Android 7系统网络（五）Framework层(上)—ConnectivityService核心机制

系列目录 ：第一篇：全景图与调用链路概览 | 第二篇：内核层---netfilter/iptables与路由策略 | 第三篇：Native层(上)---netd守护进程与CommandListener | 第四篇：Native层(下)---netd Controller详解 | 第五篇：Framework层(上)---ConnectivityService核心机制 | 第六篇：Framework层(下)---NMS/NPMS/NSS三大服务 | 第七篇：连接建立---WiFi/移动数据/以太网完整流程 | 第八篇：应用API层---ConnectivityManager使用与实战调试

一、ConnectivityService 概述

ConnectivityService 是 Framework 层最核心的网络服务，负责管理系统中所有网络连接的状态。如果把 Android 网络比作一座城市，ConnectivityService 就是交通调度中心------它决定哪个网络是"默认网络"、何时切换网络、如何处理应用的网络请求。

源码路径 ： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java

核心职责：

职责	说明
管理 NetworkAgent	维护所有活跃网络连接（WiFi、移动数据、以太网等）的代理
评分与选择	比较各网络的评分，决定默认网络
处理 NetworkRequest	应用请求特定类型网络时的分配
网络切换	在可用网络之间自动切换
广播通知	发送 CONNECTIVITY_ACTION 广播
Legacy 类型支持	兼容旧的 TYPE_WIFI / TYPE_MOBILE API

二、启动流程

ConnectivityService 在 SystemServer 中创建并启动。

源码路径 ： frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

java 复制代码

// SystemServer.startOtherServices() 中
connectivity = new ConnectivityService(
        context, networkManagement, networkStats, networkPolicy);
ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);
networkStats.bindConnectivityManager(connectivity);
networkPolicy.bindConnectivityManager(connectivity);

关键设计 ：ConnectivityService 创建后先注册到 ServiceManager，再与 NetworkStatsService 和 NetworkPolicyManagerService 双向绑定，systemReady() 在后续阶段单独调用。

ConnectivityService 构造函数中的初始化：

复制代码

new ConnectivityService()
    ├── 创建 InternalHandler（消息处理线程）
    ├── 创建 NetworkFactoryInfo 列表
    ├── 创建 NetworkAgentInfo 列表
    ├── 创建 NetworkRequestInfo 列表
    ├── 注册 NetworkFactory 的 Trackers
    └── 启动 LegacyTypeTracker

关键：LegacyTypeTracker 在构造函数中初始化，负责维护 TYPE_WIFI / TYPE_MOBILE 等旧 API 类型到 NetworkAgentInfo 的映射。

这三个核心数据结构支撑了整个网络管理：

NetworkAgentInfo：每个活跃网络对应一个，包含类型、状态、评分、LinkProperties 等
NetworkRequestInfo：每个应用网络请求对应一个，包含请求的类型、回调等
NetworkFactoryInfo：每个 NetworkFactory 对应一个，用于生产新网络

三、核心数据结构

3.1 NetworkAgentInfo

源码路径 ： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/connectivity/NetworkAgentInfo.java

java 复制代码

public class NetworkAgentInfo implements Comparable<NetworkAgentInfo> {
    public NetworkInfo networkInfo;              // 网络信息（类型、状态等）
    public final Network network;                // Network 对象
    public LinkProperties linkProperties;        // IP、网关、DNS 等
    public NetworkCapabilities networkCapabilities; // 网络能力
    public final NetworkMonitor networkMonitor;  // 网络连通性探测器
    public final NetworkMisc networkMisc;        // 网络杂项配置
    public boolean created;                      // 是否已在 netd 创建
    public boolean everConnected;                // 是否曾经连接过
    public boolean everValidated;                // 是否曾经验证通过
    public boolean lastValidated;                // 最后验证结果
    public boolean avoidUnvalidated;             // 是否避免未验证网络
    // ...
}

关键设计 ：network 字段声明为 final，保证每个 NetworkAgentInfo 的 Network 对象在构造后不再变化；created 和 everConnected 是 sticky bit，一旦设置就不会清除。

3.2 NetworkCapabilities

源码路径 ： frameworks/base/core/java/android/net/NetworkCapabilities.java

描述网络能做什么（不能做什么）。

java 复制代码

public final class NetworkCapabilities {
    // Transport 类型
    public static final int TRANSPORT_CELLULAR = 0;
    public static final int TRANSPORT_WIFI = 1;
    public static final int TRANSPORT_ETHERNET = 3;
    public static final int TRANSPORT_VPN = 4;
    // ...
    
    // 能力定义
    public static final int NET_CAPABILITY_INTERNET = 12;     // 能上互联网
    public static final int NET_CAPABILITY_NOT_METERED = 11;  // 不计流量
    public static final int NET_CAPABILITY_VALIDATED = 16;    // 已验证可上网
    // ...
}

关键设计 ：TRANSPORT_* 描述网络的传输介质，NET_CAPABILITY_* 描述网络的能力，两者独立判断------一个 VPN 可以同时具备 TRANSPORT_VPN 和 NET_CAPABILITY_INTERNET。

3.3 NetworkRequest

源码路径 ： frameworks/base/core/java/android/net/NetworkRequest.java

应用通过 NetworkRequest 描述它需要的网络类型：

java 复制代码

public class NetworkRequest {
    public NetworkCapabilities networkCapabilities; // 请求的网络能力
    public int legacyType;  // 旧 API 中的 TYPE_WIFI 等
    public int requestId;   // 唯一请求 ID
}

关键：legacyType 用于兼容旧的 TYPE_WIFI / TYPE_MOBILE API，新代码应使用 networkCapabilities 描述需求。

应用构建请求的示例：

java 复制代码

NetworkRequest request = new NetworkRequest.Builder()
    .addTransportType(NetworkCapabilities.TRANSPORT_WIFI)
    .addCapability(NetworkCapabilities.NET_CAPABILITY_INTERNET)
    .build();

connectivityManager.requestNetwork(request, callback);

关键：Builder 模式的链式调用让应用可以精确描述网络需求，ConnectivityService 根据这些约束匹配最合适的网络。

四、网络评分与选择机制

4.1 整体流程

ConnectivityService 的核心算法是网络评分与匹配。当有新网络出现或有新请求时：

复制代码

触发条件（新网络建立 / 新请求到达 / 网络断开）
    ↓
rematchAllNetworksAndRequests()
    ↓
对每个 NetworkRequest，遍历所有 NetworkAgent
    ↓
找到评分最高、能力匹配的 NetworkAgent
    ↓
更新默认网络（如果最高分网络变化）
    ↓
通知 NetworkCallback（onAvailable / onLost / onCapabilitiesChanged）

关键：rematchAllNetworksAndRequests() 是重匹配的入口，每次网络拓扑变化时调用，确保默认网络始终是评分最高且满足条件的那一个。

4.2 evalRequest --- 评分核心逻辑

源码路径 ： frameworks/base/core/java/android/net/NetworkFactory.java

java 复制代码

private void evalRequest(NetworkRequestInfo n) {
    if (n.requested == false && n.score < mScore &&
            n.request.networkCapabilities.satisfiedByNetworkCapabilities(
            mCapabilityFilter) && acceptRequest(n.request, n.score)) {
        needNetworkFor(n.request, n.score);
        n.requested = true;
    } else if (n.requested == true &&
            (n.score > mScore || n.request.networkCapabilities.satisfiedByNetworkCapabilities(
            mCapabilityFilter) == false || acceptRequest(n.request, n.score) == false)) {
        releaseNetworkFor(n.request);
        n.requested = false;
    }
}

关键设计 ：evalRequest 通过比较 n.score 与当前工厂的 mScore 决定是否需要此网络------请求的评分低于工厂评分时，工厂接手；请求评分高于工厂评分时，释放网络交给更高评分的工厂。

每个 NetworkFactory 根据自身类型给出基础评分：

网络类型	基础评分	说明
以太网	70	有线，最稳定
WiFi	60	无线局域网
移动数据（4G）	50	蜂窝网络
蓝牙共享	69	蓝牙网络共享

4.3 评分对比实例

假设设备同时连接了 WiFi 和移动数据：

复制代码

场景：用户开启 WiFi 并连接到路由器

NetworkAgent[WiFi].currentScore = 60
NetworkAgent[MOBILE].currentScore = 50

默认网络请求：
  - 遍历所有 NetworkAgent
  - WiFi: 60分，具备 INTERNET 能力 ✓
  - MOBILE: 50分，具备 INTERNET 能力 ✓
  - 最高分：WiFi (60)
  
结果：WiFi 成为默认网络，所有未绑定网络的应用走 WiFi

关键：评分比较是纯数值比较，不涉及网络类型偏好------只要 WiFi 评分高于移动数据，WiFi 就优先。

WiFi 断开时的切换：

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用户关闭 WiFi
    ↓
NetworkAgent[WiFi] 被移除
    ↓
rematchAllNetworksAndRequests()
    ↓
只剩 NetworkAgent[MOBILE] (50分)
    ↓
移动数据成为默认网络
    ↓
应用无感知切换（TCP 连接会断开需要重连）

关键：切换本身对应用无感知（Socket 不会收到断开通知），但已建立的 TCP 连接会因路由变化而中断，应用需要在 onLost 回调中重建连接。

4.4 以太网接入时的抢占

当网线插入，以太网接口获得 IP 后，EthernetNetworkFactory 创建一个 NetworkAgent 并注册到 ConnectivityService：

复制代码

以太网插入
    ↓
EthernetNetworkFactory 创建 NetworkAgent (score=70)
    ↓
ConnectivityService.registerNetworkAgent(ethernetAgent)
    ↓
rematchAllNetworksAndRequests()
    ↓
WiFi: 60分，MOBILE: 50分，Ethernet: 70分
    ↓
以太网成为新的默认网络
    ↓
应用流量切换到以太网出口

关键：以太网因有线连接的特性，评分最高（70），插入网线后会自动抢占 WiFi 的默认网络地位。

五、网络切换流程：WiFi 与移动数据全链路

5.1 WiFi 断开到移动数据接管

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WifiStateMachine 检测到 WiFi 断开
    ↓
WifiStateMachine 通知 ConnectivityService: network lost
    ↓
ConnectivityService.updateNetworkInfo()
    ↓
NetworkAgentInfo[WiFi].networkInfo.setState(DISCONNECTED)
    ↓
ConnectivityService.rematchAllNetworksAndRequests()
    ├── 遍历所有 NetworkAgent
    ├── WiFi 不可用，跳过
    ├── MOBILE 可用(score=50)
    └── 移动数据成为默认网络
    ↓
更新默认网络（updateDnses / addDefaultRoute）
    ↓
发送 CONNECTIVITY_ACTION 广播
    ↓
通知所有 NetworkCallback: onAvailable(MOBILE)

关键：切换过程中 updateDnses 和 addDefaultRoute 先执行，确保新网络的 DNS 和路由就绪后才发送广播，避免应用收到广播后发起请求时网络尚未配置完成。

5.2 新 WiFi 连接，从移动数据切换

复制代码

WifiStateMachine 建立 WiFi 连接（DHCP 获取 IP 后）
    ↓
创建 NetworkAgent(WiFi, score=60)
    ↓
ConnectivityService.registerNetworkAgent(wifiAgent)
    ↓
rematchAllNetworksAndRequests()
    ├── WiFi: 60分 → 最高分
    ├── MOBILE: 50分
    └── WiFi 成为默认网络
    ↓
更新路由：默认路由指向 wlan0
    ↓
更新 DNS：使用 WiFi 网络的 DNS 服务器
    ↓
发送 CONNECTIVITY_ACTION 广播
    ↓
移动数据降级（可能保持连接以便快速切换回来）

关键：移动数据降级后不会立即断开，而是保持连接以支持快速回切------这避免了因 WiFi 信号短暂波动导致的频繁切换。

5.3 Linger 机制

当一个高分网络可用时，低分网络不会立即断开，而是进入 Linger（暂缓）状态：

源码路径 ： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java

java 复制代码

private void handleLingerComplete(NetworkAgentInfo oldNetwork) {
    if (oldNetwork == null) {
        loge("Unknown NetworkAgentInfo in handleLingerComplete");
        return;
    }
    oldNetwork.clearLingerState();
    if (unneeded(oldNetwork, UnneededFor.TEARDOWN)) {
        teardownUnneededNetwork(oldNetwork);
    } else {
        updateCapabilities(oldNetwork.getCurrentScore(), oldNetwork,
                oldNetwork.networkCapabilities);
    }
}

关键设计 ：handleLingerComplete 在 linger 超时后调用------如果旧网络仍有后台请求需要它，则保留但降级为后台网络；如果完全没有请求，则拆除网络。

Linger 的作用：给应用一些时间在新网络上建立连接，然后才断开旧网络，减少数据传输的中断时间。

六、默认网络的特殊性

默认网络是 Android 系统的特殊概念：未明确调用 bindProcessToNetwork() 的 Socket 自动走默认网络。

6.1 默认网络的切换流程

复制代码

ConnectivityService.setDefaultNetwork(netId)
    ↓
NetworkManagementService.setDefaultNetwork(netId)
    ↓ 通过 NativeDaemonConnector 发送：
    ↓ "network default set <netId>"
    ↓
netd 的 NetworkController.setDefaultNetwork()
    ↓
更新路由表中的默认路由
    ↓
应用流量切换到新网络

关键：默认网络切换通过 netd 的 network default set 命令完成，netd 负责更新 fwmark 规则和路由表，Java 层不直接操作路由。

6.2 默认网络与绑定网络的关系

java 复制代码

// 绑定到 WiFi 的进程（如 VoIP 应用需要一直用 WiFi）
connectivityManager.bindProcessToNetwork(wifiNetwork);
// 此进程的所有 Socket 走 WiFi，不受默认网络切换影响

// 未绑定的进程
// 始终跟随默认网络，WiFi 断开后自动切到移动数据

关键：bindProcessToNetwork() 通过 setsockopt(SO_MARK) 设置 Socket 的 fwmark，内核根据 fwmark 选择路由表，实现进程级别的网络绑定。

七、LegacyTypeTracker --- 旧 API 兼容

Android 7 中，旧的 TYPE_WIFI / TYPE_MOBILE API 仍被广泛应用。LegacyTypeTracker 负责维护新老 API 的映射：

源码路径 ： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java

java 复制代码

private class LegacyTypeTracker {
    private static final boolean DBG = true;
    private static final boolean VDBG = false;
    private final SparseArray<NetworkAgentInfo> mTypeMap = new SparseArray<>();

    // 添加类型映射
    public void add(int type, NetworkAgentInfo nai) { ... }
    // 移除类型映射
    public void remove(int type, NetworkAgentInfo nai) { ... }
    // 获取指定类型的网络
    public NetworkAgentInfo getNetworkForType(int type) { ... }
}

关键：mTypeMap 是 SparseArray<NetworkAgentInfo>，以 int 类型的 TYPE_WIFI（1）/ TYPE_MOBILE（0）为 key，值是对应的 NetworkAgentInfo。

当调用旧的 API 如 getNetworkInfo(TYPE_WIFI) 时，ConnectivityService 通过 LegacyTypeTracker 找到对应的 NetworkAgent 并返回信息。

八、CONNECTIVITY_ACTION 广播

网络变化时 ConnectivityService 发送广播通知所有应用：

源码路径 ： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/ConnectivityService.java

java 复制代码

Intent intent = new Intent(ConnectivityManager.CONNECTIVITY_ACTION);
intent.putExtra(ConnectivityManager.EXTRA_NETWORK_INFO, info);
intent.putExtra(ConnectivityManager.EXTRA_NETWORK_TYPE, info.getType());
if (info.isFailover()) {
    intent.putExtra(ConnectivityManager.EXTRA_IS_FAILOVER, true);
}
if (info.getReason() != null) {
    intent.putExtra(ConnectivityManager.EXTRA_REASON, info.getReason());
}
if (info.getExtraInfo() != null) {
    intent.putExtra(ConnectivityManager.EXTRA_EXTRA_INFO, info.getExtraInfo());
}
sendStickyBroadcast(intent);

关键设计 ：使用 Sticky Broadcast 确保新注册的 BroadcastReceiver 可以立刻收到最新的网络状态，而不需要等到下一次变化。同时通过 FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT 防止未启动完成的应用过早收到广播。

九、小结

本篇覆盖了 ConnectivityService 的核心机制：

机制	关键方法/数据	作用
网络代理管理	`NetworkAgentInfo` 列表	跟踪所有活跃网络
评分与选择	`rematchAllNetworksAndRequests()`	决定默认网络
Linger 暂缓	`handleLingerComplete()`	减少切换影响
旧 API 兼容	`LegacyTypeTracker`	`TYPE_WIFI` 等映射
广播通知	`CONNECTIVITY_ACTION`	通知应用网络变化

下一篇将深入 Framework 层的另外三大服务：NetworkManagementService（与 netd 通信）、NetworkPolicyManagerService（网络策略）、NetworkStatsService（流量统计）。

Android 7系统网络（五）Framework层(上)—ConnectivityService核心机制

一、ConnectivityService 概述

二、启动流程

三、核心数据结构

3.1 NetworkAgentInfo

3.2 NetworkCapabilities

3.3 NetworkRequest

四、网络评分与选择机制

4.1 整体流程

4.2 evalRequest --- 评分核心逻辑

4.3 评分对比实例

4.4 以太网接入时的抢占

五、网络切换流程：WiFi 与 移动数据 全链路

5.1 WiFi 断开到移动数据接管

5.2 新 WiFi 连接，从移动数据切换

5.3 Linger 机制

六、默认网络的特殊性

6.1 默认网络的切换流程

6.2 默认网络与绑定网络的关系

七、LegacyTypeTracker --- 旧 API 兼容

八、CONNECTIVITY_ACTION 广播

九、小结

五、网络切换流程：WiFi 与移动数据全链路