Provider来进行访问的。

这种情况是在UID必须相同的前提下，要么同一进程，要么provider设定了multiprocess为true。

if (!providerRunning) {
            cpi = AppGlobals.getPackageManager().resolveContentProvider(name,
                    STOCK_PM_FLAGS | PackageManager.GET_URI_PERMISSION_PATTERNS, userId);
            ...
            ComponentName comp = new ComponentName(cpi.packageName, cpi.name);
            cpr = mProviderMap.getProviderByClass(comp, userId);
            if (r != null && cpr.canRunHere(r)) {
                return cpr.newHolder(null);
            }
            ProcessRecord proc = getProcessRecordLocked(
                            cpi.processName, cpr.appInfo.uid, false);
 
                    if (proc != null && proc.thread != null) {
                        if (!proc.pubProviders.containsKey(cpi.name)) {
                            proc.pubProviders.put(cpi.name, cpr);
                            proc.thread.scheduleInstallProvider(cpi);
                        }
                    } else {
                        proc = startProcessLocked(cpi.processName,
                                cpr.appInfo, false, , "content provider",
                                new ComponentName(cpi.applicationInfo.packageName,
                                        cpi.name), false, false, false);
                    }
                }
            }
            mProviderMap.putProviderByName(name, cpr);
        }

这块步骤比较多，挑重点就是，先从AMS的ProviderMap对象中获取AMS缓存。获得后如果Provider没有launch，则AMS通知其进程install其provider。如果进程不存在，则新孵化一个进程。

@InstallProvider

回到第三步中的installProvider

private IActivityManager.ContentProviderHolder installProvider(Context context,
            IActivityManager.ContentProviderHolder holder, ProviderInfo info,
            boolean noisy, boolean noReleaseNeeded, boolean stable)

可以看到，这个方法里面有6个参数，其中包含ContentProviderHolder、ProviderInfo、noReleaseNeeded，这几个很重要的参数。

ContentProviderHolder：当参数为空的时候，说明缓存为空，也就意味着是进程启动的时候调用发布provider。当缓存不为空的时候，还得做一些处理。

ProviderInfo：包含Provider的一些信息，不能为空。

noReleaseNeeded：为true的时候Provider对于自身进程来说或系统的Provider，是永久install的，也就是不会被destory的。

ContentProvider localProvider = null;
        IContentProvider provider;
        if (holder == null || holder.provider == null) {
            try {
                final java.lang.ClassLoader cl = c.getClassLoader();
                localProvider = (ContentProvider)cl.
                    loadClass(info.name).newInstance();
                provider = localProvider.getIContentProvider();
                if (provider == null) {
                    return null;
                }
                localProvider.attachInfo(c, info);
            } catch (java.lang.Exception e) {
            }
        } else {
            provider = holder.provider;
        }

这部分在发布的时候已经说了，缓存holder为null的时候，new一个实例。

IActivityManager.ContentProviderHolder retHolder;
        synchronized (mProviderMap) {
            IBinder jBinder = provider.asBinder();
            if (localProvider != null) {
                ComponentName cname = new ComponentName(info.packageName, info.name);
                ProviderClientRecord pr = mLocalProvidersByName.get(cname);
                if (pr != null) {
                    provider = pr.mProvider;
                } else {
                    holder = new IActivityManager.ContentProviderHolder(info);
                    holder.provider = provider;
                    holder.noReleaseNeeded = true;
                    pr = installProviderAuthoritiesLocked(provider, localProvider, holder);
                    mLocalProviders.put(jBinder, pr);
                    mLocalProvidersByName.put(cname, pr);
                }
                retHolder = pr.mHolder;
            } else {
                ...
            }

如果localProvider不等于null，则意味着是new一个实例的情况，这时候还是先去获取缓存，没有的话再真正地new一个ContentProviderHolder实例，并把通过installProviderAuthoritiesLocked方法把相关信息存入mProviderMap中，这个就是对应发布Provider提的那个方法。

IActivityManager.ContentProviderHolder retHolder;
        synchronized (mProviderMap) {
            ...
            } else {
                ProviderRefCount prc = mProviderRefCountMap.get(jBinder);
                if (prc != null) {
                    if (!noReleaseNeeded) {
                        incProviderRefLocked(prc, stable);
                        try {
                            ActivityManagerNative.getDefault().removeContentProvider(
                                    holder.connection, stable);
                        }
                    }
                } else {
                    ProviderClientRecord client = installProviderAuthoritiesLocked(
                            provider, localProvider, holder);
                    if (noReleaseNeeded) {
                        prc = new ProviderRefCount(holder, client, , );
                    } else {
                        prc = stable
                                ? new ProviderRefCount(holder, client, , )
                                : new ProviderRefCount(holder, client, , );
                    }
                    mProviderRefCountMap.put(jBinder, prc);
                }
                retHolder = prc.holder;
            }

如果localProvider等于空，也就意味着有holder缓存或者new时候出现的异常。那先从计数map中取缓存，如果缓存不为空（之前有过计数了），这时候如果设置了noReleaseNeeded，那就说明不需要计数。如果noReleaseNeeded为false，则把计数器数据转移到一个新引用上，同时销毁旧的。

如果缓存为空，说明之前没有计数过。那还是先通过installProviderAuthoritiesLocked把信息保存到mProviderMap中。这时候如果noReleaseNeeded为true，把stable和非stable的数据都瞎设置了一个1000，反正用不到。。。否则就相应的+1，并把计数器放入相应的缓存中。最后再把holder返回。

再回到ContentResolver方法中，我们拿到了Provider的binder引用，就可以执行相应的方法了。