Framework中的连接管理机制（原）

        上一节《 Wifi服务框架介绍》介绍了WIFI的大致框架，本文主要介绍连接管理中的几个重要角色，包括： NetworkInfo、NetworkAgent、ConnectivityService、ConnectivityManager等。
        为了便于讨论，本文选取一个具体问题展开分析，那就是： 当当前的网络连接变为不可用时，系统如何自动切换其他可用的网络连接的。

        我们知道，当手机在使用移动数据上网时，如果进入WIFI环境，手机将会自动连上WIFI使用数据，而当WIFI失去覆盖或者关闭WIFI时，手机又会自动连上移动数据，那么这个机制是如何实现的呢？本文从WIFI框架触发，跟踪当WIFI被disconnect时，如何切换为数据网络。

一、WifiStateMachine更新状态

        WifiStateMachine利用setNetworkDetailedState()方法更新WIFI状态， 如果WIFI网络被断开后，就会将DISCONNECTED的状态传递给setNetworkDetailedState()，此时WifiStateMachine就会把状态先同步到NetworkInfo，然后再更新到NetworkAgent对象：

        private boolean setNetworkDetailedState(NetworkInfo.DetailedState state) {
            boolean hidden = false;
            if (state != mNetworkInfo.getDetailedState()) {
                //更新NetworkInfo的状态
                mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());
                if (mNetworkAgent != null) {
                    //将最新状态发送到NetworkAgent
                    mNetworkAgent.sendNetworkInfo(mNetworkInfo);
                }
                sendNetworkStateChangeBroadcast(null);
                return true;
            }
            return false;
        }

        到这里就不得不介绍一下NetworkInfo和NetworkAgent了。

二、NetworkInfo介绍

        NetworkInfo用于标识一个网络连接的状态、类型等属性的，从其提供的public方法我们就能看出其提供了一个网络连接最基本的信息：

        @NetworkInfo.java
        //获取网络类型，TYPE_MOBILE/TYPE_WIFI/TYPE_MOBILE_MMS等
        public int getType() {}
        //获取网络类型名称
        public String getTypeName() {}
        //网络是否是CONNECTED或者CONNECTING状态
        public boolean isConnectedOrConnecting() {}
        //网络是否是CONNECTED状态
        public boolean isConnected() {}
        //设置网络是否可用
        public void setIsAvailable(boolean isAvailable) {}
        //判断网络是否可用
        public boolean isAvailable() {}
        //是否漫游状态
        public boolean isRoaming() {}
        //设置漫游状态
        public void setRoaming(boolean isRoaming) {}
        //获取网络的state、mReason等信息
        public DetailedState getDetailedState() {}

        应用程序可以 通过ConnectivityManager的getNetworkInfo()方法获取到该对象，并通过该对象查询当前的网络状态，比如可以这样获取当前是否有网络连接：

        private boolean isNetworkConnected() {
            final ConnectivityManager connectivity = (ConnectivityManager) getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
            if (connectivity == null) {
                return false;
            }
            final NetworkInfo info = connectivity.getActiveNetworkInfo();
            return info != null && info.isConnected();
        }

        上面是应用读取NetworkInfo的方法，那么当网络变化时，就应该由WIFI或者DATA去更新当前的NetworkInfo，而WifiStateMachine在setNetworkDetailedState中做的就是把当前的网络状态更新到NetworkInfo，即：

        mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());

        更新完NetworkInfo之后，需要将其更新到ConnectivityManager才可被其他应用读取到，那么如何将其更新到ConnectivityManager呢？这就需要NetworkAgent来完成了。

三、NetworkAgent介绍

        NetworkAgent的作用可以从其官方描述中略知一二：

        "A Utility class for handling for communicating between bearer-specific code and ConnectivityService."

        这句话描述了NetworkAgent的作用： 他是某个网络连接与ConnectivityService之间的通讯的工具。
        接下来我们通过代码来认识一下他究竟如何在网络连接与ConnectivityService之间进行通讯。
        先来看一下这个类的定义：

        public abstract class NetworkAgent extends Handler {}

        我们发现，这是一个Handler的子类，并且他是一个抽象类（abstract）， 需要在子类中被实例化。
        然后来看其构造方法：

        public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score) {
            this(looper, context, logTag, ni, nc, lp, score, null);
        }
        public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
            super(looper);
            mContext = context;
            if (ni == null || nc == null || lp == null) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            //获取ConnectivityManager对象，并向其注册自己
            ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
            cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
        }

        我们看到其构造方法里面主要做了一件事情，获取ConnectivityManager对象，并通过registerNetworkAgent方式注册当前的NetworkAgent。

        接下来我们插入两节来分别介绍另外两个对象：ConnectivityManager和ConnectivityService，然后再回头来看这里的registerNetworkAgent()方法。

四、ConnectivityService介绍

        ConnectivityService是负责连接管理的大总管，他以Service的形式在系统初始化时就被创建：

        @SystemServer.java
        public static final String CONNECTIVITY_SERVICE = "connectivity";
        private void startOtherServices() {
            try {
                //创建ConnectivityService
                connectivity = new ConnectivityService(context, networkManagement, networkStats, networkPolicy);
                //注册的name为"connectivity"
                ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);
                networkStats.bindConnectivityManager(connectivity);
                networkPolicy.bindConnectivityManager(connectivity);
            } catch (Throwable e) {
                reportWtf("starting Connectivity Service", e);
            }
        }

        从上面知道，该Service在SystemServer中的name为"Connectivity"。知道了这一点就够了，至于ConnectivityService本身我们暂且不去关注。

五、ConnectivityManager介绍

        与其他众多Manager一样，ConnectivityManager也是在ContextImpl中被创建的：

        @ContextImpl.java
        registerService(CONNECTIVITY_SERVICE, new ServiceFetcher() {
            public Object createService(ContextImpl ctx) {
                IBinder b = ServiceManager.getService(CONNECTIVITY_SERVICE);
                return new ConnectivityManager(IConnectivityManager.Stub.asInterface(b));
            }});

        从这里我们看到，创建ConnectivityManager时传递了一个name为CONNECTIVITY_SERVICE的服务对象，这个对象就是刚才我们向SystemServer注册的ConnectivityService。然后来看ConnectivityManager的构造方法：

        @ConnectivityManager.java
        public ConnectivityManager(IConnectivityManager service) {
            mService = checkNotNull(service, "missing IConnectivityManager");
        }

        这里我们看到，构造方法里面只是将参数ConnectivityService传递给mService对象就完了。

        好了，ConnectivityManager我们了解这么多就够了。下面继续我们NetworkAgent的初始化流程。

六、继续NetworkAgent初始化流程

        现在我们继续NetworkAgent的初始化流程，这个流程中包含AsyncChannel的使用，不了解的同学可以在这里了解其使用方法和机制。

6.1、NetworkAgent向ConnectivityService注册过程

        前面我们说道，NetworkAgent初始化的时候只做了一个事情，就是向ConnectivityManager注册自己，现在我们继续看该注册过程：

        public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
            super(looper);
            mContext = context;
            if (ni == null || nc == null || lp == null) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            //获取ConnectivityManager对象，并向其注册自己
            ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
            cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
        }

        在调用注册方法时传递了六个参数，其中有三个比较重要的参数，都是从构造方法的参数中获取并重新new出来的，其分别是：
        1、new Messenger(this)
        2、new NetworkAgent(ni)
        3、new NetworkCapabilities(nc)
        需要注意的是，这里new出来的三个对象的来源，都应该是NetworkAgent子类被初始化时传递给构造方法的。
        然后我们继续来看ConnectivityManager的registerNetworkAgent()方法。

        @ConnectivityManager.java
        public void registerNetworkAgent(Messenger messenger, NetworkInfo ni, LinkProperties lp, NetworkCapabilities nc, int score, NetworkMisc misc) {
            try {
                mService.registerNetworkAgent(messenger, ni, lp, nc, score, misc);
            } catch (RemoteException e) { }
        }

        经过前面的介绍我们现在知道，这里的mService就是ConnectivityService，继续来看接下来的流程：

        @ConnectivityService.java
        public void registerNetworkAgent(Messenger messenger, NetworkInfo networkInfo, LinkProperties linkProperties, NetworkCapabilities networkCapabilities, int currentScore, NetworkMisc networkMisc) {
            //权限检查
            enforceConnectivityInternalPermission();
            //创建NetworkAgentInfo对象
            NetworkAgentInfo nai = new NetworkAgentInfo(messenger, new AsyncChannel(),
                    new NetworkInfo(networkInfo), new LinkProperties(linkProperties),
                    new NetworkCapabilities(networkCapabilities), currentScore, mContext, mTrackerHandler,
                    new NetworkMisc(networkMisc));
            synchronized (this) {
                nai.networkMonitor.systemReady = mSystemReady;
            }
            //向自己Handler发送EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT消息
            mHandler.sendMessage(mHandler.obtainMessage(EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT, nai));
        }

        在ConnectivityService的registerNetworkAgent中做了两件事情：
        1、创建NetworkAgentInfo对象；
        2、向Handler发送EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT消息；
        其中创建NetworkAgentInfo时，传递了九个参数，我们只关注其中三个，分别是：
        1、messenger ----这个参数是registerNetworkAgent的参数，从NetworkAgent传递过来
        2、new AsyncChannel()   ----这是现在创建的新对象
        3、new NetworkCapabilities(NetworkCapabilities) ----这也是用NetworkAgent传递过来的参数创建的对象
        然后我们来看ConnectivityService对EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT的处理：

        private class InternalHandler extends Handler {
            public void handleMessage(Message msg) {
                NetworkInfo info;
                switch (msg.what) {
                    case EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT: {
                       handleRegisterNetworkAgent((NetworkAgentInfo)msg.obj);
                       break;
                    }
                }
            }
        }

        继续看handleRegisterNetworkAgent()：

        private void handleRegisterNetworkAgent(NetworkAgentInfo na) {
            mNetworkAgentInfos.put(na.messenger, na);
            assignNextNetId(na);
            //向NetworkAgentInfo的asyncChannel对象发起连接请求
            na.asyncChannel.connect(mContext, mTrackerHandler, na.messenger);
            NetworkInfo networkInfo = na.networkInfo;
            na.networkInfo = null;
            updateNetworkInfo(na, networkInfo);
        }

        这里我们看到，ConnectivityService向NetworkAgentInfo的asyncChannel对象发起connect请求，并且 该AsyncChannel的srcHandler是mTrackerHandler，而dstMessenger对象是NetworkAgentInfo的messenger，那么这里的NetworkAgentInfo是哪里来的呢？
        其实不难看出，这里的NetworkAgentInfo就是在registerNetworkAgent()中创建的， 而dstMessenger自然就是NetworkAgent调用registerNetworkAgent()时传递进来的。

        接下来，ConnectivityService将会利用获取到的NetworkAgent对象创建AsyncChannel双向通道。

6.2、ConnectivityService向NetworkAgent申请双向AsyncChannel过程

        我们记得，NetworkAgent当初是这样调用registerNetworkAgent()的：

        @NetworkAgent.java
        public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
            ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
            cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
        }

        因此 ConnectivityService中的dstMessenger其实就是NetworkAgent，准确来说应该是NetworkAgent的子类。
        从AsyncChannel的机制我们知道，当利用其发起connect请求时，其将会触发单向连接过程，此时srcHandler(也就是mTrackerHandler)将会收到CMD_CHANNEL_HALF_CONNECTED的消息：

        private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
            public void handleMessage(Message msg) {
                NetworkInfo info;
                switch (msg.what) {
                    case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_HALF_CONNECTED: {
                        handleAsyncChannelHalfConnect(msg);
                        break;
                    }
                }
            }
        }

        继续来看handleAsyncChannelHalfConnect：

        private void handleAsyncChannelHalfConnect(Message msg) {
            AsyncChannel ac = (AsyncChannel) msg.obj;
            if (mNetworkFactoryInfos.containsKey(msg.replyTo)) {
            } else if (mNetworkAgentInfos.containsKey(msg.replyTo)) {
                if (msg.arg1 == AsyncChannel.STATUS_SUCCESSFUL) {
                    //向AsyncChannel发送消息
                    mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo).asyncChannel.sendMessage(AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION);
                } else {
                }
            }
        }

        这里我们看到，此刻ConnectivityService通过AsyncChannel向dstMessenger发送了CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION的消息，从AsyncChannel的机制我们想到，这个消息应该是在向NetworkAgent申请 双向通道。
        那么NetworkAgent究竟会如何处理该请求呢？
        由于前面我们介绍过，NetworkAgent是抽象类，他需要在子类中被实例化，那么 对于WIFI环境来说，他的子类就是在WifiStateMachine中的WifiNetworkAgent对象。
        现在我们再回到WifiStateMachine中，我们可以看到，在L2ConnectedState状态机被初始化时将会创建WifiNetworkAgent对象：

        class L2ConnectedState extends State {
            @Override
            public void enter() {
                mNetworkAgent = new WifiNetworkAgent(getHandler().getLooper(), mContext, "WifiNetworkAgent", mNetworkInfo, mNetworkCapabilitiesFilter, mLinkProperties, 60);
            }
        } 

        然后来看该WifiNetworkAgent的定义：

        @WifiStateMachine.java
        private class WifiNetworkAgent extends NetworkAgent {
            public WifiNetworkAgent(Looper l, Context c, String TAG, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score) {
                super(l, c, TAG, ni, nc, lp, score);
            }
            protected void unwanted() {
                if (this != mNetworkAgent) return;
                unwantedNetwork(network_status_unwanted_disconnect);
            }


            protected void networkStatus(int status) {
                if (status == NetworkAgent.INVALID_NETWORK) {
                    unwantedNetwork(network_status_unwanted_disable_autojoin);
                }
            }
        }

        从这里我们看到，WifiNetworkAgent并没有覆盖父类NetworkAgent中的handleMessage方法，那么也就是说，当ConnectivityService向WifiNetworkAgent发送AsyncChannel请求时，该请求应该在NetworkAgent中被处理，也就是这里：

        @NetworkAgent.java
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION: {
                   if (mAsyncChannel != null) {
                   } else {
                       //创建WifiNetworkAgent中的AsyncChannel对象
                       AsyncChannel ac = new AsyncChannel();
                       //完成双向通道连接动作
                       ac.connected(null, this, msg.replyTo);
                       ac.replyToMessage(msg, AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULLY_CONNECTED, AsyncChannel.STATUS_SUCCESSFUL);
                       synchronized (mPreConnectedQueue) {
                           mAsyncChannel = ac;
                           for (Message m : mPreConnectedQueue) {
                               ac.sendMessage(m);
                           }
                           mPreConnectedQueue.clear();
                       }
                   }
                   break;
               }
            }
        }

        从这个handleMessage()中我们看到，对于ConnectivityService发起的CMD_CHANNEL_FULLY_CONNECTED申请，WifiNetworkAgent创建了自己的AsyncChannel对象并连接上然后发送了STATUS_SUCCESSFUL的消息。
        经过以上过程， 在ConnectivityService与WifiNetworkAgent之间就建立了双向的AsyncChannel通道。
        以下是整个WifiNetworkAgent的初始化流程：

        

七、WIFI的断开过程

        现在我们再回到WifiStateMachine对当前WIFI状态的更新过程中。当WIFI断开时，WifiStateMachine将会通过setNetworkDetailedState()更新当前WIFI的NetworkInfo对象，并将其传递给WifiNetworkAgent：

        private boolean setNetworkDetailedState(NetworkInfo.DetailedState state) {
            boolean hidden = false;
            if (state != mNetworkInfo.getDetailedState()) {
                //更新NetworkInfo的状态
                mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());
                if (mNetworkAgent != null) {
                    //将最新状态发送到NetworkAgent
                    mNetworkAgent.sendNetworkInfo(mNetworkInfo);
                }
                sendNetworkStateChangeBroadcast(null);
                return true;
            }
            return false;
        }

        然后我们来看NetworkAgent如何将最新的networkInfo传递到ConnectivityService中去：

        @NetworkAgent.java
        public void sendNetworkInfo(NetworkInfo networkInfo) {
            queueOrSendMessage(EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED, new NetworkInfo(networkInfo));
        }

        继续：

        private void queueOrSendMessage(int what, Object obj) {
            synchronized (mPreConnectedQueue) {
                if (mAsyncChannel != null) {
                    //通过AsyncChannel发送请求
                    mAsyncChannel.sendMessage(what, obj);
                } else {
                    Message msg = Message.obtain();
                    msg.what = what;
                    msg.obj = obj;
                    mPreConnectedQueue.add(msg);
                }
            }
        }

        到这里我们发现，NetworkAgent将最新的NetworkInfo作为一个Object放入一个EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED的消息中，然后通过AsyncChannel发送出去。那么这个消息发送到哪里了呢？
        此时我们应该能够想到，当初是ConnectivityService与WifiNetworkAgent创建了双向的AsyncChannel通道，那么 此时的消息当然就会发送给ConnectivityService了，并且该消息将会在其NetworkStateTrackerHandler中被处理：

        @ConnectivityService.java
        private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
            public void handleMessage(Message msg) {
                NetworkInfo info;
                switch (msg.what) {
                    case NetworkAgent.EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED: {
                          //拿到消息中最新的NetworkInfo信息
                          NetworkAgentInfo nai = mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo);
                          if (nai == null) {
                              loge("EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED from unknown NetworkAgent");
                              break;
                          }
                          info = (NetworkInfo) msg.obj;
                          //通过updateNetworkInfo来进行更新
                          updateNetworkInfo(nai, info);
                          break;
                      }
                }
            }
        }

        然后我们继续来看updateNetworkInfo()的操作：

        private void updateNetworkInfo(NetworkAgentInfo networkAgent, NetworkInfo newInfo) {
            NetworkInfo.State state = newInfo.getState();
            NetworkInfo oldInfo = null;
            synchronized (networkAgent) {
                oldInfo = networkAgent.networkInfo;
                //将最新的networkInfo更新到ConnectivityService
                networkAgent.networkInfo = newInfo;
            }


            if (state == NetworkInfo.State.CONNECTED && !networkAgent.created) {
            } else if (state == NetworkInfo.State.DISCONNECTED || state == NetworkInfo.State.SUSPENDED) {
                //断开WIFI的NetworkAgent中的AsyncChannel
                networkAgent.asyncChannel.disconnect();
            }
        }

        在updateNetworkInfo()中，ConnectivityService将最新的NetworkInfo保存在networkAgent中，等待其他应用来获取。然后就向NetworkAgent的AsyncChannel发起disconnect()的请求，该请求将会在ConnectivityService中收到CMD_CHANNEL_DISCONNECTED的回应：

        private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
            public void handleMessage(Message msg) {
                NetworkInfo info;
                switch (msg.what) {
                    case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_DISCONNECTED: {
                        handleAsyncChannelDisconnected(msg);
                        break;
                    }


                }
            }
        }

        继续来看handleAsyncChannelDisconnected()：

        private void handleAsyncChannelDisconnected(Message msg) {
            NetworkAgentInfo nai = mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo);
            if (nai != null) {
                final ArrayList toActivate = new ArrayList();
                for (int i = 0; i < nai.networkRequests.size(); i++) {
                    //当前网络断开，寻找可替代的网络连接
                    NetworkRequest request = nai.networkRequests.valueAt(i);
                    NetworkAgentInfo currentNetwork = mNetworkForRequestId.get(request.requestId);
                    if (currentNetwork != null && currentNetwork.network.netId == nai.network.netId) {
                        mNetworkForRequestId.remove(request.requestId);
                        sendUpdatedScoreToFactories(request, 0);
                        NetworkAgentInfo alternative = null;
                    }
                }
            }
        }

        在这里，将会取出当前断开的网络所能处理的NetworkRequest，然后在当前所有向ConnectivityService注册的列表中查找可替代的连接，并通过sendUpdatedScoreToFactories()向其发起连接请求：

        private void sendUpdatedScoreToFactories(NetworkAgentInfo nai) {
            for (int i = 0; i < nai.networkRequests.size(); i++) {
                NetworkRequest nr = nai.networkRequests.valueAt(i);
                if (!isRequest(nr)) continue;
                sendUpdatedScoreToFactories(nr, nai.getCurrentScore());
            }
        }

        继续：

        private void sendUpdatedScoreToFactories(NetworkRequest networkRequest, int score) {
            for (NetworkFactoryInfo nfi : mNetworkFactoryInfos.values()) {
                nfi.asyncChannel.sendMessage(android.net.NetworkFactory.CMD_REQUEST_NETWORK, score, 0, networkRequest);
            }
        }

        到这里将会向新的连接的NetworkFactoryInfo对象发起CMD_REQUEST_NETWORK的请求，之后相应的连接对象就可以建立连接了。
        至此，从一个连接类型遍转换到另一个连接类型中。
        以下是该过程的流程图：