AudioTrack

AudioTrack是Android Audio系统提供给应用开发者（java/C++）的API，用于操作音频播放的数据通路。MeidaPlayer在播放音乐时用到的是它，我们可以也可以直接使用AudioTrack进行音频播放。它是最基本的音频数据输出类。

AudioTrack.java的构造函数

AudioTrack.java

public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,int bufferSizeInBytes, int mode)throws IllegalArgumentException {this(streamType, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat,bufferSizeInBytes, mode, AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE);}

看一下形参的含义；

①streamType:音频流类型，用于描述AudioTrack的播放场景。最常见的是AudioManager.STREAM_MUSIC，也就是我们平时用手机进行多媒体音乐播放的情形；

②sampleRateInHz：采样率，如48000，就表示音频数据每秒包含48000个音频采样点，采样率会影响音频数据流的音质效果；

③channelConfig：声道数，如AudioFormat. CHANNEL_ CONFIGURATION_ STEREO,表示双声道；

④audioFormat：音频编码格式；

⑤bufferSizeInBytes：由音频数据特性来确定的缓冲区的最小size，这个缓冲区是指用于向audioflinger进行跨进程数据传输的FIFO；

⑥mode：音频数据的传输模式，如AudioTrack.MODE_STREAM；

AudioTrack使用方式

//获取bufferSizeInBytes缓冲区的最小sizeint bufsize= AudioTrack. getMinBufferSize( 8000, AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,AudioFormat. ENCODING_PCM_16BIT);//创建AudioTrackAudioTrack track= new AudioTrack( AudioManager. STREAM_ MUSIC, AudioFormat. CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,bufsize,AudioTrack.MODE_STREAM);//开始播放track. play();......//调用write往track中写数据track.write(buffer,0,length);......//停止播放track. stop();//释放底层资源track.release();

在创建AudioTrack的时候，我们需要指明音频流类型和数据播放模式:

数据播放模式

AudioTrack有两种数据播放模式，MODE_STREAM和MODE_STATIC;

MODE_STREAM:常见的一种模式，这种模式下，通过write一次次把音频数据写到AudioTrack中，也就是写进去多少，AudioTrack就播放多少；

MODE_STATIC:这种数据加载模式在play之前就把所有的数据通过一次write调用传递到AudioTrack的内部缓冲区中，这种模式呢，也有缺点，就是如果一次性写进去的数据太多，会导致系统无法分配足够的内存来存储数据；这种模式适用于像铃声这种内存占用量较小，延时要求比较高的文件；

音频流类型

android将系统的声音分为好几种流类型，常见的有：

(1)STREAM_ALARM:警告；

(2)STREAM_MUSIC:音乐；

(3)STREAM_RING:铃声；

(4)STREAM_SYSTEM:系统声音，如低电量提示音，锁屏声音等；

(5)STREAM_VOICE_CALL:通话声；

注意：这些类型的划分与音频数据本身并没有关系，如MUSIC和RING类型都可以是某首MP3歌曲，把音频流进行分类，是Audio系统对音频的管理策略有关，以便于管理；

.在创建AudioTrack的时候，我们需要指明bufferSizeInBytes缓冲区的大小，也就是调用这个函数：

AudioTrack. getMinBufferSize( 8000, AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,AudioFormat. ENCODING_PCM_16BIT);

详细的代码分析可以参考我的博客：https://blog.csdn.net/weixin_52370850/article/details/143651127

继续回到AudioTrack的构造函数，代码如下:

public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,int bufferSizeInBytes, int mode, int sessionId)throws IllegalArgumentException {this((new AudioAttributes.Builder()).setLegacyStreamType(streamType).build(),(new AudioFormat.Builder()).setChannelMask(channelConfig).setEncoding(audioFormat).setSampleRate(sampleRateInHz).build(),bufferSizeInBytes,mode, sessionId);deprecateStreamTypeForPlayback(streamType, "AudioTrack", "AudioTrack()");}public AudioTrack(AudioAttributes attributes, AudioFormat format, int bufferSizeInBytes,int mode, int sessionId)throws IllegalArgumentException {super(attributes, AudioPlaybackConfiguration.PLAYER_TYPE_JAM_AUDIOTRACK);audioParamCheck(rate, channelMask, channelIndexMask, encoding, mode);mStreamType = AudioSystem.STREAM_DEFAULT;audioBuffSizeCheck(bufferSizeInBytes);//调用native层的native_setup，进行初始化int initResult = native_setup(new WeakReference<AudioTrack>(this), mAttributes,sampleRate, mChannelMask, mChannelIndexMask, mAudioFormat,mNativeBufferSizeInBytes, mDataLoadMode, session, 0 /*nativeTrackInJavaObj*/);if (mDataLoadMode == MODE_STATIC) {mState = STATE_NO_STATIC_DATA;} else {mState = STATE_INITIALIZED;}}

很容易发现AudioTrack.java的构造函数并没有做什么实质性的工作，只是做了些参数的转化和成员变量的初始化。

往下看native_setup()函数。

路径：android_media_AudioTrack.cpp

static jintandroid_media_AudioTrack_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this, jobject jaa,jintArray jSampleRate, jint channelPositionMask, jint channelIndexMask,jint audioFormat, jint buffSizeInBytes, jint memoryMode, jintArray jSession,jlong nativeAudioTrack) {//声明Native层的AudioTrack对象，这个是audiotrack的proxy。用于跨进程通信！！！！sp<AudioTrack> lpTrack = 0;AudioTrackJniStorage* lpJniStorage = NULL;if (nativeAudioTrack == 0) {int* sampleRates = env->GetIntArrayElements(jSampleRate, NULL);int sampleRateInHertz = sampleRates[0];env->ReleaseIntArrayElements(jSampleRate, sampleRates, JNI_ABORT);audio_channel_mask_t nativeChannelMask = nativeChannelMaskFromJavaChannelMasks(channelPositionMask, channelIndexMask);uint32_t channelCount = audio_channel_count_from_out_mask(nativeChannelMask);audio_format_t format = audioFormatToNative(audioFormat);size_t frameCount;if (audio_is_linear_pcm(format)) {const size_t bytesPerSample = audio_bytes_per_sample(format);frameCount = buffSizeInBytes / (channelCount * bytesPerSample);} else {frameCount = buffSizeInBytes;}lpTrack = new AudioTrack();lpJniStorage = new AudioTrackJniStorage();lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_class = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz);// we use a weak reference so the AudioTrack object can be garbage collected.lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_ref = env->NewGlobalRef(weak_this);lpJniStorage->mCallbackData.busy = false;status_t status = NO_ERROR;switch (memoryMode) {case MODE_STREAM:status = lpTrack->set(AUDIO_STREAM_DEFAULT,//指定流类型sampleRateInHertz,format,//采样点精度，即编码格式，一般为PCM16和PCM8nativeChannelMask,frameCount,AUDIO_OUTPUT_FLAG_NONE,audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user)0,0,// 共享类型，STREAM模式下为空，实际使用的共享内存有AudioFlinger创建true,sessionId,AudioTrack::TRANSFER_SYNC,NULL,-1, -1,paa);break;case MODE_STATIC://数据加载模式为STATIC模式，需要先创建共享内存if (!lpJniStorage->allocSharedMem(buffSizeInBytes)) {ALOGE("Error creating AudioTrack in static mode: error creating mem heap base");goto native_init_failure;}status = lpTrack->set(AUDIO_STREAM_DEFAULT,sampleRateInHertz,format,nativeChannelMask,frameCount,AUDIO_OUTPUT_FLAG_NONE,audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),0,lpJniStorage->mMemBase,//STATIC模式，需要传递共享内存true,sessionId,AudioTrack::TRANSFER_SHARED,NULL,-1, -1,paa);break;default:goto native_init_failure;}}//把JNI层中new出来的AudioTrack对象指针保存到Java对象的一个变量中，这样就把JNI层的AudioTrack对象和Java层的AudioTrack对象关联起来了，setAudioTrack(env, thiz, lpTrack);//lpJniStorage对象指针也保存到Java对象中。env->SetLongField(thiz, javaAudioTrackFields.jniData, (jlong)lpJniStorage);return (jint) AUDIO_JAVA_SUCCESS;}

android_media_AudioTrack_setup的主要工作就是创建在native层的AudioTrack对象，对它进行初始化，并完成JNI层的AudioTrack对象和Java层的AudioTrack对象的关联绑定，这个过程和函数的名字还是很匹配的，setup建立起audiotrack使用需要的一切；

在不同的数据加载模式下，AudioTrack对象的创建也会不同，在MODE_STATIC模式下进行数据传输，需要在audiotrack侧创建共享内存；在MODE_STREAM模式下进行数据传输，需要在audioflinger侧创建共享内存。

play()：AudioTrack.java

public void play() throws IllegalStateException {if (mState != STATE_INITIALIZED) {throw new IllegalStateException("play() called on uninitialized AudioTrack.");}final int delay = getStartDelayMs();if (delay == 0) {startImpl();} else {new Thread() {public void run() {try {Thread.sleep(delay);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}baseSetStartDelayMs(0);try {startImpl();} catch (IllegalStateException e) {}}}.start();}}private void startImpl() {synchronized(mPlayStateLock) {baseStart();native_start();mPlayState = PLAYSTATE_PLAYING;}}native_start()：android_media_AudioTrack.cppstatic void android_media_AudioTrack_start(JNIEnv *env, jobject thiz){//从java的AudioTrack对象中获取对应的native层的AudioTrack对象指针sp<AudioTrack> lpTrack = getAudioTrack(env, thiz);lpTrack->start();}

write()：AudioTrack.java

public int write(@NonNull byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes) {return write(audioData, offsetInBytes, sizeInBytes, WRITE_BLOCKING);}public int write(@NonNull byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes,@WriteMode int writeMode) {//调用native的native_write_byteint ret = native_write_byte(audioData, offsetInBytes, sizeInBytes, mAudioFormat,writeMode == WRITE_BLOCKING);//如果当前的数据加载类型是MODE_STATIC，在write后才会将状态设置为初始化，这跟MODE_STREAM类型是不一样的if ((mDataLoadMode == MODE_STATIC)&& (mState == STATE_NO_STATIC_DATA)&& (ret > 0)) {// benign race with respect to other APIs that read mStatemState = STATE_INITIALIZED;}return ret;}

native_write_byte：android_media_AudioTrack.cpp

static jint android_media_AudioTrack_writeArray(JNIEnv *env, jobject thiz,T javaAudioData,jint offsetInSamples, jint sizeInSamples,jint javaAudioFormat,jboolean isWriteBlocking) {sp<AudioTrack> lpTrack = getAudioTrack(env, thiz);//调用writeToTrack()方法jint samplesWritten = writeToTrack(lpTrack, javaAudioFormat, cAudioData,offsetInSamples, sizeInSamples, isWriteBlocking == JNI_TRUE /* blocking */);envReleaseArrayElements(env, javaAudioData, cAudioData, 0);return samplesWritten;}static jint writeToTrack(const sp<AudioTrack>& track, jint audioFormat, const T *data,jint offsetInSamples, jint sizeInSamples, bool blocking) {ssize_t written = 0;size_t sizeInBytes = sizeInSamples * sizeof(T);//track->sharedBuffer() == 0，表示此时的数据加载是STREAM模式，如果不等于0，那就是STATIC模式if (track->sharedBuffer() == 0) {//STREAM模式，调用write写数据written = track->write(data + offsetInSamples, sizeInBytes, blocking);if (written == (ssize_t) WOULD_BLOCK) {written = 0;}} else {if ((size_t)sizeInBytes > track->sharedBuffer()->size()) {sizeInBytes = track->sharedBuffer()->size();}//在STATIC模式下，直接把数据memcpy到共享内存，这种模式下，先调用write，后调用playmemcpy(track->sharedBuffer()->pointer(), data + offsetInSamples, sizeInBytes);written = sizeInBytes;}if (written >= 0) {return written / sizeof(T);}return interpretWriteSizeError(written);}

stop（）：AudioTrack.java

public void stop()throws IllegalStateException {if (mState != STATE_INITIALIZED) {throw new IllegalStateException("stop() called on uninitialized AudioTrack.");}// stop playingsynchronized(mPlayStateLock) {//调用native方法native_stop();baseStop();mPlayState = PLAYSTATE_STOPPED;mAvSyncHeader = null;mAvSyncBytesRemaining = 0;}}android_media_AudioTrack.cppandroid_media_AudioTrack_stop(JNIEnv *env, jobject thiz){sp<AudioTrack> lpTrack = getAudioTrack(env, thiz);//调用Native层的stop方法lpTrack->stop();}

release（）：AudioTrack.java

public void release() {try {//调用stop()stop();} catch(IllegalStateException ise) {}baseRelease();//调用native方法native_release();//将状态置为未初始化，下次用到AudioTrack时，需要重新创建AudioTrack，才会将状态置为初始化状态，mState = STATE_UNINITIALIZED;}android_media_AudioTrack.cppstatic void android_media_AudioTrack_release(JNIEnv *env,  jobject thiz) {//释放资源sp<AudioTrack> lpTrack = setAudioTrack(env, thiz, 0);// delete the JNI dataAudioTrackJniStorage* pJniStorage = (AudioTrackJniStorage *)env->GetLongField(thiz, javaAudioTrackFields.jniData);//之前保存在java对象中的指针变量此时要设置为0env->SetLongField(thiz, javaAudioTrackFields.jniData, 0);}

**java层的AudioTrack只是将工作通过二道贩子android_media_AudioTrack（JNI）交给了Native层的AudioTrack。**注意java层AudioTrack的状态，其中mState状态只在AudioTrack被new出来的时候才会被置为STATE_INITIALIZED，而且还要保证此时的数据传输模式为MODE_STREAM,mState状态只有被置为STATE_INITIALIZED后，write，play，stop方法才可以调用，并且在release方法后，mState状态会被置为STATE_UNINITIALIZED，下次要想继续用AudioTrack的话，必须要重新创建它；如果数据传输模式为MODE_STATIC,AudioTrack在调用了write()方法后才会将mState状态置为STATE_INITIALIZED，所以，MODE_STATIC模式下，只能先write，后play。

AudioTrack.cpp

在java层new AudioTrack的时候，会创建出在native层的AudioTrack对象，并且调用该对象的set方法进行初始化，native层的AudioTrack在frameworks\av\media\libaudioclient目录下，我们来分析Native层的AudioTrack；

AudioTrack的无参构造函数：

AudioTrack.cppAudioTrack::AudioTrack(): mStatus(NO_INIT),//把初始状态设置为NO_INITmState(STATE_STOPPED),mPreviousPriority(ANDROID_PRIORITY_NORMAL),mPreviousSchedulingGroup(SP_DEFAULT),mPausedPosition(0),mSelectedDeviceId(AUDIO_PORT_HANDLE_NONE),mRoutedDeviceId(AUDIO_PORT_HANDLE_NONE),mPortId(AUDIO_PORT_HANDLE_NONE){mAttributes.content_type = AUDIO_CONTENT_TYPE_UNKNOWN;mAttributes.usage = AUDIO_USAGE_UNKNOWN;mAttributes.flags = 0x0;strcpy(mAttributes.tags, "");}

AudioTrack初始化方法set（）：

status_t AudioTrack::set(audio_stream_type_t streamType,uint32_t sampleRate,audio_format_t format,audio_channel_mask_t channelMask,size_t frameCount,audio_output_flags_t flags,callback_t cbf,void* user,int32_t notificationFrames,const sp<IMemory>& sharedBuffer,bool threadCanCallJava,audio_session_t sessionId,transfer_type transferType,const audio_offload_info_t *offloadInfo,uid_t uid,pid_t pid,const audio_attributes_t* pAttributes,bool doNotReconnect,float maxRequiredSpeed){..................................................//cbf是JNI层传入的回调函数audioCallback，如果设置了回调函数，则启动一个线程if (cbf != NULL) {mAudioTrackThread = new AudioTrackThread(*this, threadCanCallJava);mAudioTrackThread->run("AudioTrack", ANDROID_PRIORITY_AUDIO, 0 /*stack*/);}....................................//关键调用status_t status = createTrack_l();....................................return NO_ERROR;}核心调用status_t status = createTrack_l();status_t AudioTrack::createTrack_l(){//得到AudioFlinger的Binder代理端BpAudioFlinger;const sp<IAudioFlinger>& audioFlinger = AudioSystem::get_audio_flinger();//向audioFlinger发送createTrack请求，返回IAudioTrack对象，后续AudioFlinger和AudioTrack的交互就是围绕着IAudioTrack进行sp<IAudioTrack> track = audioFlinger->createTrack(streamType,mSampleRate,mFormat,mChannelMask,&temp,&flags,mSharedBuffer,output,mClientPid,tid,&mSessionId,mClientUid,&status,mPortId);//在STREAM模式下，没有在AudioTrack端创建共享内存，共享内存最终由AudioFlinger创建；//取出AudioFlinger创建的共享内存sp<IMemory> iMem = track->getCblk();//IMemory的Pointer在此处将返回共享内存的首地址，类型为void *void *iMemPointer = iMem->pointer();//static_cast直接把这个void *类型转换成audio_track_cblk_t，表明这块内存的首部中存在audio_track_cblk_t这个对象audio_track_cblk_t* cblk = static_cast<audio_track_cblk_t*>(iMemPointer);mCblk = cblk;void* buffers;if (mSharedBuffer == 0) {//buffers指向共享buffer，它的起始位置是共享内存的首部偏移audio_track_cblk_t的大小buffers = cblk + 1;} else {//STATIC模式buffers = mSharedBuffer->pointer();}return NO_ERROR;}

createTrack_l()方法的核心调用是audioFlinger->createTrack()，返回一个IAudioTrack对象；IAudioTrack中有一块共享内存，其头部是一个audio_track_cblk_t对象，在该对象之后是跨进程共享buffer（FIFO）；关于这个audio_track_cblk_t对象，在AudioTrackShared.h中声明，在AudioTrack.cpp中定义，它是用来协调和管理AudioTrack和AudioFlinger二者数据传输节奏的。audiotrack向audio_track_cblk_t查询可用的空余空间进行写数据。AudioFlinger向audio_track_cblk_tc查询可用的数据量进行读取。audioflinger和audiotrack构成了一个消费者生产者模型。

mAudioTrackThread = new AudioTrackThread(*this, threadCanCallJava)用于pull的数据传输方式

这个线程与音频数据的传输方式有关系，AudioTrack支持两种数据传输方式：

Push方式：用户主动调用write写数据，这相当于数据被push到AudioTrack；

Pull方式：JNI层的代码中在构造AudioTrack时，传入了一个回调函数audioCallback，pull方式就是AudioTrackThread调用这个回调函数主动从用户那里pull数据。

write（）ssize_t AudioTrack::write(const void* buffer, size_t userSize, bool blocking){//Buffer抽象共享FIFO中一块指定大小可以读写的缓冲区Buffer audioBuffer;while (userSize >= mFrameSize) {//以帧为单位audioBuffer.frameCount = userSize / mFrameSize;//从FIFO中得到一块空闲的数据缓冲区status_t err = obtainBuffer(&audioBuffer,blocking ? &ClientProxy::kForever : &ClientProxy::kNonBlocking);//空闲数据缓冲区的大小是audioBuffer.size，地址在audioBuffer.i8中，数据传递通过memcpy来完成size_t toWrite = audioBuffer.size;memcpy(audioBuffer.i8, buffer, toWrite);buffer = ((const char *) buffer) + toWrite;userSize -= toWrite;written += toWrite;//释放从FIFO申请的buffer。更新FIFO的读写指针releaseBuffer(&audioBuffer);}if (written > 0) {//定位音视频不同步问题可以用到这个属性，表示audiotrack一共往audioflinger写过多少数据。mFramesWritten += written / mFrameSize;}return written;}

write函数，就是简单的memcpy，但读进程（audioflinger）和写进程（audiotrack）之间的同步工作则是通过obtainBuffer和releaseBuffer来完成的；obtainBuffer的功能，就是从cblk管理的数据缓冲中得到一块可写的空闲空间，如果没有的话，那就阻塞，而releaseBuffer，则是在使用完这块空间后更新写指针的位置；

stop（）

void AudioTrack::stop(){//mAudioTrack是IAudioTrack类型，通知AudioFlinger端的track进行stop。mAudioTrack->stop();sp<AudioTrackThread> t = mAudioTrackThread;if (t != 0) {if (!isOffloaded_l()) {//停止AudioTrackThreadt->pause();}} else {setpriority(PRIO_PROCESS, 0, mPreviousPriority);set_sched_policy(0, mPreviousSchedulingGroup);}}

调用IAudioTrack的stop，并且并退出回调线程。

start()

status_t AudioTrack::start(){status = mAudioTrack->start();}

播放操作还是通过IAudioTrack通知AudioFlinger端;

总结：

①java层的AudioTrack只是java语言的api（包皮公司），我们对java层AudioTrack的api调用，实际都会传递到native层的AudioTrack去执行；

②native层的AudioTrack在初始化的时候，会跨进程的调用AudioFlinger的createTrack方法，并返回一个IAudioTrack的对象，native层的AudioTrack以及AudioFlinger通过这个对象进行交互；

③得到IAudioTrack对象以后，native层AudioTrack的start()，stop等方法的最终操作会传递给AudioFlinger去执行；

④在native层的AudioTrack中将数据write进内存，AudioFlinger通过内存共享与AudioTrack共享同一块资源，从而完成数据的传递；

重点记忆：cblk封装FIFO相关的操作！！！！！！！！！！！！！！数据通路。

控制通路直接通过IAudioTrack实现。