Android手机上网实现机制

本章介绍DataConnectionTracker对DataConnection手机上网数据连接的管理机制和流程。

一、Android网络整体结构

        流程结构图如下：

        Android网络中，在底层实现了两个虚拟串口：

• Command命令通道：建立或断开网络连接
• Data数据通道：基于TCP/IP网络通信协议的数据传输

 [可分析下基于TCP/IP网络通信协议的数据传输实现机制]

二、DataConnection

        该类管理手机上网连接，一个DataConnection代表手机上网的一个数据连接，Android源代码中最大支持9种数据连接类型，但是数据连接在同一时刻仅有一个是有效的。DataConnection是继承于StateMachine类的抽象类，共有6个XXXState内部类：

• DcDefaultState // 默认状态定义
  
• DcInactiviteState // 不活动的状态定义
• DcActivitingState // 正在激活的状态定义
• DcActiveState // 活动中的状态定义
• DcDisconnectingState // 正在断开的状态定义
• DcDisconnectionErrorCreatingConnection // 断开失败并且正在创建的状态定义
  

       这些内部类均为State的子类，均都有enger、exit和processMessage三个非常重要的方法，这样在切换的过程或是不同的状态情况下，由这三个方法采用不同逻辑进行处理，减少了对状态的繁琐判断，这正是使用State设计模式[将对象的状态封装成一个对象，在不同的状态下，同样的调用执行不同的操作]的优势所在：

    private class XXXState extends State {
        @Override
        public void enter() { // 在状态转换时，进入此状态的操作
            ......
        }

        @Override
        public void exit() { // 在状态转换时，退出此状态的操作
            ......
        }

        @Override
        public boolean processMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) { // 根据Handler消息类型进入不同的分支进行处理
                ......
            }
            ......
        }
    }

        虽然有6个数据连接状态的内部类，但是只有5个数据连接的状态转换，原因是：在数据连接转换的过程中，DcDefaultState状态对象仅限于其他5个对象之间的转换，详情如下：

        这5种状态在调用processMessage方法无法处理对应的Handler消息类型时，全部都会交给其父状态对象DcDefaultState，调用processMessage方法继续处理对应的Handler消息。

        关键属性：

    private ApnSetting mApnSetting; // APN当前连接的配置信息
    private Phone mPhone; // Phone对象
    private LinkProperties mLinkProperties = new LinkProperties(); // 网络连接的基本信息
    private DcFailCause mLastFailCause; // 记录最后一次数据连接失败原因，在当前类中具有FailCause枚举类型的定义
    mXXXState // 覆盖了数据连接的6中状态，不同状态下有不同的处理逻辑，主要体现在processMessage方法中

        关键方法：包括更新数据连接配置信息、网络连接控制、状态处理方法

三、StateMachine状态机

        6个内部类：

        1.LogRec // 已处理的消息实体类

        2.LogRecords // 已处理的消息类

        3.SmHandler // 消息处理核心类，负责Handle消息的发送和接收用来管理和更新State对象，handleMessage方法中的处理逻辑如下：

    @Override
    public final void handleMessage(Message msg) {
        ......
        msgProcessedState = processMsg(msg);
        performTransitions(msgProcessedState, msg);
        ......
    }

        将msg交给processMsg处理，重点关注下，用来处理所有State对象接收到的Handler消息，处理逻辑如下：

    private final State processMsg(Message msg) {
        StateInfo curStateInfo = mStateStack[mStateStackTopIndex]; // 这里非常关键，获取当前状态对象

        /** 调用状态对象的processMessage方法处理Handler消息，此处作为实现State设计模式的关键所在，所有的State对象都采用processMessage方法入口进行调用*/
        while (!curStateInfo.state.processMessage(msg)) {
            curStateInfo = curStateInfo.parentStateInfo; // 更新职责到父状态对象，进入下一次循环
            // 已更新循环到根状态对象，进行的异常处理
            if (curStateInfo == null) {
                mSm.unhandledMessage(msg);
                break;
            }
        }

        return (curStateInfo != null) ? curStateInfo.state : null;
    }

StateMessage管理所有的State状态对象之间有树状关系和逻辑，一个State对象自己不会处理的消息会交给其父节点处理，如果父节点不能处理，又交给它的父节点处理，直到根节点；这里设计另外一个面向对象的设计模式， 职责链模式。

        4.HaltingState // 关闭的状态机

        5.QuittingState // 正在退出的状态类

        6.StateInfo // 状态实体类型

        运行机制：StateMechine运行过程主要包括3个过程，这3个过程方法都是StateMachine对象对外提供的接口方法，经过转换内部方法的调用，最终交给SmHandler对象的方法来处理：

• addState：增加管理的状态对象，这些状态对象之间存在着树状关系。
• setInitialState：设置状态的初始化对象。
• start：开始运行状态机。

        DataConnection使用State模式的运行机制，从构造方法开始解析，详情如下：

     private DataConnection(Phone phone, String name, int id,
                DcTracker dct, DcTesterFailBringUpAll failBringUpAll,
                DcController dcc) {
        super(name, dcc.getHandler()); // 设置名称
        ...... // 初始化基本信息
        /** 增加DataConnection中的6个State状态对象，它们之间有一个简单的树状关系，其实在代码的排列上可以明显看出，mDefaultState作为根节点，而其他5个对象均作为它的子节点*/
        addState(mDefaultState);
        addState(mInactiveState, mDefaultState);
        addState(mActivatingState, mDefaultState);
        addState(mActiveState, mDefaultState);
        addState(mDisconnectingState, mDefaultState);
        addState(mDisconnectingErrorCreatingConnection, mDefaultState);
        setInitialState(mInactiveState);

        mApnContexts = new HashMap();
    }

四、APN

        APN是手机上网必须配置的一个参数，用来决定手机通过哪种接入方式来访问网络，启动Android系统后，所有的APN配置信息都会保存在telephony.db的carriers表中。关键字段表如下：

        Android支持的APN类型：

        default：默认数据连接，即浏览器、Email等手机普通上网数据连接

        mms：发送和接收彩信使用的数据连接

        supl：支持AGPS的数据连接

        。。。

        每种type的优先级不同，比如，在发送和接收彩信时，不能上网。

        新增APN配置： 手机中的APN配置信息非常关键和重要，一旦有误，将不能上网，可修改development/data/etc/apns-conf.xml配置文件来

五、开机自动建立default默认数据连接

        查看手机上网的基本参数配置信息：

        // 查看网络基本信息，如虚拟网卡名称、状态、IP地址、Mac地址

                adb shell netcfg

        // 查看IP路由表

                adb shell ip route

        Android手机在完成手机启动过程中，会创建默认的数据连接主要分三步完成DataConnection数据连接的创建和设置：

        1.初始化ApnContext。

                DCtracker构造方法中调用initApnContexts方法处理逻辑如下：

    private void initApnContexts() {
        log("initApnContexts: E");
        // 获取网络配置信息
        String[] networkConfigStrings = mPhone.getContext().getResources().getStringArray(
                com.android.internal.R.array.networkAttributes);
        ...... // ApnContext 创建过程
    }

                networkConfigStrings代码如下：

    
        "wifi,1,1,2,-1,true"
        "tedongle,49,49,1,-1,true"
        "mobile,0,0,0,-1,true"
        "mobile_mms,2,0,2,300000,true"
        "mobile_supl,3,0,2,300000,true"
        "mobile_dun,4,0,3,300000,true"
        "mobile_hipri,5,0,3,300000,true"
        "bluetooth,7,7,0,-1,true"
        "mobile_fota,10,0,2,300000,true"
        "mobile_ims,11,0,-1,-1,true"
        "mobile_cbs,12,0,2,300000,true"    
        "mobile_dm,34,0,3,300000,true"
        "mobile_wap,35,0,3,300000,true"
        "mobile_net,36,0,3,300000,true"
        "mobile_cmmail,37,0,3,300000,true"
        "mobile_rcse,38,0,3,300000,true"
        "mobile_ia,14,0,2,-1,true"
        "mobile_emergency,15,0,2,-1,true"
        "mobile_xcap,40,0,3,300000,true"
        "mobile_rcs,41,0,3,300000,true"
        "mobile_bip,42,0,3,300000,true"
    

        重点关注mobile默认的手机上网和mobile_mms彩信上网这两种网络类型，根据获取的网络配置信息数组创建对应的ApnContext上下文对象列表：

        for (String networkConfigString : networkConfigStrings) {
            // 每个网络配置信息字符串创建对应的网络配置对象networkConfig
            NetworkConfig networkConfig = new NetworkConfig(networkConfigString);
            ApnContext apnContext = null;

            switch (networkConfig.type) {
            case ConnectivityManager.TYPE_MOBILE: // default 数据连接的网络配置
                apnContext = addApnContext(PhoneConstants.APN_TYPE_DEFAULT, networkConfig); // 创建ApnContext
                break;
            case ConnectivityManager.TYPE_MOBILE_MMS: // MMS 彩信数据连接
                apnContext = addApnContext(PhoneConstants.APN_TYPE_MMS, networkConfig);
                break;
            default:
                log("initApnContexts: skipping unknown type=" + networkConfig.type);
                continue;
            }

         有一个onSetDependencyMet ()方法，设置ApnContext对象的依赖关系，如下：

    private void onSetDependencyMet(String apnType, boolean met) {
        // hipri为最高优先级的数据连接，不做处理，直接返回
        if (PhoneConstants.APN_TYPE_HIPRI.equals(apnType)) return;

        // 通过Map获取对应的ApnContext对象
        ApnContext apnContext = mApnContexts.get(apnType);
        if (apnContext == null) {
            loge("onSetDependencyMet: ApnContext not found in onSetDependencyMet(" +
                    apnType + ", " + met + ")");
            return;
        }
        // 它会更新ApnContext的基本信息
        applyNewState(apnContext, apnContext.isEnabled(), met);
        ......
    }

        继续applyNewState方法：

    private void applyNewState(ApnContext apnContext, boolean enabled, boolean met) {
        boolean cleanup = false;
        boolean trySetup = false;
        ...... // 省略cleanup、trySetup标志的判断逻辑
        // 继续设置apnContext的基本信息
        apnContext.setEnabled(enabled);
        apnContext.setDependencyMet(met);
        if (cleanup) cleanUpConnection(true, apnContext); // 清除数据连接 true，apnContext转被完毕且enabled为false的情况下，即取消断开数据连接的情况下
        if (trySetup) { // 设置数据连接 true，apnContext未准备完毕且enabled为true的情况下，即增加或设置新的数据连接的情况下
            apnContext.resetErrorCodeRetries();
            trySetupData(apnContext);
        }
    // 需要说明下，此时Radio还未准备号，所以不会对DataConnection做实际处理
    }

        2.SIM卡加载完成后，设置创建DataConnection数据连接。

        前面主要是mApnContexts的初始化机制，SIM卡中的联系人加载完成后会发出EVENT_RECORDS_LOADED的Handler消息通知，DcTracker接收到此消息后，调用onRecordsLoadedOrSubIdChanged方法、此方法调用三个方法完成default默认数据连接的创建和激活：

        3.激活创建的DataConnection数据连接。

六、DataConnectionTracker运行机制

七、获取Android手机上网数据包

八、MMS彩信数据连接的实现

九、实战——手机上网数据总开关的实现