ConnectivityService框架初识

Android中提供的数据业务方式有几种：移动数据网络，WIFI，热点，网线等。这些数据业务本身可以独立使用，但是同一时刻，只能使用其中的一种数据业务方式。管理这些数据业务方式的使用由ConnectivityService，NetworkFactory，NetworkAgent，NetworkMonitor等来完成，ConnectivityService处于核心调度位置。

ConnectivityService框架主要有四个方面组成：

一 . 网络有效性检测（NetworkMonitor）
二 . 网络评分机制（NetworkFactory）
三 . 路由配置信息的获取（NetworkAgent）
四 . 网络物理端口的设置（Netd）

其大体框架图如下：

这篇博客就针对前两个方面进行逐一分析，Netd这一块暂时还没研究到，待日后有空再整理下。

ConnectivityService的工作总结起来就是：通过wifi，mobile data，Tethering，VPN 等方式来获取路由配置信息。无论通过哪种方式，获取到路由配置信息后，需要交给ConnectivityService来处理，ConnectivityService通过ping网络来检查网络的有效性，进而影响到各个数据业务方式的评分值，ConnectivityService通过这些评分值来决定以哪个数据业务方式连接网络。决定好数据业务方式后，把这些路由配置信息设置到网络物理设备中。这样我们的手机就可以正常上网了。

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初始化：

ConnectivityService属于系统服务，在SystemServer中被启动。

SystemServer启动的服务：

NetworkManagementService networkManagement = null;
NetworkStatsService networkStats = null;
NetworkPolicyManagerService networkPolicy = null;
ConnectivityService connectivity = null;
NetworkScoreService networkScore = null;

一 . ConnectivityService初始化

1.获取其他服务的接口

private INetworkManagementService mNetd;
private INetworkStatsService mStatsService;
private INetworkPolicyManager mPolicyManager;
mNetd = checkNotNull(netManager, "missing INetworkManagementService");
mStatsService = checkNotNull(statsService, "missing INetworkStatsService");
mPolicyManager = checkNotNull(policyManager, "missing INetworkPolicyManager");
mTelephonyManager = (TelephonyManager) mContext.getSystemService(Context.TELEPHONY_SERVICE);

2.注册其他必要的监听和广播，以便接收变化信息和通知变化信息。

mNetd.registerObserver(mTethering);
mNetd.registerObserver(mDataActivityObserver);

IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_USER_STARTED);
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_USER_STOPPED);
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_USER_ADDED);
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_USER_REMOVED);
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_USER_UNLOCKED);
mContext.registerReceiverAsUser(mUserIntentReceiver, UserHandle.ALL, intentFilter, null, null);

二 . NetworkFactory的初始化

NetworkFactory负责了网络评分机制的功能，为了在手机开机后可以及时依靠网络评分机制来选择网络。ConnectivityService服务起来后，在各个模块的初始化过程中，NetworkFactory必须要启动起来。以下的时序图只画了mobile data和wifi模块的NetworkFactory启动流程：

NetworkFactory在register()之后通过AsyncChannel与ConnectivityService建立起了连接，这一块的逻辑流程，如果看不太懂，那么需要去看看：AsyncChannel的工作机制

public void register() {
    if (DBG) log("Registering NetworkFactory");
    if (mMessenger == null) {
        mMessenger = new Messenger(this);
        ConnectivityManager.from(mContext).registerNetworkFactory(mMessenger, LOG_TAG);
    }
}
public void registerNetworkFactory(Messenger messenger, String name) {
    enforceConnectivityInternalPermission();
    NetworkFactoryInfo nfi = new NetworkFactoryInfo(name, messenger, new AsyncChannel());
    mHandler.sendMessage(mHandler.obtainMessage(EVENT_REGISTER_NETWORK_FACTORY, nfi));
}
private void handleRegisterNetworkFactory(NetworkFactoryInfo nfi) {
    if (DBG) log("Got NetworkFactory Messenger for " + nfi.name);
    mNetworkFactoryInfos.put(nfi.messenger, nfi);
    nfi.asyncChannel.connect(mContext, mTrackerHandler, nfi.messenger);
}

三 . NetworkAgent的初始化

NetworkAgent是一个网络代理，它里面保存了一些路由的配置信息，比如NetworkInfo，LinkProperties，NetworkCapabilities等。NetworkAgent的初始化都是在路由配置信息获取成功之后。比如打开数据开关，打开wifi开关等操作之后。

注：
NetworkInfo 描述一个给定类型的网络接口的状态方面的信息，包括网络连接状态、网络类型、网络可连接性、是否漫游等信息
LinkProperties 描述一个网络连接属性信息（包含网络地址、网关、DNS、HTTP代理等属性信息
NetworkCapabilities 描述一个网络连接能力方面的信息，包括带宽、延迟等

四 . NetworkMonitor的初始化

NetworkMonitor主要是检测网络有效性的，通过Http封装类去ping一个网站，根据ping网站的结果来影响评分值。因此，它的初始化是在NetworkAgent初始化之后，必须要获取到路由配置信息NetworkAgent后才会去初始化。

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一 . 网络有效性检测（NetworkMonitor）

NetworkMonitor是一个状态机。负责检测网络有效性，也就是ping网络的过程。ping网络过程中产生的几种状态如下：

DefaultState 默认状态
EvaluatingState 验证状态
ValidatedState 验证通过状态
LingeringState 休闲状态，表示网络的验证位是真实的，并且曾经是满足特定NetworkRequest的最高得分网络，但是此时另一个网络满足了NetworkRequest的更高分数，在断开连接前的一段时间前，该网络被“固定”为休闲状态。
CaptivePortalState 强制门户状态
MaybeNotifyState 可能通知状态，表示用户可能已被通知需要登录。 在退出该状态时，应该小心清除通知。

NetworkMonitor中各个状态之间的关系：

以正常的ping网站过程为例，DefaultState为默认状态，NetworkMonitor接收到CMD_NETWORK_CONNECTED事件消息后，先由DefaultState状态处理，然后由EvaluatingState处理，最后交给ValidatedState处理。这一块的逻辑流程，如果看不太懂，那么需要去看看StateMachine状态机的使用：StateMachine状态机初识

从NetworkMonitor的初始化，到ping网站的过程，到ping网站的结果影响评分值。这个过程的时序图如下：

接下来将按照时序图中的三大步骤去结合代码分析。

1 . NetworkMonitor的初始化（以mobile data为例）

DataConnection从modem中获取到了代理信息，并把此代理信息保存到了NetworkAgent中：

mNetworkAgent = new DcNetworkAgent(getHandler().getLooper(), mPhone.getContext(),
        "DcNetworkAgent", mNetworkInfo, makeNetworkCapabilities(), mLinkProperties,
        50, misc);

在NetworkAgent的构造函数中，把它自己注册到了ConnectivityService中，

ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService(
        Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
netId = cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni),
        new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);

接下来的流程就如时序图所示了，意味着每产生一个代理信息NetworkAgent的对象，就会有自己相应的NetworkMonitor状态机来处理ping网站的过程。

2 . ping网站的过程

NetworkMonitor状态机运行起来后，接收到sendMessage的消息就可以做相应的处理。这里比较重要的就是CMD_NETWORK_LINGER和CMD_NETWORK_CONNECTED消息，分别由ConnectivityService的linger()和unlinger()方法封装发送的操作。

linger():

封装了CMD_NETWORK_LINGER消息的发送操作，让NetworkMonitor进入到休闲状态：
CMD_NETWORK_LINGER消息首先进入到DefaultState.processMessage()处理：

case CMD_NETWORK_LINGER:
    transitionTo(mLingeringState);

CMD_NETWORK_LINGER消息切换到LingeringState处理，enter()做一个CMD_LINGER_EXPIRED消息延迟发送：

public void enter() {
    mEvaluationTimer.reset();
    final String cmdName = ACTION_LINGER_EXPIRED + "." + mNetId;
mWakeupMessage = makeWakeupMessage(mContext, getHandler(), cmdName, CMD_LINGER_EXPIRED);
    long wakeupTime = SystemClock.elapsedRealtime() + mLingerDelayMs;
    mWakeupMessage.schedule(wakeupTime);
}

LingeringState.processMessage()中对延迟消息CMD_LINGER_EXPIRED做处理：

case CMD_LINGER_EXPIRED:
    mConnectivityServiceHandler.sendMessage(
            obtainMessage(EVENT_NETWORK_LINGER_COMPLETE, mNetworkAgentInfo));
    return HANDLED;

ConnectivityService中处理EVENT_NETWORK_LINGER_COMPLETE消息：

case NetworkMonitor.EVENT_NETWORK_LINGER_COMPLETE: {
    NetworkAgentInfo nai = (NetworkAgentInfo)msg.obj;
    if (isLiveNetworkAgent(nai, msg.what)) {
        handleLingerComplete(nai);
    }
    break;
}
private void handleLingerComplete(NetworkAgentInfo oldNetwork) {
    teardownUnneededNetwork(oldNetwork);
}
private void teardownUnneededNetwork(NetworkAgentInfo nai) {
    for (int i = 0; i < nai.networkRequests.size(); i++) {
        NetworkRequest nr = nai.networkRequests.valueAt(i);
if (!isRequest(nr)) continue;
        break;
    }
    nai.asyncChannel.disconnect();
}

综上，CMD_NETWORK_LINGER消息的处理就是让NetworkMonitor进入空闲状态，NetworkMonitor处于空闲状态说明此网络不再需要，可以释放掉ConnectivityService和NetworkAgent的连接。

unlinger()：

封装了CMD_NETWORK_CONNECTED消息的发送操作，让NetworkMonitor进入到非休闲状态：
CMD_NETWORK_CONNECTED消息首先进入到DefaultState.processMessage()处理：

case CMD_NETWORK_CONNECTED:
    transitionTo(mEvaluatingState);
    return HANDLED;

CMD_NETWORK_LINGER消息切换到EvaluatingState处理，enter()方法发送CMD_REEVALUATE消息：

public void enter() {
sendMessage(CMD_REEVALUATE, ++mReevaluateToken, 0);
}

CMD_REEVALUATE消息由EvaluatingState.processMessage()处理：
Ping网络的关键地方：

CaptivePortalProbeResult probeResult = isCaptivePortal();

isCaptivePortal()通过HttpURLConnection类去ping一个网站，android原生给的网站在中国由于墙的存在，是ping不通的，因此就会出现wifi和信号格旁边有一个感叹号。芯片厂商一般会对这个网站进行客制化：

private static String getCaptivePortalServerUrl(Context context, boolean isHttps) {
    String server = Settings.Global.getString(context.getContentResolver(),
            Settings.Global.CAPTIVE_PORTAL_SERVER);
if (server == null) server = DEFAULT_SERVER_SECONDARY;
    return (isHttps ? "https" : "http") + "://" + server + "/generate_204";
}

在log中可以找到当前ping的网站是哪一个:

3 . 根据ping网站的结果影响评分值

if (probeResult.isSuccessful()) {
    transitionTo(mValidatedState);
} else if (probeResult.isPortal()) {
transitionTo(mCaptivePortalState);
} else {
final Message msg = obtainMessage(CMD_REEVALUATE, ++mReevaluateToken, 0);
sendMessageDelayed(msg, mReevaluateDelayMs);
mReevaluateDelayMs *= 2;
if (mReevaluateDelayMs > MAX_REEVALUATE_DELAY_MS) {
    mReevaluateDelayMs = MAX_REEVALUATE_DELAY_MS;
}
}
boolean isSuccessful() { return mHttpResponseCode == 204; }
boolean isPortal() {
    return !isSuccessful() && mHttpResponseCode >= 200 && mHttpResponseCode <= 399;
}

根据ping网络的结果来执行不同的操作：
一．如果ping网络成功，网络返回204，切换到ValidatedState状态处理。
二．如果ping网络失败，网络返回200~399，转到CaptivePortalState状态处理。
三．如果ping网络失败，不是204，也不是200~399，则发送CMD_REEVALUATE消息，重新触发ping网络的动作。第一次失败，8s后重新ping网络，第二次失败，16s后重新ping网络，时间依次倍增，最长的时间间隔为10分钟。

重点关注ping网络成功后，ValidatedState状态的处理：ValidatedState.enter()

mConnectivityServiceHandler.sendMessage(obtainMessage(EVENT_NETWORK_TESTED,
        NETWORK_TEST_RESULT_VALID, mNetworkAgentInfo.network.netId, null));

ConnectivityService中处理EVENT_NETWORK_TESTED消息，把ping成功的状态保存到NetworkAgentInfo中，并通知NetworkFactory评分值已变，需要重新评估。

if (valid != nai.lastValidated) {
    final int oldScore = nai.getCurrentScore();
    nai.lastValidated = valid;
    nai.everValidated |= valid;
    updateCapabilities(nai, nai.networkCapabilities);
    // If score has changed, rebroadcast to NetworkFactories. b/17726566
    if (oldScore != nai.getCurrentScore()) sendUpdatedScoreToFactories(nai);
}

这里需要说明一下，ping网络的状态会保存到NetworkAgentInfo中，而后续所有的评分值都会调用NetworkAgentInfo的getCurrentScore()方法来获取，getCurrentScore()方法会根据当前ping网络的状态重新计算评分值：

private int getCurrentScore(boolean pretendValidated) {
if (networkMisc.explicitlySelected && (networkMisc.acceptUnvalidated || pretendValidated)) {
        return MAXIMUM_NETWORK_SCORE;
    }
    int score = currentScore;
    if (!networkCapabilities.hasCapability(NET_CAPABILITY_VALIDATED) && !pretendValidated) {
        score -= UNVALIDATED_SCORE_PENALTY;
    }
    if (score < 0) score = 0;
    return score;
}

如果是用户指定的联网方式，评分值设置为100，如果ping网络失败，评分值-40，如果ping网络成功，则评分值不变。

二 . 网络评分机制（NetworkFactory）

NetworkFactory的存在意义就是为了帮助ConnectivityService进行评分的管理。一般在NetworkFactory在初始化时，设置固定的评分值，作为评判的标准。
NetworkAgent作为一个代理信息的抽象，在其初始化时，也设置了固定的评分值，不过，这个评分值会根据当前的网络情况的不同而变化，其最后的评分值会和NetworkFactory中的固定评分值进行比较，从而筛选出最优网络。

NetworkFactory和NetworkAgent的评分初始化：

TelephonyNetworkFactory：

private final static int TELEPHONY_NETWORK_SCORE = 50;
setCapabilityFilter(makeNetworkFilter(subscriptionController, phoneId));
setScoreFilter(TELEPHONY_NETWORK_SCmNetworkAgent = new 

DataConnection（NetworkAgent子类）：

DcNetworkAgent(getHandler().getLooper(), mPhone.getContext(),
        "DcNetworkAgent", mNetworkInfo, makeNetworkCapabilities(), mLinkProperties,
        50, misc);
ORE);

以上只列出了TelephonyNetwork的评分初始化情况。以下是各个网络类型的评分初始化和变化情况：

	NetworkFactory初始化	NetworkAgent初始化	NetworkMonitor中ping网络	disconnect
TelephonyNetwork	50	50	成功：+0 失败：-40 用户指定：+100	0
Wifi	60	60	成功：+0 失败：-40 用户指定：+100	0
EthernetNetwork	69	69	成功：+0 失败：-40 用户指定：+100	0
PhoneSwitcher	101	101	成功：+0 失败：-40 用户指定：+100	0

各种数据业务类型的评分标准，除了其基础评分值不同之外，其他的评判标准都一样。其评分值的变化，主要有以下几种情况：

一．代理信息获取结束后，会参与ping网络的过程，如果ping网络成功，那么NetworkAgent中的评分值不变。如果ping网络失败，那么NetworkAgent中的评分值-40。如果用户指定了某种网络类型作为连接方式，那么NetworkAgent重的评分值+100。

二．如果NetworkAgent和ConnectivityService的AsyncChannel通道断开，需要设置其评分值为0，好让其他的评分高的网络类型连接。

NetworkFactory中的评分标准：

NetworkFactory中维持了基础的评分分值mScore，mScore只有在 NetworkFactory对象创建的时候才会赋值。因网络环境的变化导致需要重新进行网络评估时，使用基础评分分值与传进来的NetworkRequestInfo中的分值进行比较。如果当前的NetworkRequestInfo没有requested过，且当前的分值score比基础分值mScore小，说明当前的NetworkRequestInfo为最优网络，调用needNetworkFor()连接网络。如果当前的NetworkRequestInfo已经requested过，且当前的分值score比基础分值mScore大，说明当前的NetworkRequestInfo已经不是最优网络了，有个更优的网络可用连接，此时应该调用releaseNetworkFor()释放掉此类网络连接。

private void evalRequest(NetworkRequestInfo n) {
    if (VDBG) log("evalRequest request = " + n.request + " with requested = " + n.requested);
    if (n.requested == false && n.score < mScore &&
            n.request.networkCapabilities.satisfiedByNetworkCapabilities(
            mCapabilityFilter) && acceptRequest(n.request, n.score)) {
        if (VDBG) log("  needNetworkFor");
        needNetworkFor(n.request, n.score);
        n.requested = true;
    } else if (n.requested == true &&
            (n.score > mScore || n.request.networkCapabilities.satisfiedByNetworkCapabilities(
            mCapabilityFilter) == false || acceptRequest(n.request, n.score) == false)) {
        if (VDBG) log("  releaseNetworkFor");
        releaseNetworkFor(n.request);
        n.requested = false;
    } else {
        if (VDBG) log("  done");
    }
}

以上是NetworkFactory的评分标准，那么，应该在哪里触发这个评分过程呢？

触发评分的过程：

1.NetworkFactory与ConnectivityService通过AsyncChannel建立连接的时候，初始化评分，并参与了第一次的评分过程。如果此时还没有ping网络的话，其传进来的评分值为基础评分值，以上代码会执行else逻辑。

2.调用sendUpdatedScoreToFactories()方法触发了评分过程

在ping网络过程中，会触发多次评分过程。在NetworkMonitor的多个状态中，都有向ConnectivityService发起EVENT_NETWORK_TESTED事件消息更新评分：

                mConnectivityServiceHandler.sendMessage(obtainMessage(EVENT_NETWORK_TESTED,
                    NETWORK_TEST_RESULT_VALID, mNetworkAgentInfo.network.netId, null));

ConnectivityService接收到EVENT_NETWORK_TESTED事件消息，更新评分值和触发评分机制：

private boolean maybeHandleNetworkMonitorMessage(Message msg) {
    switch (msg.what) {
        default:
            return false;
        case NetworkMonitor.EVENT_NETWORK_TESTED: {
                if (valid != nai.lastValidated) {
                    final int oldScore = nai.getCurrentScore();
                    nai.lastValidated = valid;
                    nai.everValidated |= valid;
                    updateCapabilities(nai, nai.networkCapabilities);
                    // If score has changed, rebroadcast to NetworkFactories. b/17726566
                    if (oldScore != nai.getCurrentScore()) sendUpdatedScoreToFactories(nai);
                }
        }
    }
}               

从log中看评分过程：

例子：打开wifi开关连接wifi —> 打开数据开关 —-> 关闭wifi开关

radio.log
Telephony 角度看评分：

wifi角度看评分：

从wifi的log来看，此次wifi的评分过程没有满足条件，因此都没有执行releaseNetworkFor()或者needNetworkFor()方法。即使wifi执行了needNetworkFor()和releaseNetworkFor()方法，对于wifi也没有影响，因为wifi并没有实现对这两个方法的具体实现。如果存在比wifi优先级更高的数据业务方式，此处应该是要自己实现的吧？？

WifiStateMachine.java

private class WifiNetworkFactory extends NetworkFactory {
    public WifiNetworkFactory(Looper l, Context c, String TAG, NetworkCapabilities f) {
        super(l, c, TAG, f);
    }

    @Override
    protected void needNetworkFor(NetworkRequest networkRequest, int score) {
        ++mConnectionRequests;
    }

    @Override
    protected void releaseNetworkFor(NetworkRequest networkRequest) {
        --mConnectionRequests;
    }
}

三 . 路由配置信息的获取（NetworkAgent）

路由配置信息的获取方式有多种，wifi，mobile data，Tethering，VPN都可，此处主要研究的是mobile data的路由配置信息的获取，由于篇幅较长，因此另起一篇博客。

四 . 网络物理端口的设置（Netd）

此篇章暂时留空白，待日后补充。可参考：http://www.360doc.com/content/13/0817/17/9171956_307859123.shtml

借用一张图表示Netd层的框架：