Android深入淺出之Audio
第一部分 AudioTrack分析
一 目的
本文的目的是通過(guò)從Audio系統(tǒng)來(lái)分析Android的代碼，包括Android自定義的那套機(jī)制和一些常見(jiàn)類的使用，比如Thread，MemoryBase等。
分析的流程是：
l 先從API層對(duì)應(yīng)的某個(gè)類開(kāi)始，用戶層先要有一個(gè)簡(jiǎn)單的使用流程。
l 根據(jù)這個(gè)流程，一步步進(jìn)入到JNI，服務(wù)層。在此過(guò)程中，碰到不熟悉或者第一次見(jiàn)到的類或者方法，都會(huì)解釋。也就是深度優(yōu)先的方法。
1.1 分析工具
分析工具很簡(jiǎn)單，就是sourceinsight和android的API doc文檔。當(dāng)然還得有android的源代碼。我這里是基于froyo的源碼。
注意，froyo源碼太多了，不要一股腦的加入到sourceinsight中，只要把framwork目錄下的源碼加進(jìn)去就可以了，后續(xù)如要用的話，再加別的目錄。
二 Audio系統(tǒng)
先看看Audio里邊有哪些東西？通過(guò)Android的SDK文檔，發(fā)現(xiàn)主要有三個(gè)：
l AudioManager：這個(gè)主要是用來(lái)管理Audio系統(tǒng)的
l AudioTrack：這個(gè)主要是用來(lái)播放聲音的
l AudioRecord：這個(gè)主要是用來(lái)錄音的
其中AudioManager的理解需要考慮整個(gè)系統(tǒng)上聲音的策略問(wèn)題，例如來(lái)電話鈴聲，短信鈴聲等，主要是策略上的問(wèn)題。一般看來(lái)，最簡(jiǎn)單的就是播放聲音了。所以我們打算從AudioTrack開(kāi)始分析。
三 AudioTrack（JAVA層）
JAVA的AudioTrack類的代碼在：
framework/base/media/java/android/media/AudioTrack.java中。
3.1 AudioTrack API的使用例子
先看看使用例子，然后跟進(jìn)去分析。至于AudioTrack的其他使用方法和說(shuō)明，需要大家自己去看API文檔了。
//根據(jù)采樣率，采樣精度，單雙聲道來(lái)得到frame的大小。
int bufsize = AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K個(gè)點(diǎn)
AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//雙聲道
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);//一個(gè)采樣點(diǎn)16比特-2個(gè)字節(jié)
//注意，按照數(shù)字音頻的知識(shí)，這個(gè)算出來(lái)的是一秒鐘buffer的大小。
//創(chuàng)建AudioTrack
AudioTrack trackplayer = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 8000,
AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_ STEREO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
bufsize,
AudioTrack.MODE_STREAM);//
trackplayer.play() ;//開(kāi)始
trackplayer.write(bytes_pkg, 0, bytes_pkg.length) ;//往track中寫數(shù)據(jù)
….
trackplayer.stop();//停止播放
trackplayer.release();//釋放底層資源。
這里需要解釋下兩個(gè)東西：
1 AudioTrack.MODE_STREAM的意思：
AudioTrack中有MODE_STATIC和MODE_STREAM兩種分類。STREAM的意思是由用戶在應(yīng)用程序通過(guò)write方式把數(shù)據(jù)一次一次得寫到audiotrack中。這個(gè)和我們?cè)?/span>socket中發(fā)送數(shù)據(jù)一樣，應(yīng)用層從某個(gè)地方獲取數(shù)據(jù)，例如通過(guò)編解碼得到PCM數(shù)據(jù)，然后write到audiotrack。
這種方式的壞處就是總是在JAVA層和Native層交互，效率損失較大。
而STATIC的意思是一開(kāi)始創(chuàng)建的時(shí)候，就把音頻數(shù)據(jù)放到一個(gè)固定的buffer，然后直接傳給audiotrack，后續(xù)就不用一次次得write了。AudioTrack會(huì)自己播放這個(gè)buffer中的數(shù)據(jù)。
這種方法對(duì)于鈴聲等內(nèi)存占用較小，延時(shí)要求較高的聲音來(lái)說(shuō)很適用。
2 StreamType
這個(gè)在構(gòu)造AudioTrack的第一個(gè)參數(shù)中使用。這個(gè)參數(shù)和Android中的AudioManager有關(guān)系，涉及到手機(jī)上的音頻管理策略。
Android將系統(tǒng)的聲音分為以下幾類常見(jiàn)的（未寫全）：
l STREAM_ALARM：警告聲
l STREAM_MUSCI：音樂(lè)聲，例如music等
l STREAM_RING：鈴聲
l STREAM_SYSTEM：系統(tǒng)聲音
l STREAM_VOCIE_CALL：電話聲音
為什么要分這么多呢？以前在臺(tái)式機(jī)上開(kāi)發(fā)的時(shí)候很少知道有這么多的聲音類型，不過(guò)仔細(xì)思考下，發(fā)現(xiàn)這樣做是有道理的。例如你在聽(tīng)music的時(shí)候接到電話，這個(gè)時(shí)候music播放肯定會(huì)停止，此時(shí)你只能聽(tīng)到電話，如果你調(diào)節(jié)音量的話，這個(gè)調(diào)節(jié)肯定只對(duì)電話起作用。當(dāng)電話打完了，再回到music，你肯定不用再調(diào)節(jié)音量了。
其實(shí)系統(tǒng)將這幾種聲音的數(shù)據(jù)分開(kāi)管理，所以，這個(gè)參數(shù)對(duì)AudioTrack來(lái)說(shuō)，它的含義就是告訴系統(tǒng)，我現(xiàn)在想使用的是哪種類型的聲音，這樣系統(tǒng)就可以對(duì)應(yīng)管理他們了。
3.2 分析之getMinBufferSize
AudioTrack的例子就幾個(gè)函數(shù)。先看看第一個(gè)函數(shù)：
AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K個(gè)點(diǎn)
AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//雙聲道
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
----->AudioTrack.JAVA
//注意，這是個(gè)static函數(shù)
static public int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) {
int channelCount = 0;
switch(channelConfig) {
case AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO:
case AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO:
channelCount = 1;
break;
case AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO:
case AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO:
channelCount = 2;--->看到了吧，外面名字搞得這么酷，其實(shí)就是指聲道數(shù)
break;
default:
loge("getMinBufferSize(): Invalid channel configuration.");
return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE;
}
//目前只支持PCM8和PCM16精度的音頻
if ((audioFormat != AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT)
&& (audioFormat != AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT)) {
loge("getMinBufferSize(): Invalid audio format.");
return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE;
}
//ft，對(duì)采樣頻率也有要求，太低或太高都不行，人耳分辨率在20HZ到40KHZ之間
if ( (sampleRateInHz < 4000) || (sampleRateInHz > 48000) ) {
loge("getMinBufferSize(): " + sampleRateInHz +"Hz is not a supported sample rate.");
return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE;
}
//調(diào)用native函數(shù)，夠煩的，什么事情都搞到JNI層去。
int size = native_get_min_buff_size(sampleRateInHz, channelCount, audioFormat);
if ((size == -1) || (size == 0)) {
loge("getMinBufferSize(): error querying hardware");
return AudioTrack.ERROR;
}
else {
return size;
}
native_get_min_buff_size--->在framework/base/core/jni/android_media_track.cpp中實(shí)現(xiàn)。（不了解JNI的一定要學(xué)習(xí)下，否則只能在JAVA層搞，太狹隘了。）最終對(duì)應(yīng)到函數(shù)
static jint android_media_AudioTrack_get_min_buff_size(JNIEnv *env, jobject thiz,
jint sampleRateInHertz, jint nbChannels, jint audioFormat)
{//注意我們傳入的參數(shù)是：
//sampleRateInHertz = 8000
//nbChannels = 2；
//audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT
int afSamplingRate;
int afFrameCount;
uint32_t afLatency;
//下面涉及到AudioSystem，這里先不解釋了，
//反正知道從AudioSystem那查詢了一些信息
if (AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSamplingRate) != NO_ERROR) {
return -1;
}
if (AudioSystem::getOutputFrameCount(&afFrameCount) != NO_ERROR) {
return -1;
}
if (AudioSystem::getOutputLatency(&afLatency) != NO_ERROR) {
return -1;
}
//音頻中最常見(jiàn)的是frame這個(gè)單位，什么意思？經(jīng)過(guò)多方查找，最后還是在ALSA的wiki中
//找到解釋了。一個(gè)frame就是1個(gè)采樣點(diǎn)的字節(jié)數(shù)*聲道。為啥搞個(gè)frame出來(lái)？因?yàn)閷?duì)于多//聲道的話，用1個(gè)采樣點(diǎn)的字節(jié)數(shù)表示不全，因?yàn)椴シ诺臅r(shí)候肯定是多個(gè)聲道的數(shù)據(jù)都要播出來(lái)//才行。所以為了方便，就說(shuō)1秒鐘有多少個(gè)frame，這樣就能拋開(kāi)聲道數(shù)，把意思表示全了。
// Ensure that buffer depth covers at least audio hardware latency
uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 * afFrameCount)/afSamplingRate);
if (minBufCount < 2) minBufCount = 2;
uint32_t minFrameCount =
(afFrameCount*sampleRateInHertz*minBufCount)/afSamplingRate;
//下面根據(jù)最小的framecount計(jì)算最小的buffersize
int minBuffSize = minFrameCount
* (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1)
* nbChannels;
return minBuffSize;
}
getMinBufSize函數(shù)完了后，我們得到一個(gè)滿足最小要求的緩沖區(qū)大小。這樣用戶分配緩沖區(qū)就有了依據(jù)。下面就需要?jiǎng)?chuàng)建AudioTrack對(duì)象了
3.3 分析之new AudioTrack
先看看調(diào)用函數(shù)：
AudioTrack trackplayer = new AudioTrack(
AudioManager.STREAM_MUSIC,
8000,
AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_ STEREO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
bufsize,
AudioTrack.MODE_STREAM);//
其實(shí)現(xiàn)代碼在AudioTrack.java中。
public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,
int bufferSizeInBytes, int mode)
throws IllegalArgumentException {
mState = STATE_UNINITIALIZED;
// 獲得主線程的Looper，這個(gè)在MediaScanner分析中已經(jīng)講過(guò)了
if ((mInitializationLooper = Looper.myLooper()) == null) {
mInitializationLooper = Looper.getMainLooper();
}
//檢查參數(shù)是否合法之類的，可以不管它
audioParamCheck(streamType, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, mode);
//我是用getMinBufsize得到的大小，總不會(huì)出錯(cuò)吧？
audioBuffSizeCheck(bufferSizeInBytes);
// 調(diào)用native層的native_setup，把自己的WeakReference傳進(jìn)去了
//不了解JAVA WeakReference的可以上網(wǎng)自己查一下，很簡(jiǎn)單的
int initResult = native_setup(new WeakReference<AudioTrack>(this),
mStreamType, 這個(gè)值是AudioManager.STREAM_MUSIC
mSampleRate, 這個(gè)值是8000
mChannels, 這個(gè)值是2
mAudioFormat,這個(gè)值是AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT
mNativeBufferSizeInBytes, //這個(gè)是剛才getMinBufSize得到的
mDataLoadMode);DataLoadMode是MODE_STREAM
....
}
上面函數(shù)調(diào)用最終進(jìn)入了JNI層android_media_AudioTrack.cpp下面的函數(shù)
static int
android_media_AudioTrack_native_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this,
jint streamType, jint sampleRateInHertz, jint channels,
jint audioFormat, jint buffSizeInBytes, jint memoryMode)
{
int afSampleRate;
int afFrameCount;
下面又要調(diào)用一堆東西，煩不煩吶？具體干什么用的，以后分析到AudioSystem再說(shuō)。
AudioSystem::getOutputFrameCount(&afFrameCount, streamType)；
AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSampleRate, streamType)；
AudioSystem::isOutputChannel(channels)；
popCount是統(tǒng)計(jì)一個(gè)整數(shù)中有多少位為1的算法
int nbChannels = AudioSystem::popCount(channels);
if (streamType == javaAudioTrackFields.STREAM_MUSIC) {
atStreamType = AudioSystem::MUSIC;
}
int bytesPerSample = audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1;
int format = audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ?
AudioSystem::PCM_16_BIT : AudioSystem::PCM_8_BIT;
int frameCount = buffSizeInBytes / (nbChannels * bytesPerSample);
//上面是根據(jù)Buffer大小和一個(gè)Frame大小來(lái)計(jì)算幀數(shù)的。
// AudioTrackJniStorage，就是一個(gè)保存一些數(shù)據(jù)的地方，這
//里邊有一些有用的知識(shí)，下面再詳細(xì)解釋
AudioTrackJniStorage* lpJniStorage = new AudioTrackJniStorage();
jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz);
lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_class = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);
lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_ref = env->NewGlobalRef(weak_this);
lpJniStorage->mStreamType = atStreamType;
//創(chuàng)建真正的AudioTrack對(duì)象
AudioTrack* lpTrack = new AudioTrack();
if (memoryMode == javaAudioTrackFields.MODE_STREAM) {
//如果是STREAM流方式的話，把剛才那些參數(shù)設(shè)進(jìn)去
lpTrack->set(
atStreamType,// stream type
sampleRateInHertz,
format,// word length, PCM
channels,
frameCount,
0,// flags
audioCallback,
&(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user)
0,// notificationFrames == 0 since not using EVENT_MORE_DATA to feed the AudioTrack
0,// 共享內(nèi)存，STREAM模式需要用戶一次次寫，所以就不用共享內(nèi)存了
true);// thread can call Java
} else if (memoryMode == javaAudioTrackFields.MODE_STATIC) {
//如果是static模式，需要用戶一次性把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去，然后
//再由audioTrack自己去把數(shù)據(jù)讀出來(lái)，所以需要一個(gè)共享內(nèi)存
//這里的共享內(nèi)存是指C++AudioTrack和AudioFlinger之間共享的內(nèi)容
//因?yàn)檎嬲シ诺墓ぷ魇怯葾udioFlinger來(lái)完成的。
lpJniStorage->allocSharedMem(buffSizeInBytes);
lpTrack->set(
atStreamType,// stream type
sampleRateInHertz,
format,// word length, PCM
channels,
frameCount,
0,// flags
audioCallback,
&(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user));
0,// notificationFrames == 0 since not using EVENT_MORE_DATA to feed the AudioTrack
lpJniStorage->mMemBase,// shared mem
true);// thread can call Java
}
if (lpTrack->initCheck() != NO_ERROR) {
LOGE("Error initializing AudioTrack");
goto native_init_failure;
}
//又來(lái)這一招，把C++AudioTrack對(duì)象指針保存到JAVA對(duì)象的一個(gè)變量中
//這樣，Native層的AudioTrack對(duì)象就和JAVA層的AudioTrack對(duì)象關(guān)聯(lián)起來(lái)了。
env->SetIntField(thiz, javaAudioTrackFields.nativeTrackInJavaObj, (int)lpTrack);
env->SetIntField(thiz, javaAudioTrackFields.jniData, (int)lpJniStorage);
}
1 AudioTrackJniStorage詳解
這個(gè)類其實(shí)就是一個(gè)輔助類，但是里邊有一些知識(shí)很重要，尤其是Android封裝的一套共享內(nèi)存的機(jī)制。這里一并講解，把這塊搞清楚了，我們就能輕松得在兩個(gè)進(jìn)程間進(jìn)行內(nèi)存的拷貝。
AudioTrackJniStorage的代碼很簡(jiǎn)單。
struct audiotrack_callback_cookie {
jclass audioTrack_class;
jobject audioTrack_ref;
}; cookie其實(shí)就是把JAVA中的一些東西保存了下，沒(méi)什么特別的意義
class AudioTrackJniStorage {
public:
sp<MemoryHeapBase> mMemHeap;//這兩個(gè)Memory很重要
sp<MemoryBase> mMemBase;
audiotrack_callback_cookie mCallbackData;
int mStreamType;
bool allocSharedMem(int sizeInBytes) {
mMemHeap = new MemoryHeapBase(sizeInBytes, 0, "AudioTrack Heap Base");
mMemBase = new MemoryBase(mMemHeap, 0, sizeInBytes);
//注意用法，先弄一個(gè)HeapBase，再把HeapBase傳入到MemoryBase中去。
return true;
}
};
2 MemoryHeapBase
MemroyHeapBase也是Android搞的一套基于Binder機(jī)制的對(duì)內(nèi)存操作的類。既然是Binder機(jī)制，那么肯定有一個(gè)服務(wù)端（Bnxxx），一個(gè)代理端Bpxxx。看看MemoryHeapBase定義：
class MemoryHeapBase : public virtual BnMemoryHeap
{
果然，從BnMemoryHeap派生，那就是Bn端。這樣就和Binder掛上鉤了
//Bp端調(diào)用的函數(shù)最終都會(huì)調(diào)到Bn這來(lái)
對(duì)Binder機(jī)制不了解的，可以參考：
http://blog.csdn.net/Innost/archive/2011/01/08/6124685.aspx
有好幾個(gè)構(gòu)造函數(shù)，我們看看我們使用的：
MemoryHeapBase::MemoryHeapBase(size_t size, uint32_t flags, char const * name)
: mFD(-1), mSize(0), mBase(MAP_FAILED), mFlags(flags),
mDevice(0), mNeedUnmap(false)
{
const size_t pagesize = getpagesize();
size = ((size + pagesize-1) & ~(pagesize-1));
//創(chuàng)建共享內(nèi)存，ashmem_create_region這個(gè)是系統(tǒng)提供的,可以不管它
//設(shè)備上打開(kāi)的是/dev/ashmem設(shè)備，而Host上打開(kāi)的是一個(gè)tmp文件
int fd = ashmem_create_region(name == NULL ? "MemoryHeapBase" : name, size);
mapfd(fd, size);//把剛才那個(gè)fd通過(guò)mmap方式得到一塊內(nèi)存
//不明白得去man mmap看看
mapfd完了后，mBase變量指向內(nèi)存的起始位置, mSize是分配的內(nèi)存大小，mFd是
ashmem_create_region返回的文件描述符
}
MemoryHeapBase提供了一下幾個(gè)函數(shù)，可以獲取共享內(nèi)存的大小和位置。
getBaseID()--->返回mFd，如果為負(fù)數(shù)，表明剛才創(chuàng)建共享內(nèi)存失敗了
getBase()->返回mBase，內(nèi)存位置
getSize()->返回mSize，內(nèi)存大小
有了MemoryHeapBase，又搞了一個(gè)MemoryBase，這又是一個(gè)和Binder機(jī)制掛鉤的類。
唉，這個(gè)估計(jì)是一個(gè)在MemoryHeapBase上的方便類吧？因?yàn)槲铱匆?jiàn)了offset
那么估計(jì)這個(gè)類就是一個(gè)能返回當(dāng)前Buffer中寫位置（就是offset）的方便類
這樣就不用用戶到處去計(jì)算讀寫位置了。
class MemoryBase : public BnMemory
{
public:
MemoryBase(const sp<IMemoryHeap>& heap, ssize_t offset, size_t size);
virtual sp<IMemoryHeap> getMemory(ssize_t* offset, size_t* size) const;
protected:
size_t getSize() const { return mSize; }
ssize_t getOffset() const { return mOffset; }
const sp<IMemoryHeap>& getHeap() const { return mHeap; }
};
好了，明白上面兩個(gè)MemoryXXX，我們可以猜測(cè)下大概的使用方法了。
l BnXXX端先分配BnMemoryHeapBase和BnMemoryBase，
l 然后把BnMemoryBase傳遞到BpXXX
l BpXXX就可以使用BpMemoryBase得到BnXXX端分配的共享內(nèi)存了。
注意，既然是進(jìn)程間共享內(nèi)存，那么Bp端肯定使用memcpy之類的函數(shù)來(lái)操作內(nèi)存，這些函數(shù)是沒(méi)有同步保護(hù)的，而且Android也不可能在系統(tǒng)內(nèi)部為這種共享內(nèi)存去做增加同步保護(hù)。所以看來(lái)后續(xù)在操作這些共享內(nèi)存的時(shí)候，肯定存在一個(gè)跨進(jìn)程的同步保護(hù)機(jī)制。我們?cè)诤竺嬷v實(shí)際播放的時(shí)候會(huì)碰到。
另外，這里的SharedBuffer最終會(huì)在Bp端也就是AudioFlinger那用到。
3.4 分析之play和write
JAVA層到這一步后就是調(diào)用play和write了。JAVA層這兩個(gè)函數(shù)沒(méi)什么內(nèi)容，都是直接轉(zhuǎn)到native層干活了。
先看看play函數(shù)對(duì)應(yīng)的JNI函數(shù)
static void
android_media_AudioTrack_start(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
//看見(jiàn)沒(méi)，從JAVA那個(gè)AudioTrack對(duì)象獲取保存的C++層的AudioTrack對(duì)象指針
//從int類型直接轉(zhuǎn)換成指針。要是以后ARM變成64位平臺(tái)了，看google怎么改！
AudioTrack *lpTrack = (AudioTrack *)env->GetIntField(
thiz, javaAudioTrackFields.nativeTrackInJavaObj);
lpTrack->start(); //這個(gè)以后再說(shuō)
}
下面是write。我們寫的是short數(shù)組，
static jint
android_media_AudioTrack_native_write_short(JNIEnv *env, jobject thiz,
jshortArray javaAudioData,
jint offsetInShorts,
jint sizeInShorts,
jint javaAudioFormat) {
return (android_media_AudioTrack_native_write(env, thiz,
(jbyteArray) javaAudioData,
offsetInShorts*2, sizeInShorts*2,
javaAudioFormat)
/ 2);
}
煩人，又根據(jù)Byte還是Short封裝了下，最終會(huì)調(diào)到重要函數(shù)writeToTrack去
jint writeToTrack(AudioTrack* pTrack, jint audioFormat, jbyte* data,
jint offsetInBytes, jint sizeInBytes) {
ssize_t written = 0;
// regular write() or copy the data to the AudioTrack's shared memory?
if (pTrack->sharedBuffer() == 0) {
//創(chuàng)建的是流的方式，所以沒(méi)有共享內(nèi)存在track中
//還記得我們?cè)趎ative_setup中調(diào)用的set嗎？流模式下AudioTrackJniStorage可沒(méi)創(chuàng)建
//共享內(nèi)存
written = pTrack->write(data + offsetInBytes, sizeInBytes);
} else {
if (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16) {
// writing to shared memory, check for capacity
if ((size_t)sizeInBytes > pTrack->sharedBuffer()->size()) {
sizeInBytes = pTrack->sharedBuffer()->size();
}
//看見(jiàn)沒(méi)？STATIC模式的，就直接把數(shù)據(jù)拷貝到共享內(nèi)存里
//當(dāng)然，這個(gè)共享內(nèi)存是pTrack的，是我們?cè)趕et時(shí)候把AudioTrackJniStorage的
//共享設(shè)進(jìn)去的
memcpy(pTrack->sharedBuffer()->pointer(),
data + offsetInBytes, sizeInBytes);
written = sizeInBytes;
} else if (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM8) {
PCM8格式的要先轉(zhuǎn)換成PCM16
}
return written;
}
到這里，似乎很簡(jiǎn)單啊，JAVA層的AudioTrack，無(wú)非就是調(diào)用write函數(shù)，而實(shí)際由JNI層的C++ AudioTrack write數(shù)據(jù)。反正JNI這層是再看不出什么有意思的東西了。
四 AudioTrack（C++層）
接上面的內(nèi)容，我們知道在JNI層，有以下幾個(gè)步驟：
l new了一個(gè)AudioTrack
l 調(diào)用set函數(shù)，把AudioTrackJniStorage等信息傳進(jìn)去
l 調(diào)用了AudioTrack的start函數(shù)
l 調(diào)用AudioTrack的write函數(shù)
那么，我們就看看真正干活的的C++AudioTrack吧。
AudioTrack.cpp位于framework/base/libmedia/AudioTrack.cpp
4.1 new AudioTrack()和set調(diào)用
JNI層調(diào)用的是最簡(jiǎn)單的構(gòu)造函數(shù)：
AudioTrack::AudioTrack()
: mStatus(NO_INIT) //把狀態(tài)初始化成NO_INIT。Android大量使用了設(shè)計(jì)模式中的state。
{
}
接下來(lái)調(diào)用set。我們看看JNI那set了什么
lpTrack->set(
atStreamType, //應(yīng)該是Music吧
sampleRateInHertz,//8000
format,// 應(yīng)該是PCM_16吧
channels,//立體聲=2
frameCount,//
0,// flags
audioCallback, //JNI中的一個(gè)回調(diào)函數(shù)
&(lpJniStorage->mCallbackData),//回調(diào)函數(shù)的參數(shù)
0,// 通知回調(diào)函數(shù)，表示AudioTrack需要數(shù)據(jù)，不過(guò)暫時(shí)沒(méi)用上
0,//共享buffer地址，stream模式?jīng)]有
true);//回調(diào)線程可以調(diào)JAVA的東西
那我們看看set函數(shù)把。
status_t AudioTrack::set(
int streamType,
uint32_t sampleRate,
int format,
int channels,
int frameCount,
uint32_t flags,
callback_t cbf,
void* user,
int notificationFrames,
const sp<IMemory>& sharedBuffer,
bool threadCanCallJava)
{
...前面一堆的判斷，等以后講AudioSystem再說(shuō)
audio_io_handle_t output =
AudioSystem::getOutput((AudioSystem::stream_type)streamType,
sampleRate, format, channels, (AudioSystem::output_flags)flags);
//createTrack？看來(lái)這是真正干活的
status_t status = createTrack(streamType, sampleRate, format, channelCount,
frameCount, flags, sharedBuffer, output);
//cbf是JNI傳入的回調(diào)函數(shù)audioCallback
if (cbf != 0) { //看來(lái)，怎么著也要?jiǎng)?chuàng)建這個(gè)線程了！
mAudioTrackThread = new AudioTrackThread(*this, threadCanCallJava);
}
return NO_ERROR;
}
看看真正干活的createTrack
status_t AudioTrack::createTrack(
int streamType,
uint32_t sampleRate,
int format,
int channelCount,
int frameCount,
uint32_t flags,
const sp<IMemory>& sharedBuffer,
audio_io_handle_t output)
{
status_t status;
//啊，看來(lái)和audioFlinger掛上關(guān)系了呀。
const sp<IAudioFlinger>& audioFlinger = AudioSystem::get_audio_flinger();
//下面這個(gè)調(diào)用最終會(huì)在AudioFlinger中出現(xiàn)。暫時(shí)不管它。
sp<IAudioTrack> track = audioFlinger->createTrack(getpid(),
streamType,
sampleRate,
format,
channelCount,
frameCount,
((uint16_t)flags) << 16,
sharedBuffer,
output,
&status);
//看見(jiàn)沒(méi)，從track也就是AudioFlinger那邊得到一個(gè)IMemory接口
//這個(gè)看來(lái)就是最終write寫入的地方
sp<IMemory> cblk = track->getCblk();
mAudioTrack.clear();
mAudioTrack = track;
mCblkMemory.clear();//sp<XXX>的clear，就看著做是delete XXX吧
mCblkMemory = cblk;
mCblk = static_cast<audio_track_cblk_t*>(cblk->pointer());
mCblk->out = 1;
mFrameCount = mCblk->frameCount;
if (sharedBuffer == 0) {
//終于看到buffer相關(guān)的了。注意我們這里的情況
//STREAM模式?jīng)]有傳入共享buffer，但是數(shù)據(jù)確實(shí)又需要buffer承載。
//反正AudioTrack是沒(méi)有創(chuàng)建buffer，那只能是剛才從AudioFlinger中得到
//的buffer了。
mCblk->buffers = (char*)mCblk + sizeof(audio_track_cblk_t);
}
return NO_ERROR;
}
還記得我們說(shuō)MemoryXXX沒(méi)有同步機(jī)制，所以這里應(yīng)該有一個(gè)東西能體現(xiàn)同步的，
那么我告訴大家，就在audio_track_cblk_t結(jié)構(gòu)中。它的頭文件在
framework/base/include/private/media/AudioTrackShared.h
實(shí)現(xiàn)文件就在AudioTrack.cpp中
audio_track_cblk_t::audio_track_cblk_t()
//看見(jiàn)下面的SHARED沒(méi)？都是表示跨進(jìn)程共享的意思。這個(gè)我就不跟進(jìn)去說(shuō)了
//等以后介紹同步方面的知識(shí)時(shí)，再細(xì)說(shuō)
: lock(Mutex::SHARED), cv(Condition::SHARED), user(0), server(0),
userBase(0), serverBase(0), buffers(0), frameCount(0),
loopStart(UINT_MAX), loopEnd(UINT_MAX), loopCount(0), volumeLR(0),
flowControlFlag(1), forceReady(0)
{
}
到這里，大家應(yīng)該都有個(gè)大概的全景了。
l AudioTrack得到AudioFlinger中的一個(gè)IAudioTrack對(duì)象，這里邊有一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)audio_track_cblk_t，它包括一塊緩沖區(qū)地址，包括一些進(jìn)程間同步的內(nèi)容，可能還有數(shù)據(jù)位置等內(nèi)容
l AudioTrack啟動(dòng)了一個(gè)線程，叫AudioTrackThread，這個(gè)線程干嘛的呢？還不知道
l AudioTrack調(diào)用write函數(shù)，肯定是把數(shù)據(jù)寫到那塊共享緩沖了，然后IAudioTrack在另外一個(gè)進(jìn)程AudioFlinger中（其實(shí)AudioFlinger是一個(gè)服務(wù)，在mediaservice中運(yùn)行）接收數(shù)據(jù)，并最終寫到音頻設(shè)備中。
那我們先看看AudioTrackThread干什么了。
調(diào)用的語(yǔ)句是：
mAudioTrackThread = new AudioTrackThread(*this, threadCanCallJava);
AudioTrackThread從Thread中派生，這個(gè)內(nèi)容在深入淺出Binder機(jī)制講過(guò)了。
反正最終會(huì)調(diào)用AudioTrackAThread的threadLoop函數(shù)。
先看看構(gòu)造函數(shù)
AudioTrack::AudioTrackThread::AudioTrackThread(AudioTrack& receiver, bool bCanCallJava)
: Thread(bCanCallJava), mReceiver(receiver)
{ //mReceiver就是AudioTrack對(duì)象
// bCanCallJava為TRUE
}
這個(gè)線程的啟動(dòng)由AudioTrack的start函數(shù)觸發(fā)。
void AudioTrack::start()
{
//start函數(shù)調(diào)用AudioTrackThread函數(shù)觸發(fā)產(chǎn)生一個(gè)新的線程，執(zhí)行mAudioTrackThread的
threadLoop
sp<AudioTrackThread> t = mAudioTrackThread;
t->run("AudioTrackThread", THREAD_PRIORITY_AUDIO_CLIENT);
//讓AudioFlinger中的track也start
status_t status = mAudioTrack->start();
}
bool AudioTrack::AudioTrackThread::threadLoop()
{
//太惡心了，又調(diào)用AudioTrack的processAudioBuffer函數(shù)
return mReceiver.processAudioBuffer(this);
}
bool AudioTrack::processAudioBuffer(const sp<AudioTrackThread>& thread)
{
Buffer audioBuffer;
uint32_t frames;
size_t writtenSize;
...回調(diào)1
mCbf(EVENT_UNDERRUN, mUserData, 0);
...回調(diào)2 都是傳遞一些信息到JNI里邊
mCbf(EVENT_BUFFER_END, mUserData, 0);
// Manage loop end callback
while (mLoopCount > mCblk->loopCount) {
mCbf(EVENT_LOOP_END, mUserData, (void *)&loopCount);
}
//下面好像有寫數(shù)據(jù)的東西
do {
audioBuffer.frameCount = frames;
//獲得buffer，
status_t err = obtainBuffer(&audioBuffer, 1);
size_t reqSize = audioBuffer.size;
//把buffer回調(diào)到JNI那去，這是單獨(dú)一個(gè)線程，而我們還有上層用戶在那不停
//地write呢，怎么會(huì)這樣？
mCbf(EVENT_MORE_DATA, mUserData, &audioBuffer);
audioBuffer.size = writtenSize;
frames -= audioBuffer.frameCount;
releaseBuffer(&audioBuffer); //釋放buffer，和obtain相對(duì)應(yīng)，看來(lái)是LOCK和UNLOCK
操作了
}
while (frames);
return true;
}
難道真的有兩處在write數(shù)據(jù)？看來(lái)必須得到mCbf去看看了，傳的是EVENT_MORE_DATA標(biāo)志。
mCbf由set的時(shí)候傳入C++的AudioTrack，實(shí)際函數(shù)是：
static void audioCallback(int event, void* user, void *info) {
if (event == AudioTrack::EVENT_MORE_DATA) {
//哈哈，太好了，這個(gè)函數(shù)沒(méi)往里邊寫數(shù)據(jù)
AudioTrack::Buffer* pBuff = (AudioTrack::Buffer*)info;
pBuff->size = 0;
}
從代碼上看，本來(lái)google考慮是異步的回調(diào)方式來(lái)寫數(shù)據(jù)，可惜發(fā)現(xiàn)這種方式會(huì)比較復(fù)雜，尤其是對(duì)用戶開(kāi)放的JAVA AudioTrack會(huì)很不好處理，所以嘛，偷偷摸摸得給繞過(guò)去了。
太好了，看來(lái)就只有用戶的write會(huì)真正的寫數(shù)據(jù)了，這個(gè)AudioTrackThread除了通知一下，也沒(méi)什么實(shí)際有意義的操作了。
讓我們看看write吧。
4.2 write
ssize_t AudioTrack::write(const void* buffer, size_t userSize)
{
夠簡(jiǎn)單，就是obtainBuffer，memcpy數(shù)據(jù)，然后releasBuffer
瞇著眼睛都能想到，obtainBuffer一定是Lock住內(nèi)存了，releaseBuffer一定是unlock內(nèi)存了
do {
audioBuffer.frameCount = userSize/frameSize();
status_t err = obtainBuffer(&audioBuffer, -1);
size_t toWrite;
toWrite = audioBuffer.size;
memcpy(audioBuffer.i8, src, toWrite);
src += toWrite;
}
userSize -= toWrite;
written += toWrite;
releaseBuffer(&audioBuffer);
} while (userSize);
return written;
}
obtainBuffer太復(fù)雜了，不過(guò)大家知道其大概工作方式就可以了
status_t AudioTrack::obtainBuffer(Buffer* audioBuffer, int32_t waitCount)
{
//恕我中間省略太多，大部分都是和當(dāng)前數(shù)據(jù)位置相關(guān)，
uint32_t framesAvail = cblk->framesAvailable();
cblk->lock.lock();//看見(jiàn)沒(méi)，lock了
result = cblk->cv.waitRelative(cblk->lock, milliseconds(waitTimeMs));
//我發(fā)現(xiàn)很多地方都要判斷遠(yuǎn)端的AudioFlinger的狀態(tài)，比如是否退出了之類的，難道
//沒(méi)有一個(gè)好的方法來(lái)集中處理這種事情嗎？
if (result == DEAD_OBJECT) {
result = createTrack(mStreamType, cblk->sampleRate, mFormat, mChannelCount,
mFrameCount, mFlags, mSharedBuffer,getOutput());
}
//得到buffer
audioBuffer->raw = (int8_t *)cblk->buffer(u);
return active ? status_t(NO_ERROR) : status_t(STOPPED);
}
在看看releaseBuffer
void AudioTrack::releaseBuffer(Buffer* audioBuffer)
{
audio_track_cblk_t* cblk = mCblk;
cblk->stepUser(audioBuffer->frameCount);
}
uint32_t audio_track_cblk_t::stepUser(uint32_t frameCount)
{
uint32_t u = this->user;
u += frameCount;
if (out) {
if (bufferTimeoutMs == MAX_STARTUP_TIMEOUT_MS-1) {
bufferTimeoutMs = MAX_RUN_TIMEOUT_MS;
}
} else if (u > this->server) {
u = this->server;
}
if (u >= userBase + this->frameCount) {
userBase += this->frameCount;
}
this->user = u;
flowControlFlag = 0;
return u;
}
奇怪了，releaseBuffer沒(méi)有unlock操作啊？難道我失誤了？
再去看看obtainBuffer?為何寫得這么晦澀難懂？
原來(lái)在obtainBuffer中會(huì)某一次進(jìn)去lock，再某一次進(jìn)去可能就是unlock了。沒(méi)看到obtainBuffer中到處有l(wèi)ock,unlock,wait等同步操作嗎。一定是這個(gè)道理。難怪寫這么復(fù)雜。還使用了少用的goto語(yǔ)句。
唉，有必要這樣嗎！
五 AudioTrack總結(jié)
通過(guò)這一次的分析，我自己覺(jué)得有以下幾個(gè)點(diǎn)：
l AudioTrack的工作原理，尤其是數(shù)據(jù)的傳遞這一塊，做了比較細(xì)致的分析，包括共享內(nèi)存，跨進(jìn)程的同步等，也能解釋不少疑惑了。
l 看起來(lái)，最重要的工作是在AudioFlinger中做的。通過(guò)AudioTrack的介紹，我們給后續(xù)深入分析AudioFlinger提供了一個(gè)切入點(diǎn)
工作原理和流程嘛，再說(shuō)一次好了，JAVA層就看最前面那個(gè)例子吧，實(shí)在沒(méi)什么說(shuō)的。
l AudioTrack被new出來(lái)，然后set了一堆信息，同時(shí)會(huì)通過(guò)Binder機(jī)制調(diào)用另外一端的AudioFlinger，得到IAudioTrack對(duì)象，通過(guò)它和AudioFlinger交互。
l 調(diào)用start函數(shù)后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)線程專門做回調(diào)處理，代碼里邊也會(huì)有那種數(shù)據(jù)拷貝的回調(diào)，但是JNI層的回調(diào)函數(shù)實(shí)際并沒(méi)有往里邊寫數(shù)據(jù)，大家只要看write就可以了
l 用戶一次次得write，那AudioTrack無(wú)非就是把數(shù)據(jù)memcpy到共享buffer中咯
l 可想而知，AudioFlinger那一定有一個(gè)線程在memcpy數(shù)據(jù)到音頻設(shè)備中去。我們拭目以待。