Android Audio System 之二：AudioFlinger
Android Audio System 之二：AudioFlinger
引言
AudioFlinger是Android音频系统的两大服务之一，另一个服务是AudioPolicyService，这两大服务都在系统启动时有MediaSever加载，加载的代码位于
frameworks\base\media\mediaserver\main_mediaserver.cpp。
AudioPolicyService的相关内容请参考另一编文章：Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager
本文主要介绍AudioFlinger，AudioFlinger向下访问AudioHardware，实现输出音频数据，控制音频参数。同时，AudioFlinger向上通过IAudioFinger接口提供服务。所以，AudioFlinger在Android的音频系统框架中起着承上启下的作用，地位相当重要。AudioFlinger的相关代码主要在：frameworks\base\libs\audioflinger，也有部分相关的代码在frameworks\base\media\libmedia里。
AudioFlinger的类结构
下面的图示描述了AudioFlinger类的内部结构和关系：
图一 AudioFlinger的类结构
不知道各位是否和我一样，第一次看到AudioFlinger类的定义的时候都很郁闷--这个类实在是庞大和臃肿，可是当你理清他的关系以后，你会觉得相当合理。下面我们一一展开讨论。
- IAudioFlinger接口
这是AudioFlinger向外提供服务的接口，例如openOutput，openInput，createTrack，openRecord等等，应用程序或者其他service通过ServiceManager可以获得该接口。该接口通过继承BnAudioFlinger得到。
- ThreadBase
在AudioFlinger中，Android为每一个放音/录音设备均创建一个处理线程，负责音频数据的I/O和合成，ThreadBase是这些线程的基类，所有的播放和录音线程都派生自ThreadBase
- TrackBase
应用程序每创建一个音轨（AudioTrack/AudioRecord），在AudioFlinger中都会创建一个对应的Track实例，TrackBase就是这些Track的基类，他的派生类有：
- PlaybackTread::Track // 用于普通播放，对应于应用层的AudioTrack
- PlaybackThread::OutputTrack // 用于多重设备输出，当蓝牙播放开启时使用
- RecordThread::RecordTrack // 用于录音，对应于应用层的AudioRecord
- 播放
默认的播放线程是MixerThread，它由AudioPolicyManager创建，在AudioPolicyManager的构造函数中，有以下代码：
mHardwareOutput = mpClientInterface->openOutput(&outputDesc->mDevice, &outputDesc->mSamplingRate, &outputDesc->mFormat, &outputDesc->mChannels, &outputDesc->mLatency, outputDesc->mFlags);
最终会进入AudioFlinger的openOut函数：
...... thread = new MixerThread(this, output, ++mNextThreadId); ...... mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread); ...... return mNextThreadId;
可以看到，创建好的线程会把该线程和它的Id保存在AudioFlinger的成员变量mPlaybackThreads中，mPlaybackThreads是一个Vector，AudioFlinger创建的线程都会保存在里面，最后，openOutput返回该线程的Id，该Id也就是所谓的audio_io_handle_t，AudioFlinger的调用者这能看到这个audio_io_handle_t，当需要访问时传入该audio_io_handle_t，AudioFlinger会通过mPlaybackThreads，得到该线程的指针。
要播放声音，应用程序首先要通过IAudioFlinger接口，调用createTrack()，关于createTrack的流程，可以参看我的另一篇文章：
Android Audio System 之一：AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据
createTrack会调用PlaybackThread类的createTrack_l函数：
track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format, channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);
再跟入createTrack_l函数中，可以看到创建了PlaybackThread::Track类，然后加入播放线程的track列表mTracks中。
track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format, channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus); ...... mTracks.add(track);
在createTrack的最后，创建了TrackHandle类并返回，TrackHandle继承了IAudioTrack接口，以后，createTrack的调用者可以通过IAudioTrack接口与AudioFlinger中对应的Track实例交互。
trackHandle = new TrackHandle(track); ...... return trackHandle;
最后，在系统运行时，AudioFlinger中的线程和Track的结构大致如下图所示：它会拥有多个工作线程，每个线程拥有多个Track。
图二 AudioFlinger的线程结构
播放线程实际上是MixerThread的一个实例，MixerThread的threadLoop()中，会把该线程中的各个Track进行混合，必要时还要进行ReSample(重采样)的动作，转换为统一的采样率（44.1K），然后通过音频系统的AudioHardware层输出音频数据。
- 录音
录音的流程和放音差不多，只不过数据流动的方向相反，录音线程变成RecordThread，Track变成了RecordTrack，openRecord返回RecordHandle，详细的暂且不表。
- DuplicatingThread
AudioFlinger中有一个特殊的线程类：DuplicatingThread，从图一可以知道，它是MixerThread的子类。当系统中有两个设备要同时输出时，DuplicatingThread将被创建，通过IAudioFlinger的openDuplicateOutput方法创建DuplicatingThread。
int AudioFlinger::openDuplicateOutput(int output1, int output2) { Mutex::Autolock _l(mLock); MixerThread *thread1 = checkMixerThread_l(output1); MixerThread *thread2 = checkMixerThread_l(output2); ...... DuplicatingThread *thread = new DuplicatingThread(this, thread1, ++mNextThreadId); thread->addOutputTrack(thread2); mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread); return mNextThreadId; }
创建 DuplicatingThread时，传入2个需要同时输出的目标线程Id，openDuplicateOutput先从mPlaybackThreads中根据Id取得相应输出线程的实例，然后为每个线程创建一个虚拟的AudioTrack----OutputTrack，然后把这个虚拟的AudioTrack加入到目标线程的mTracks列表中，DuplicatingThread在它的threadLoop()中，把Mixer好的数据同时写入两个虚拟的OutputTrack中，因为这两个OutputTrack已经加入到目标线程的mTracks列表，所以，两个目标线程会同时输出DuplicatingThread的声音。
实际上，创建DuplicatingThread的工作是有AudioPolicyService中的AudioPolicyManager里发起的。主要是当蓝牙耳机和本机输出都开启时，AudioPolicyManager会做出以下动作：
- 首先打开（或创建）蓝牙输出线程A2dpOutput
- 以HardwareOutput和A2dpOutput作为参数，调用openDuplicateOutput，创建DuplicatingThread
- 把属于STRATEGY_MEDIA类型的Track移到A2dpOutput中
- 把属于STRATEGY_DTMF类型的Track移到A2dpOutput中
- 把属于STRATEGY_SONIFICATION类型的Track移到DuplicateOutput中
结果是，音乐和DTMF只会在蓝牙耳机中输出，而按键音和铃声等提示音会同时在本机和蓝牙耳机中输出。
图三 本机播放时的Thread和Track
图四 蓝牙播放时的Thread和Track
相关文章
Android Audio System 之一：AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据
Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager
http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/19/5951999.aspx
