本文屬于Android局域網(wǎng)內(nèi)的語音對(duì)講項(xiàng)目系列斧散，《通過UDP廣播實(shí)現(xiàn)Android局域網(wǎng)Peer Discovering》實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的廣播及多播通信稽物，本文將重點(diǎn)說明系統(tǒng)架構(gòu)趣席，音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)錄制泊柬、播放及編解碼相關(guān)技術(shù)波附。

本文主要包含以下內(nèi)容：

1. AudioRecord仅醇、AudioTrack
2. Speex編解碼
3. Android語音對(duì)講系統(tǒng)架構(gòu)

一冗美、AudioRecord、AudioTrack

AudioRecorder和AudioTracker是Android中獲取實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)的接口析二。在網(wǎng)絡(luò)電話粉洼、語音對(duì)講等場(chǎng)景中，由于實(shí)時(shí)性的要求叶摄，不能采用文件傳輸属韧，因此，MediaRecorder和MediaPlayer就無法使用蛤吓。

AudioRecorder和AudioTracker是Android在Java層對(duì)libmedia庫的封裝宵喂，所以效率較高，適合于實(shí)時(shí)語音相關(guān)處理的應(yīng)用会傲。在使用時(shí)锅棕，AudioRecorder和AudioTracker的構(gòu)造器方法入?yún)⑤^多拙泽，這里對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的解釋。

AudioRecord

public AudioRecord(int audioSource, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat, int bufferSizeInBytes)

其中裸燎，audioSource表示錄音來源顾瞻，在AudioSource中列舉了不同的音頻來源，包括：

AudioSource.DEFAULT:默認(rèn)音頻來源
AudioSource.MIC:麥克風(fēng)（常用）
AudioSource.VOICE_UPLINK:電話上行
AudioSource.VOICE_DOWNLINK:電話下行
AudioSource.VOICE_CALL:電話德绿、含上下行
AudioSource.CAMCORDER:攝像頭旁的麥克風(fēng)
AudioSource.VOICE_RECOGNITION:語音識(shí)別
AudioSource.VOICE_COMMUNICATION:語音通信

這里比較常用的有MIC荷荤，VOICE_COMMUNICATION和VOICE_CALL。

sampleRateInHz表示采樣頻率移稳。音頻的采集過程要經(jīng)過抽樣梅猿、量化和編碼三步。抽樣需要關(guān)注抽樣率秒裕。聲音是機(jī)械波袱蚓，其特征主要包括頻率和振幅（即音調(diào)和音量），頻率對(duì)應(yīng)時(shí)間軸線几蜻，振幅對(duì)應(yīng)電平軸線喇潘。采樣是指間隔固定的時(shí)間對(duì)波形進(jìn)行一次記錄，采樣率就是在1秒內(nèi)采集樣本的次數(shù)梭稚。量化過程就是用數(shù)字表示振幅的過程颖低。編碼是一個(gè)減少信息量的過程，任何數(shù)字音頻編碼方案都是有損的弧烤。PCM編碼（脈沖編碼調(diào)制）是一種保真水平較高的編碼方式忱屑。在Android平臺(tái)，44100Hz是唯一目前所有設(shè)備都保證支持的采樣頻率暇昂。但比如22050莺戒、16000、11025也在大多數(shù)設(shè)備上得到支持急波。8000是針對(duì)某些低質(zhì)量的音頻通信使用的从铲。

channelConfig表示音頻通道，即選擇單聲道澄暮、雙聲道等參數(shù)名段。系統(tǒng)提供的選擇如下：

public static final int CHANNEL_IN_DEFAULT = 1;
// These directly match native
public static final int CHANNEL_IN_LEFT = 0x4;
public static final int CHANNEL_IN_RIGHT = 0x8;
public static final int CHANNEL_IN_FRONT = 0x10;
public static final int CHANNEL_IN_BACK = 0x20;
public static final int CHANNEL_IN_LEFT_PROCESSED = 0x40;
public static final int CHANNEL_IN_RIGHT_PROCESSED = 0x80;
public static final int CHANNEL_IN_FRONT_PROCESSED = 0x100;
public static final int CHANNEL_IN_BACK_PROCESSED = 0x200;
public static final int CHANNEL_IN_PRESSURE = 0x400;
public static final int CHANNEL_IN_X_AXIS = 0x800;
public static final int CHANNEL_IN_Y_AXIS = 0x1000;
public static final int CHANNEL_IN_Z_AXIS = 0x2000;
public static final int CHANNEL_IN_VOICE_UPLINK = 0x4000;
public static final int CHANNEL_IN_VOICE_DNLINK = 0x8000;
public static final int CHANNEL_IN_MONO = CHANNEL_IN_FRONT;
public static final int CHANNEL_IN_STEREO = (CHANNEL_IN_LEFT | CHANNEL_IN_RIGHT);

常用的是CHANNEL_IN_MONO和CHANNEL_IN_STEREO分別表示單通道輸入和左右兩通道輸入。

audioFormat指定返回音頻數(shù)據(jù)的格式泣懊，常見的選擇包括ENCODING_PCM_16BIT伸辟、ENCODING_PCM_8BIT和ENCODING_PCM_FLOAT。ENCODING_PCM_16BIT表示PCM 16bits每個(gè)樣本馍刮，所有設(shè)備保證支持信夫。ENCODING_PCM_8BIT自然表示PCM 8bits每個(gè)樣本。ENCODING_PCM_FLOAT表示一個(gè)單精度浮點(diǎn)數(shù)表示一個(gè)樣本。

bufferSizeInBytes表示錄音時(shí)音頻數(shù)據(jù)寫入的buffer的大小忙迁。這個(gè)數(shù)值是通過另一個(gè)方法來獲取的：getMinBufferSize。getMinBufferSize是AudioRecord類的靜態(tài)方法碎乃，返回值就是bufferSizeInBytes姊扔。這里我們來看下它的入?yún)ⅲ?/p>

static public int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat)

sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat三個(gè)參數(shù)與上面的含義完全一樣，代表錄音的采樣率梅誓、通道以及數(shù)據(jù)輸出的格式恰梢。綜上，AudioRecord的初始化方法如下：

// 獲取音頻數(shù)據(jù)緩沖段大小
inAudioBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(
        Constants.sampleRateInHz, Constants.inputChannelConfig, Constants.audioFormat);
// 初始化音頻錄制
audioRecord = new AudioRecord(Constants.audioSource,
        Constants.sampleRateInHz, Constants.inputChannelConfig, Constants.audioFormat, inAudioBufferSize);

其中梗掰，參數(shù)設(shè)置如下：

// 采樣頻率嵌言，44100保證兼容性
public static final int sampleRateInHz = 44100;
// 音頻數(shù)據(jù)格式:PCM 16位每個(gè)樣本，保證設(shè)備支持及穗。
public static final int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;

// 音頻獲取源
public static final int audioSource = MediaRecorder.AudioSource.MIC;
// 輸入單聲道
public static final int inputChannelConfig = AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO;

AudioTrack

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);
}

與AudioRecord類似摧茴，AudioTrack的構(gòu)造器方法依然有很多需要選擇的參數(shù)距境。其中鞭衩，streamType表示音頻流播放類型，AudioManager中列出了可選的類型如下：

/** The audio stream for phone calls */
public static final int STREAM_VOICE_CALL = AudioSystem.STREAM_VOICE_CALL;
/** The audio stream for system sounds */
public static final int STREAM_SYSTEM = AudioSystem.STREAM_SYSTEM;
/** The audio stream for the phone ring */
public static final int STREAM_RING = AudioSystem.STREAM_RING;
/** The audio stream for music playback */
public static final int STREAM_MUSIC = AudioSystem.STREAM_MUSIC;
/** The audio stream for alarms */
public static final int STREAM_ALARM = AudioSystem.STREAM_ALARM;
/** The audio stream for notifications */
public static final int STREAM_NOTIFICATION = AudioSystem.STREAM_NOTIFICATION;
/** @hide The audio stream for phone calls when connected to bluetooth */
public static final int STREAM_BLUETOOTH_SCO = AudioSystem.STREAM_BLUETOOTH_SCO;
/** @hide The audio stream for enforced system sounds in certain countries (e.g camera in Japan) */
public static final int STREAM_SYSTEM_ENFORCED = AudioSystem.STREAM_SYSTEM_ENFORCED;
/** The audio stream for DTMF Tones */
public static final int STREAM_DTMF = AudioSystem.STREAM_DTMF;
/** @hide The audio stream for text to speech (TTS) */
public static final int STREAM_TTS = AudioSystem.STREAM_TTS;

常用的有STREAM_VOICE_CALL退客，STREAM_MUSIC等焚虱，需要根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行選擇购裙。

sampleRateInHz和audioFormat需與AudioRecord中的參數(shù)保持一致，這里不再介紹鹃栽。

channelConfig與AudioRecord中的參數(shù)保持對(duì)應(yīng)躏率，比如AudioRecord選擇了AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO（單通道音頻輸入），這里需要選擇AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO（單通道音頻輸出）民鼓。

bufferSizeInBytes表述音頻播放緩沖區(qū)大小薇芝，同樣，也需要根據(jù)AudioTrack的靜態(tài)方法getMinBufferSize來獲取丰嘉。

static public int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) 

sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat三個(gè)參數(shù)與上面的含義完全一樣恩掷，代表輸出音頻的采樣率、通道以及數(shù)據(jù)輸出的格式供嚎。

最后說明下mode和AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE黄娘。mode代表音頻輸出的模式：MODE_STATIC或MODE_STREAM，分別表示靜態(tài)模式和流模式克滴。AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE表示AudioSessionId逼争，即AudioTrack依附到哪個(gè)音頻會(huì)話。

比如劝赔，要給AudioRecord添加回聲消除AcousticEchoCanceler誓焦，AcousticEchoCanceler的構(gòu)建方法create的入?yún)⒕褪莝essionId，通過AudioRecord實(shí)例的getAudioSessionId()方法獲取。

綜上杂伟，AudioTrack的初始化方法如下：

public Tracker() {
    // 獲取音頻數(shù)據(jù)緩沖段大小
    outAudioBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(
            Constants.sampleRateInHz, Constants.outputChannelConfig, Constants.audioFormat);
    // 初始化音頻播放
    audioTrack = new AudioTrack(Constants.streamType,
            Constants.sampleRateInHz, Constants.outputChannelConfig, Constants.audioFormat,
            outAudioBufferSize, Constants.trackMode);
}

其中移层，參數(shù)設(shè)置如下：

// 音頻播放端
public static final int streamType = AudioManager.STREAM_VOICE_CALL;
// 輸出單聲道
public static final int outputChannelConfig = AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO;
// 音頻輸出模式
public static final int trackMode = AudioTrack.MODE_STREAM;

二、Speex編解碼

Speex是一個(gè)聲音編碼格式赫粥，目標(biāo)是用于網(wǎng)絡(luò)電話观话、線上廣播使用的語音編碼，基于CELP（一種語音編碼算法）開發(fā)越平，Speex宣稱可以免費(fèi)使用频蛔，以BSD授權(quán)條款開放源代碼。

Speex是由C語言開發(fā)的音頻處理庫秦叛，在Android中使用晦溪，需要通過JNI來調(diào)用。因此挣跋，對(duì)NDK開發(fā)不熟悉的朋友三圆，可以先了解下文檔：向您的項(xiàng)目添加 C 和 C++ 代碼。

在Android Studio中使用C/C++庫有兩種方式：cmake和ndk-build避咆。cmake是最新支持的方法嫌术，通過配置CMakeLists.txt文件來實(shí)現(xiàn)；ndk-build是傳統(tǒng)的方式牌借，通過配置Android.mk文件來實(shí)現(xiàn)度气。具體語法參考相關(guān)文檔，這里不做深入介紹膨报。配置完上述文件之后磷籍，需要將Gradle關(guān)聯(lián)到原生庫，通過AS的Link C++ Project with Gradle功能實(shí)現(xiàn)现柠。

完成上述配置之后院领，正式開始在Android中使用Speex進(jìn)行音頻編解碼。主要包括以下步驟：

1. 下載Speex源碼够吩。推薦使用Speex 1.2.0穩(wěn)定版比然，由于目前Speex 已不再繼續(xù)維護(hù)，官方建議使用Opus周循。但在某些場(chǎng)合强法，使用Speex已然足夠滿足需求。
   
   Speex源碼
2. 在src/main下創(chuàng)建jni文件夾湾笛，將上述Speex源碼中include和libspeex文件夾拷貝到jni文件夾下饮怯。
3. 編寫Android.mk文件和Application.mk文件。
   Android.mk：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_LDLIBS :=-llog
LOCAL_MODULE    := libspeex
LOCAL_CFLAGS = -DFIXED_POINT -DUSE_KISS_FFT -DEXPORT="" -UHAVE_CONFIG_H
LOCAL_C_INCLUDES := $(LOCAL_PATH)/include
LOCAL_SRC_FILES := speex_jni.cpp \
        ./libspeex/bits.c \
        ./libspeex/cb_search.c \
        ./libspeex/exc_10_16_table.c \
        ./libspeex/exc_10_32_table.c \
        ./libspeex/exc_20_32_table.c \
        ./libspeex/exc_5_256_table.c \
        ./libspeex/exc_5_64_table.c \
        ./libspeex/exc_8_128_table.c \
        ./libspeex/filters.c \
        ./libspeex/gain_table_lbr.c \
        ./libspeex/gain_table.c \
        ./libspeex/hexc_10_32_table.c \
        ./libspeex/hexc_table.c \
        ./libspeex/high_lsp_tables.c \
        ./libspeex/kiss_fft.c \
        ./libspeex/kiss_fftr.c \
        ./libspeex/lpc.c \
        ./libspeex/lsp_tables_nb.c \
        ./libspeex/lsp.c \
        ./libspeex/ltp.c \
        ./libspeex/modes_wb.c \
        ./libspeex/modes.c \
        ./libspeex/nb_celp.c \
        ./libspeex/quant_lsp.c \
        ./libspeex/sb_celp.c \
        ./libspeex/smallft.c \
        ./libspeex/speex_callbacks.c \
        ./libspeex/speex_header.c \
        ./libspeex/speex.c \
        ./libspeex/stereo.c \
        ./libspeex/vbr.c \
        ./libspeex/vorbis_psy.c \
        ./libspeex/vq.c \
        ./libspeex/window.c \
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

Application.mk：

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a

4. 新建speex_config_types.h文件嚎研。在jni中speex源碼目錄下的include/speex文件夾下蓖墅，有一個(gè)speex_config_types.h.in文件，在include/speex目錄下創(chuàng)建speex_config_types.h，把speex_config_types.h.in的內(nèi)容拷貝過來论矾，然后把@SIZE16@改成short,把@SIZE32@改成int教翩，對(duì)應(yīng)Java數(shù)據(jù)類型。這個(gè)文件的內(nèi)容如下：

#ifndef __SPEEX_TYPES_H__
#define __SPEEX_TYPES_H__
typedef short spx_int16_t;
typedef unsigned short spx_uint16_t;
typedef int spx_int32_t;
typedef unsigned int spx_uint32_t;
#endif

5. 在Java層定義編解碼需要的接口贪壳。

public class Speex {
    static {
        try {
            System.loadLibrary("speex");
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public native int open(int compression);
    public native int getFrameSize();
    public native int decode(byte encoded[], short lin[], int size);
    public native int encode(short lin[], int offset, byte encoded[], int size);
    public native void close();
}

6. 在C層實(shí)現(xiàn)上述方法（以encode為例）饱亿。

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_jd_wly_intercom_audio_Speex_encode
    (JNIEnv *env, jobject obj, jshortArray lin, jint offset, jbyteArray encoded, jint size) {

    jshort buffer[enc_frame_size];
    jbyte output_buffer[enc_frame_size];
    int nsamples = (size-1)/enc_frame_size + 1;
    int i, tot_bytes = 0;

    if (!codec_open)
        return 0;

    speex_bits_reset(&ebits);

    for (i = 0; i < nsamples; i++) {
        env->GetShortArrayRegion(lin, offset + i*enc_frame_size, enc_frame_size, buffer);
        speex_encode_int(enc_state, buffer, &ebits);
    }

    tot_bytes = speex_bits_write(&ebits, (char *)output_buffer, enc_frame_size);
    env->SetByteArrayRegion(encoded, 0, tot_bytes, output_buffer);

    return (jint)tot_bytes;
}

7. 命令行到Android.mk文件夾下，執(zhí)行命令ndk-build：

D:\dev\study\intercom\WlyIntercom\app\src\main\jni>ndk-build
[armeabi] Compile++ thumb: speex <= speex_jni.cpp
[armeabi] Compile thumb  : speex <= bits.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= cb_search.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_10_16_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_10_32_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_20_32_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_5_256_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_5_64_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= exc_8_128_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= filters.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= gain_table_lbr.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= gain_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= hexc_10_32_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= hexc_table.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= high_lsp_tables.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= kiss_fft.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= kiss_fftr.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= lpc.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= lsp_tables_nb.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= lsp.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= ltp.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= modes_wb.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= modes.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= nb_celp.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= quant_lsp.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= sb_celp.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= smallft.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= speex_callbacks.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= speex_header.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= speex.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= stereo.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= vbr.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= vorbis_psy.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= vq.c
[armeabi] Compile thumb  : speex <= window.c
[armeabi] StaticLibrary  : libstdc++.a
[armeabi] SharedLibrary  : libspeex.so
[armeabi] Install        : libspeex.so => libs/armeabi/libspeex.so

生成libs/armeabi/libspeex.so和對(duì)應(yīng)的obj文件寥袭，如需單獨(dú)使用，將上述過程生成的*.so包拷貝至jniLibs文件夾中关霸。

8. 最后传黄，在Android中通過Java去調(diào)用encode方法進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的編碼。

/**
 * 將raw原始音頻文件編碼為Speex格式
 *
 * @param audioData 原始音頻數(shù)據(jù)
 * @return 編碼后的數(shù)據(jù)
 */
public static byte[] raw2spx(short[] audioData) {
    // 原始數(shù)據(jù)中包含的整數(shù)個(gè)encFrameSize
    int nSamples = audioData.length / encFrameSize;
    byte[] encodedData = new byte[((audioData.length - 1) / encFrameSize + 1) * encodedFrameSize];
    short[] rawByte;
    // 將原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成spx壓縮的文件
    byte[] encodingData = new byte[encFrameSize];
    int readTotal = 0;
    for (int i = 0; i < nSamples; i++) {
        rawByte = new short[encFrameSize];
        System.arraycopy(audioData, i * encFrameSize, rawByte, 0, encFrameSize);
        int encodeSize = Speex.getInstance().encode(rawByte, 0, encodingData, rawByte.length);
        System.arraycopy(encodingData, 0, encodedData, readTotal, encodeSize);
        readTotal += encodeSize;
    }
    rawByte = new short[encFrameSize];
    System.arraycopy(audioData, nSamples * encFrameSize, rawByte, 0, audioData.length - nSamples * encFrameSize);
    int encodeSize = Speex.getInstance().encode(rawByte, 0, encodingData, rawByte.length);
    System.arraycopy(encodingData, 0, encodedData, readTotal, encodeSize);
    return encodedData;
}

這里設(shè)置了每幀處理160個(gè)short型數(shù)據(jù)队寇，壓縮比為5膘掰，每幀輸出為28個(gè)byte型數(shù)據(jù)。Speex壓縮模式特征如下：

Speex壓縮模式特征

原文綜合考慮音頻質(zhì)量佳遣、壓縮比和算法復(fù)雜度识埋，最后選擇了Mode 5。

private static final int DEFAULT_COMPRESSION = 5;

三零渐、Android語音對(duì)講項(xiàng)目系統(tǒng)架構(gòu)

再次說明窒舟，本文實(shí)現(xiàn)參考了論文：Android real-time audio communications over local wireless，因此系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

Android對(duì)講機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)包要經(jīng)過Record诵盼、Encoder惠豺、Transmission、Decoder风宁、Play這一鏈條的處理洁墙，這種數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)就是對(duì)講機(jī)核心抽象。鑒于這種場(chǎng)景戒财，本文的實(shí)現(xiàn)采用了責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式热监。責(zé)任鏈模式屬于行為型模式，表征對(duì)對(duì)象的某種行為饮寞。

創(chuàng)建型模式孝扛，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式幽崩、單例模式疗琉、建造者模式、原型模式歉铝。
結(jié)構(gòu)型模式盈简，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式柠贤、外觀模式香浩、橋接模式、組合模式臼勉、享元模式邻吭。
行為型模式，共十一種：策略模式宴霸、模板方法模式囱晴、觀察者模式、迭代子模式瓢谢、責(zé)任鏈模式畸写、命令模式、備忘錄模式氓扛、狀態(tài)模式枯芬、訪問者模式、中介者模式采郎、解釋器模式千所。

責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式的使用場(chǎng)景：在責(zé)任鏈模式里，很多對(duì)象里由每一個(gè)對(duì)象對(duì)其下家的引用而連接起來形成一條鏈蒜埋。請(qǐng)求在這個(gè)鏈上傳遞淫痰，直到鏈上的某一個(gè)對(duì)象決定處理此請(qǐng)求。發(fā)出這個(gè)請(qǐng)求的客戶端并不知道鏈上的哪一個(gè)對(duì)象最終處理這個(gè)請(qǐng)求整份，這使得系統(tǒng)可以在不影響客戶端的情況下動(dòng)態(tài)地重新組織和分配責(zé)任黑界。下面來看下具體的代碼：

首先定義一個(gè)JobHandler，代表每個(gè)對(duì)象皂林，其中包含抽象方法handleRequest()：

/**
 * 數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)
 *
 * @param <I> 輸入數(shù)據(jù)類型
 * @param <O> 輸出數(shù)據(jù)類型
 * @author yanghao1
 */
public abstract class JobHandler<I, O> {

    private JobHandler<O, ?> nextJobHandler;

    public JobHandler<O, ?> getNextJobHandler() {
        return nextJobHandler;
    }

    public void setNextJobHandler(JobHandler<O, ?> nextJobHandler) {
        this.nextJobHandler = nextJobHandler;
    }

    public abstract void handleRequest(I audioData);

    /**
     * 釋放資源
     */
    public void free() {

    }
}

JobHandler<I, O>表示輸入數(shù)據(jù)類型為I朗鸠，輸出類型為O。nextJobHandler表示下一個(gè)處理請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)础倍，其類型為JobHandler<O, ?>烛占，即輸入數(shù)據(jù)類型必須為上一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)類型。

繼承類必須實(shí)現(xiàn)抽象方法handleRequest()沟启，參數(shù)類型為I忆家，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的處理。free()方法實(shí)現(xiàn)資源的釋放德迹，繼承類可根據(jù)情況重寫該方法芽卿。這里分別定義Recorder、Encoder胳搞、Sender卸例、Receiver称杨、Decoder、Tracker筷转，均繼承自JobHandler姑原。

以Recorder、Encoder呜舒、Sender為例說明輸入側(cè)數(shù)據(jù)的處理（這里僅列出部分代碼锭汛，具體代碼參考github地址）：

/**
 * 音頻錄制數(shù)據(jù)格式ENCODING_PCM_16BIT，返回?cái)?shù)據(jù)類型為short[]
 *
 * @author yanghao1
 */
public class Recorder extends JobHandler<short[], short[]> {

    @Override
    public void handleRequest(short[] audioData) {
        if (audioRecord.getRecordingState() == AudioRecord.RECORDSTATE_STOPPED) {
            audioRecord.startRecording();
        }
        // 實(shí)例化音頻數(shù)據(jù)緩沖
        audioData = new short[inAudioBufferSize];
        audioRecord.read(audioData, 0, inAudioBufferSize);
        getNextJobHandler().handleRequest(audioData);
    }
}

Recorder完成音頻采集之后袭蝗，通過getNextJobHandler()方法獲取對(duì)下一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的引用唤殴，然后調(diào)用其方法handleRequest()，并且入?yún)㈩愋蜑?code>short[]到腥。Recorder的下一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)是Encoder朵逝，在Encoder的handleRequest()方法中，實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的編碼左电，其輸入類型為short[]廉侧，輸出為byte[]页响。

/**
 * 音頻編碼篓足，輸入類型為short[]，輸出為byte[]
 *
 * @author yanghao1
 */
public class Encoder extends JobHandler<short[], byte[]> {

    @Override
    public void handleRequest(short[] audioData) {
        byte[] encodedData = AudioDataUtil.raw2spx(audioData);
        getNextJobHandler().handleRequest(encodedData);
    }
}

Encoder的下一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)是Sender闰蚕，在Sender的handleRequest()方法中栈拖，通過多播（組播），將音頻編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給局域網(wǎng)內(nèi)的其它設(shè)備没陡。

/**
 * UDP多播發(fā)送
 *
 * @author yanghao1
 */
public class Sender extends JobHandler<byte[], byte[]> {

    @Override
    public void handleRequest(byte[] audioData) {
        DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(
                audioData, audioData.length, inetAddress, Constants.MULTI_BROADCAST_PORT);
        try {
            multicastSocket.send(datagramPacket);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最后涩哟，在AudioInput類的構(gòu)造函數(shù)中執(zhí)行對(duì)象之間的關(guān)系：

/**
 * 音頻錄制、編碼盼玄、發(fā)送線程
 *
 * @author yanghao1
 */
public class AudioInput implements Runnable {

    private Recorder recorder;
    private Encoder encoder;
    private Sender sender;
    private Handler handler;

    // 錄制狀態(tài)
    private boolean recording = false;

    public AudioInput(Handler handler) {
        this.handler = handler;
        initJobHandler();
    }

    /**
     * 初始化錄制贴彼、編碼、發(fā)送埃儿，并指定關(guān)聯(lián)
     */
    private void initJobHandler() {
        recorder = new Recorder();
        encoder = new Encoder();
        sender = new Sender(handler);
        recorder.setNextJobHandler(encoder);
        encoder.setNextJobHandler(sender);
    }
}

即：在界面初始化AudioInput對(duì)應(yīng)的線程的時(shí)候器仗，就完成這些類的實(shí)例化，并指定Recorder的下一個(gè)處理者是Encoder童番，Encoder的下一個(gè)處理者是Sender精钮。這樣使得整個(gè)處理流程非常靈活，比如剃斧，如果暫時(shí)沒有開發(fā)編解碼的過程轨香，在Encoder的handleRequest()方法中直接指定下一個(gè)處理者：

public class Encoder extends JobHandler {

    @Override
    public void handleRequest(byte[] audioData) {
        getNextJobHandler().handleRequest(audioData);
    }
}

同樣的，在初始化AudioOutput對(duì)應(yīng)的線程時(shí)幼东，完成Receiver臂容、Decoder科雳、Tracker的實(shí)例化，并且指定Receiver的下一個(gè)處理者是Decoder策橘、Decoder的下一個(gè)處理者是Tracker炸渡。

在Activity中，分別申明輸入丽已、輸出Runable蚌堵、線程池對(duì)象、界面更新Handler：

// 界面更新Handler
private AudioHandler audioHandler = new AudioHandler(this);

// 音頻輸入沛婴、輸出Runable
private AudioInput audioInput;
private AudioOutput audioOutput;

// 創(chuàng)建緩沖線程池用于錄音和接收用戶上線消息（錄音線程可能長(zhǎng)時(shí)間不用吼畏，應(yīng)該讓其超時(shí)回收）
private ExecutorService inputService = Executors.newCachedThreadPool();

// 創(chuàng)建循環(huán)任務(wù)線程用于間隔的發(fā)送上線消息，獲取局域網(wǎng)內(nèi)其他的用戶
private ScheduledExecutorService discoverService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

// 設(shè)置音頻播放線程為守護(hù)線程
private ExecutorService outputService = Executors.newSingleThreadExecutor(new ThreadFactory() {
    @Override
    public Thread newThread(@NonNull Runnable r) {
        Thread thread = Executors.defaultThreadFactory().newThread(r);
        thread.setDaemon(true);
        return thread;
    }
});

可能有的同學(xué)會(huì)覺得這里的責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式用法并非真正的責(zé)任鏈嘁灯，真正的責(zé)任鏈模式要求一個(gè)具體的處理者對(duì)象只能在兩個(gè)行為中選擇一個(gè)：一是承擔(dān)責(zé)任泻蚊，而是把責(zé)任推給下家。不允許出現(xiàn)某一個(gè)具體處理者對(duì)象在承擔(dān)了一部分責(zé)任后又把責(zé)任向下傳的情況丑婿。
本文中責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式的用法確實(shí)不是嚴(yán)格的責(zé)任鏈模式性雄，但學(xué)習(xí)的目的不就是活學(xué)活用嗎？

Android線程池

上述代碼涉及Android中的線程池羹奉，與Android線程池相關(guān)的類包括：Executor秒旋，Executors，ExecutorService诀拭，Future迁筛，Callable，ThreadPoolExecutor等耕挨，為了理清它們之間的關(guān)系细卧，首先從Executor開始：

• Executor接口中定義了一個(gè)方法 execute(Runnable command)，該方法接收一個(gè) Runable實(shí)例筒占，它用來執(zhí)行一個(gè)任務(wù)贪庙，任務(wù)即一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Runnable 接口的類。
• ExecutorService接口繼承自Executor 接口翰苫，它提供了更豐富的實(shí)現(xiàn)多線程的方法止邮，比如，ExecutorService提供了關(guān)閉自己的方法革骨，以及可為跟蹤一個(gè)或多個(gè)異步任務(wù)執(zhí)行狀況而生成Future 的方法农尖。 可以調(diào)用ExecutorService 的shutdown()方法來平滑地關(guān)閉 ExecutorService，調(diào)用該方法后良哲，將導(dǎo)致 ExecutorService停止接受任何新的任務(wù)且等待已經(jīng)提交的任務(wù)執(zhí)行完成(已經(jīng)提交的任務(wù)會(huì)分兩類：一類是已經(jīng)在執(zhí)行的盛卡，另一類是還沒有開始執(zhí)行的)，當(dāng)所有已經(jīng)提交的任務(wù)執(zhí)行完畢后將會(huì)關(guān)閉 ExecutorService筑凫。因此我們一般用該接口來實(shí)現(xiàn)和管理多線程滑沧。
• Executors 提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)建線程池并村，返回的線程池都實(shí)現(xiàn)了 ExecutorService接口。包括：
  • newCachedThreadPool()
    創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池滓技，如果線程池長(zhǎng)度超過處理需要哩牍，可靈活回收空閑線程，若無可回收令漂，則新建線程膝昆；
  • newFixedThreadPool(int)
    創(chuàng)建一個(gè)定長(zhǎng)線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)叠必，超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待荚孵。
  • newScheduledThreadPool(int)
    創(chuàng)建一個(gè)定長(zhǎng)線程池，支持定時(shí)及周期性任務(wù)執(zhí)行纬朝。
  • newSingleThreadExecutor()
    創(chuàng)建一個(gè)單線程化的線程池收叶，它只會(huì)用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級(jí))執(zhí)行共苛。
• Callable接口與Runnable接口類似判没，ExecutorService的<T> Future<T> submit(Callable<T> task)方法接受Callable作為入?yún)ⅲ?Java 5 之后隅茎，任務(wù)分兩類：一類是實(shí)現(xiàn)了 Runnable接口的類澄峰，一類是實(shí)現(xiàn)了 Callable 接口的類。兩者都可以被 ExecutorService 執(zhí)行患膛，但是 Runnable任務(wù)沒有返回值摊阀，而 Callable任務(wù)有返回值耻蛇。并且Callable 的call()方法只能通過ExecutorService 的 submit(Callable task)方法來執(zhí)行踪蹬，并且返回一個(gè) Future，是表示任務(wù)等待完成的Future臣咖。
• ThreadPoolExecutor繼承自AbstractExecutorService跃捣，AbstractExecutorService實(shí)現(xiàn)了ExecutorService接口。ThreadPoolExecutor的構(gòu)造器由于參數(shù)較多夺蛇，不宜直接暴露給使用者愿伴。所以粘室，Executors 中定義 ExecutorService實(shí)例的工廠方法，其實(shí)是通過定義ThreadPoolExecutor不同入?yún)韺?shí)現(xiàn)的。

下面來看下ThreadPoolExecutor的構(gòu)造器方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) {

    if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();

    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();

    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

其中蹦误，corePoolSize表示線程池中所保存的核心線程數(shù)，包括空閑線程猾瘸；maximumPoolSize表示池中允許的最大線程數(shù)勉盅；keepAliveTime表示線程池中的空閑線程所能持續(xù)的最長(zhǎng)時(shí)間；unit表示時(shí)間的單位牺氨；workQueue表示任務(wù)執(zhí)行前保存任務(wù)的隊(duì)列狡耻，僅保存由execute 方法提交的Runnable任務(wù)墩剖；threadFactory表示線程創(chuàng)建的工廠，指定線程的特性夷狰，比如前面代碼中設(shè)置音頻播放線程為守護(hù)線程岭皂；handler表示隊(duì)列容量滿之后的處理方法。

ThreadPoolExecutor對(duì)于傳入的任務(wù)Runnable有如下處理流程：

1. 如果線程池中的線程數(shù)量少于corePoolSize沼头，即使線程池中有空閑線程爷绘，也會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來執(zhí)行新添加的任務(wù)；
2. 如果線程池中的線程數(shù)量大于等于corePoolSize进倍，但緩沖隊(duì)列workQueue 未滿揉阎，則將新添加的任務(wù)放到 workQueue中，按照 FIFO 的原則依次等待執(zhí)行（線程池中有線程空閑出來后依次將緩沖隊(duì)列中的任務(wù)交付給空閑的線程執(zhí)行）背捌；
3. 如果線程池中的線程數(shù)量大于等于 corePoolSize毙籽，且緩沖隊(duì)列 workQueue 已滿，但線程池中的線程數(shù)量小于maximumPoolSize毡庆，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來處理被添加的任務(wù)坑赡；
4. 如果線程池中的線程數(shù)量等于了maximumPoolSize，交由RejectedExecutionHandler handler處理么抗。

ThreadPoolExecutor主要用于某些特定場(chǎng)合毅否，即上述工廠方法無法滿足的時(shí)候，自定義線程池使用蝇刀。本文使用了三種特性的線程池工廠方法：newCachedThreadPool()螟加、newScheduledThreadPool(int)和newSingleThreadExecutor。

首先吞琐，對(duì)于錄音線程捆探，由于對(duì)講機(jī)用戶大部分時(shí)間可能是在聽，而不是說站粟。錄音線程可能長(zhǎng)時(shí)間不用黍图，應(yīng)該讓其超時(shí)回收，所以錄音線程宜使用CachedThreadPool奴烙；
其次助被，對(duì)于發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)的其它用戶的功能，該功能需要不斷循環(huán)執(zhí)行切诀，相當(dāng)于循環(huán)的向局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)送心跳信號(hào)揩环，因此宜使用ScheduledThreadPool；
最后幅虑，對(duì)于音頻播放線程丰滑，該線程需要一直在后臺(tái)執(zhí)行，且播放需要串行執(zhí)行翘单，因此使用SingleThreadExecutor吨枉，并設(shè)置為守護(hù)線程蹦渣，在UI線程（主線程是最后一個(gè)用戶線程）結(jié)束之后結(jié)束。

// 設(shè)置音頻播放線程為守護(hù)線程
private ExecutorService outputService = Executors.newSingleThreadExecutor(new ThreadFactory() {
    @Override
    public Thread newThread(@NonNull Runnable r) {
        Thread thread = Executors.defaultThreadFactory().newThread(r);
        thread.setDaemon(true);
        return thread;
    }
});

以上貌亭。詳細(xì)代碼請(qǐng)移步github：intercom 柬唯。