前言

AudioPolicyService 与 AudioFlinger 是 Android 音频系统的两大基本服务。前者是音频系统策略的制定者，负责音频设备切换的策略抉择、音量调节策略等；后者是音频系统策略的执行者，负责音频流设备的管理及音频流数据的处理传输，所以 AudioFlinger 也被认为是 Android 音频系统的引擎。

1. AudioFlinger 服务启动

从 Android 7.0 开始，AudioFlinger 在系统启动时由 audioserver 加载（之前版本由 mediaserver 加载），详见 frameworks/av/media/audioserver/main_audioserver.cpp：

int main(int argc, char** argv)
{sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());sp<IServiceManager>sm = defaultServiceManager();ALOGI("ServiceManager:%p",sm.get());AudioFlinger::instantiate();AudioPolicyService::instantiate();RadioService::instantiate();SoundTriggerHwService::instantiate();ProcessState::self()->startThreadPool();IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

可见 audioserver 把音频相关的服务都加载了，包括 AudioFlinger、AudioPolicyService、RadioService、SoundTriggerHwService。

AudioFlinger 服务启动后，其他进程可以通过 ServiceManager 来获取其代理对象 IAudioFlinger，通过 IAudioFlinger 可以向 AudioFlinger 发出各种服务请求，从而完成自己的音频业务。

2. AudioFlinger 服务接口

[-->AudioHardwareInterface.h::AudioHardwareInterface声明]class AudioHardwareInterface
{
public:virtual ~AudioHardwareInterface() {}//用于检查硬件是否初始化成功，返回的错误码定义在include/utils/Errors.hvirtual status_t    initCheck() =0;//设置通话音量，范围从0到1.0virtual status_t   setVoiceVolume(float volume) = 0;/*设置除通话音量外的其他所有音频流类型的音量，范围从0到1.0，如果硬件不支持的话，这个功能会由软件层的混音器完成*/virtual status_t   setMasterVolume(float volume) = 0;/*设置模式，NORMAL的状态为普通模式，RINGTONE表示来电模式（这时听到的声音是来电铃声）IN_CALL表示通话模式（这时听到的声音是手机通话过程中的语音）*/virtual status_t    setMode(intmode) = 0; // 和麦克相关virtual status_t   setMicMute(bool state) = 0;virtual status_t   getMicMute(bool* state) = 0;// 设置/获取配置参数，采用key/value的组织方式virtual status_t   setParameters(const String8& keyValuePairs) = 0;virtual String8    getParameters(const String8& keys) = 0;// 根据传入的参数得到输入缓冲的大小，返回0表示其中某个参数的值Audio HAL不支持virtualsize_t    getInputBufferSize(uint32_tsampleRate, int format, int channelCount) = 0;/*下面这几个函数非常重要 *//*openOutputStream：创建音频输出流对象（相当于打开音频输出设备）AF可以往其中write数据，指针型参数将返回该音频输出流支持的类型、声道数、采样率等*/virtual AudioStreamOut* openOutputStream(uint32_tdevices,int *format=0,uint32_t*channels=0,uint32_t*sampleRate=0,status_t*status=0) = 0;// 关闭音频输出流virtual    void       closeOutputStream(AudioStreamOut* out) = 0;// 创建音频输入流对象（相当于打开音频输入设备），AF可以read数据virtual AudioStreamIn* openInputStream(uint32_tdevices,int *format,uint32_t*channels,uint32_t *sampleRate,status_t*status,AudioSystem::audio_in_acoustics acoustics) = 0;virtual    void        closeInputStream(AudioStreamIn* in) =0;//关闭音频输入流virtual status_t dumpState(int fd, const Vector<String16>&args) = 0;//静态create函数，使用设计模式中的工厂模式，具体返回的对象由厂商根据硬件的情况决定staticAudioHardwareInterface* create();......
};

根据上面的代码，可以得出以下结论：

AudioHardwareInterface管理音频输出设备对象（AudioStreamOut）和音频输入设备对象（AudioStreamIn）的创建。
通过AudioHardwareInterface可设置音频系统的一些参数。

AudioFlinger 对外提供的主要的服务接口如下：

Interface	Description
sampleRate	获取硬件设备的采样率
format	获取硬件设备的音频格式
frameCount	获取硬件设备的周期帧数
latency	获取硬件设备的传输延迟
setMasterVolume	调节主输出设备的音量
setMasterMute	静音主输出设备
setStreamVolume	调节指定类型的音频流的音量，这种调节不影响其他类型的音频流的音量
setStreamMute	静音指定类型的音频流
setVoiceVolume	调节通话音量
setMicMute	静音麦克风输入
setMode	切换音频模式：音频模式有 4 种，分别是 Normal、Ringtone、Call、Communicatoin
setParameters	设置音频参数：往下调用 HAL 层相应接口，常用于切换音频通道
getParameters	获取音频参数：往下调用 HAL 层相应接口
openOutput	打开输出流：打开输出流设备，并创建 PlaybackThread 对象
closeOutput	关闭输出流：移除并销毁 PlaybackThread 上面挂着的所有的 Track，退出 PlaybackThread，关闭输出流设备
openInput	打开输入流：打开输入流设备，并创建 RecordThread 对象
closeInput	关闭输入流：退出 RecordThread，关闭输入流设备
createTrack	新建输出流管理对象：找到对应的 PlaybackThread，创建输出流管理对象 Track，然后创建并返回该 Track 的代理对象 TrackHandle
createRecord	新建输入流管理对象：找到 RecordThread，创建输入流管理对象 RecordTrack，然后创建并返回该 RecordTrack 的代理对象 RecordHandle

可以归纳出 AudioFlinger 响应的服务请求主要有：

获取硬件设备的配置信息
音量调节
静音操作
音频模式切换
音频参数设置
输入输出流设备管理
音频流管理

其中，openOutput() 和 createTrack() 这两个接口涉及最多。

3. AudioFlinger 回放录制线程

AndioFlinger 作为 Android 的音频系统引擎，重任之一是负责输入输出流设备的管理及音频流数据的处理传输，这是由回放线程（PlaybackThread 及其派生的子类）和录制线程（RecordThread）进行的，我们简单看看回放线程和录制线程类关系：

ThreadBase：PlaybackThread 和 RecordThread 的基类；
RecordThread：录制线程类，由 ThreadBase 派生；
PlaybackThread：回放线程基类，同由 ThreadBase 派生；
MixerThread：混音回放线程类，由 PlaybackThread 派生，负责处理标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_PRIMARY、AUDIO_OUTPUT_FLAG_FAST、AUDIO_OUTPUT_FLAG_DEEP_BUFFER 的音频流，MixerThread 可以把多个音轨的数据混音后再输出；
DirectOutputThread：直输回放线程类，由 PlaybackThread 派生，负责处理标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_DIRECT 的音频流，这种音频流数据不需要软件混音，直接输出到音频设备即可；
DuplicatingThread：复制回放线程类，由 MixerThread 派生，负责复制音频流数据到其他输出设备，使用场景如主声卡设备、蓝牙耳机设备、USB 声卡设备同时输出；
OffloadThread：硬解回放线程类，由 DirectOutputThread 派生，负责处理标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_COMPRESS_OFFLOAD 的音频流，这种音频流未经软件解码的（一般是 MP3、AAC 等格式的数据），需要输出到硬件解码器，由硬件解码器解码成 PCM 数据。

从 Audio HAL 中，我们通常看到如下 4 种输出流设备，分别对应着不同的播放场景：

primary_out：主输出流设备，用于铃声类声音输出，对应着标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_PRIMARY 的音频流和一个 MixerThread 回放线程实例；
low_latency：低延迟输出流设备，用于按键音、游戏背景音等对时延要求高的声音输出，对应着标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_FAST 的音频流和一个 MixerThread 回放线程实例；
deep_buffer：音乐音轨输出流设备，用于音乐等对时延要求不高的声音输出，对应着标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_DEEP_BUFFER 的音频流和一个 MixerThread 回放线程实例；
compress_offload：硬解输出流设备，用于需要硬件解码的数据输出，对应着标识为 AUDIO_OUTPUT_FLAG_COMPRESS_OFFLOAD 的音频流和一个 OffloadThread 回放线程实例。

下图简单描述 AudioTrack、PlaybackThread、输出流设备三者的对应关系：

4. AT和AF交互的流程

AT调用createTrack，得到一个IAudioTrack对象。
AT调用IAudioTrack对象的start，表示准备写数据了。
AT通过write写数据，这个过程和audio_track_cblk_t有着密切关系。
最后AT调用IAudioTrack的stop或delete IAudioTrack结束工作。

5. AudioTrack 构造过程

当我们构造一个 AudioTrack 实例时（以 MODE_STREAM/TRANSFER_SYNC 模式为例，这也是最常用的模式了，此时 sharedBuffer 为空），系统都发生了什么事？阐述下大致流程：

1. 如果 cbf（audioCallback 回调函数）非空，那么创建 AudioTrackThread 线程处理 audioCallback 回调函数（MODE_STREAM 模式时，cbf 为空）；

2. 根据 streamType（流类型）、flags（输出标识）等参数调用 AudioSystem::getOutputForAttr()；经过一系列的调用，进入 AudioPolicyManager::getOutputForDevice()：

如果输出标识置了 AUDIO_OUTPUT_FLAG_COMPRESS_OFFLOAD 或 AUDIO_OUTPUT_FLAG_DIRECT，那么最终调用 AudioFlinger::openOutput() 打开输出标识对应的输出流设备并创建相应的 PlaybackThread，保存该 PlaybackThread 对应的 audio_io_handle_t 给 AudioTrack；
如果输出标识是其他类型，那么根据策略选择一个输出流设备和 PlaybackThread，并保存该 PlaybackThread 对应的 audio_io_handle_t 给 AudioTrack；别忘了在 3.4. AudioFlinger 回放录制线程小节中提到：系统启动时，就已经打开 primary_out、low_latency、deep_buffer 这三种输出流设备，并创建对应的 PlaybackThread 了；

3. 通过 Binder 机制调用 AudioFlinger::createTrack()（注意 step2 中 AudioTrack 已经拿到一个 audio_io_handle_t 了，此时把这个 audio_io_handle_t 传入给 createTrack()）：

根据传入的 audio_io_handle_t 找到它对应的 PlaybackThread；
PlaybackThread 新建一个音频流管理对象 Track；Track 构造时会分配一块匿名共享内存用于 AudioFlinger 与 AudioTrack 的数据交换缓冲区（FIFO）及其控制块（audio_track_cblk_t），并创建一个 AudioTrackServerProxy 对象（PlaybackThread 将使用它从 FIFO 上取得可读数据的位置）；
最后新建一个 Track 的通讯代理 TrackHandle，并以 IAudioTrack 作为返回值给 AudioTrack（TrackHandle、BnAudioTrack、BpAudioTrack、IAudioTrack 的关系见上一个小节）；

4. 通过 IAudioTrack 接口，取得 AudioFlinger 中的 FIFO 控制块（audio_track_cblk_t），由此再计算得到 FIFO 的首地址；

5. 创建一个 AudioTrackClientProxy 对象（AudioTrack 将使用它从 FIFO 上取得可用空间的位置）；

AudioTrack 由此建立了和 AudioFlinger 的全部联系工作：

通过 IAudioTrack 接口可以控制该音轨的状态，例如 start、stop、pause；

持续写入数据到 FIFO 上，实现音频连续播放；

通过 audio_io_handle_t，可以找到它对应的 PlaybackThread，从而查询该 PlaybackThread 的相关信息，如所设置的采样率、格式等等。

构造 1 个 AudioTrack 实例时，AudioFlinger 会有 1 个 PlaybackThread 实例、1 个 Track 实例、1 个 TrackHandle 实例、1 个 AudioTrackServerProxy 实例、1 块 FIFO 与之对应。

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