Android Wifi模块梳理

本篇文章梳理三件事：
① wifi列表扫描与更新机制
② wifi连接实现与现状
③ wifi开关实现与现状

源码分析基于：android-13.0.0_r43

一、wifi列表扫描与更新机制

1.1 整体架构

应用层 (Application Layer)
    └── 用户应用
         |
框架层 (Framework Layer) wifi扫描结果集：ScanRequestProxy的Map<String, ScanResult> mLastScanResultsMap中
    └── WifiManager
         └── WifiServiceImpl (IWifiManager.Stub)
              └── WifiScanningServiceImpl (IWifiScanner.Stub)
                  └── WifiNative
                      |
硬件抽象层 (HAL)
    └── IWifiScannerImpl (WificondScannerImpl、HalWifiScannerImpl）
        |                                   
用户空间守护进程 (User Space Daemon)
    └── wificond
        | （netlink通信）
内核层 (Kernel Layer)
    └── WiFi 驱动（wpa_supplicant）

① 扫描流程
应用层通过IWifiManager#startScan binder call到system framework发起扫描请求，在IWifiScanner服务内完成整体数据封装及状态机扭转，根据状态的适合时机调用WifiNative与Hal通信，HAL 层接口实现将请求转发给 wificond（native 守护进程），由他收到请求并进行具体的操作，通过netlink与内核通信；

② 更新流程
内核将扫描结果返回给wificond，wificond从NL80211Packet套接字里取出数据，通过handle层层回调上传，最终更新framework层的ScanRequestProxy的Map<String, ScanResult> mLastScanResultsMap中。

1.2 wifi扫描触发机制

1）主动触发
app调用系统api，例如：IWifiManager#startScan、IWifiScanner#startScan 、ConnectivityManager#requestNetwork（发起网络连接弹窗前，会主动先触发一次wifi扫描，且不管成功失败都会循环扫描，直到用户点击确定连接）等。

2）周期触发
① 前置条件：WIFI开启 & 亮屏 & 未连接wifi & 自动开启WLAN（默认开启）
② 触发和重置事件：亮灭屏、网络状态切换（事件触发会检查前置条件）
③ 扫描频率:

在wifi设置页：固定10S一次（WifiTracker#onStart -> resumeScanning -> Scanner.resume）；
在非wifi设置页：20-160S一次（WifiConnectivityManager#startConnectivityScan --> startPeriodicScan --> startPeriodicSingleScan）；

1.3 wifi扫描更新详细流程梳理

以starScan为入口分析整体wifi列表扫描更新流程：

1.3.1 扫描流程

关键步骤总结：
① 应用层通过WifiManager#startScan发起扫描请求；
② 中间通过服务接口IWifiManager实现类WifiServiceImpl处理扫描请求；
③ 再交给服务接口IWifiScanner实现类WifiScanningServiceImpl 进一步处理请求，该服务更垂直于扫描任务，内部通过状态机管理扫描任务，同时调用底层接口进行扫描；
④ WifiScanningServiceImpl通过WifiNative调用HAL层；
⑤ HAL 层接口实现将请求转发给 wificond（native 守护进程），由他收到请求并进行具体的操作，与内核通信；
⑥ 内核层 WiFi 驱动处理扫描并返回结果 HAL通过与驱动通信，最终触发硬件进行实际Wifi扫描。

1.3.2 更新流程

关键步骤总结:
① 内核驱动完成wifi扫描后，通过 Netlink 消息将结果返回给用户空间；
② 扫描结果通过handler层层向上传递，最终到WifiScanner，由他回调扫描监听，更新ScanRequestProxy中的扫描结果缓存Map

二、wifi连接实现与现状

方案1：WifiManager#addNetwork & enableNetwork
结论：< android Q版本可静默连接， >= android Q版本被限制，额外需要android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW。

1）权限：

android.permission.CHANGE_WIFI_STATE
android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW

2）代码实现：

WifiManager wifiManager = (WifiManager) context.getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
        WifiConfiguration config = new WifiConfiguration();
        config.SSID = String.format("\"%s\"", WIFI_SSID);
        config.preSharedKey = String.format("\"%s\"", WIFI_PASSWORD); 
        
        try {
            int netId = wifiManager.addNetwork(config);
            boolean enableNetwork = wifiManager.enableNetwork(netId, true);
        } catch (Throwable e) {
            Log.i(TAG, "Failed to add network: " + e.getMessage());
        }

3）源码分析
调用栈：

① 添加网络
android.net.wifi.WifiManager#addNetwork
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#addOrUpdateNetwork // 条件限制：版本 系统应用 or 悬浮窗权限
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#addOrUpdateNetworkInternal
com.android.server.wifi.WifiConfigManager#addOrUpdateNetwork
com.android.server.wifi.WifiConfigManager#addOrUpdateNetworkInternal
添加网络最终加到ConfigurationMap中，并经由com.android.server.wifi.NetworkListStoreData持久化缓存在：/data/misc/apexdata/com.android.wifi.WifiConfigStore.xml里

② 连接网络
android.net.wifi.WifiManager#enableNetwork
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#enableNetwork // 条件限制：版本 系统应用 or 悬浮窗权限
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#triggerConnectAndReturnStatus
com.android.server.wifi.ConnectHelper#connectToNetwork
com.android.server.wifi.ConcreteClientModeManager#connectNetwork
com.android.server.wifi.ClientModeImpl#connectNetwork
send Message: CMD_CONNECT_NETWORK
com.android.server.wifi.ClientModeImpl#connectToUserSelectNetwork
com.android.server.wifi.ClientModeImpl#startConnectToNetwork
com.android.server.wifi.ClientModeImpl#connectToNetwork(WifiConfiguration config)
com.android.server.wifi.WifiNative#connectToNetwork(String ifaceName, WifiConfiguration configuration)
com.android.server.wifi.SupplicantStaIfaceHal#connectToNetwork 
com.android.server.wifi.SupplicantStaNetworkHalAidlImpl#select
hardware/interfaces/wifi/supplicant/1.0/ISupplicantStaNetwork.hal#select
最终将提供的网络配置添加到wpa_supplicant并启动连接

① WifiManager#addNetwork 和 #enableNetwork 限制条件：小于Q版本、系统应用或特权应用、悬浮窗权限。

mWifiPermissionsUtil.isTargetSdkLessThan：applicationInfo targetSdkVersion
isPrivileged：系统权限： checkPermission(android.Manifest.permission.NETWORK_SETTINGS checkPermission(android.Manifest.permission.NETWORK_SETUP_WIZARD checkPermission(android.Manifest.permission.NETWORK_STACK checkPermission(android.Manifest.permission.NETWORK_MANAGED_PROVISIONING mContext.getPackageManager().checkSignatures(i, 1000) == 0; 即：uid = 1000
isDeviceOrProfileOwner(callingUid, str): DeviceOwner: 设备所有者。android 5.0 引入，开放DevicePolicyManager更敏感的API能力。一个设备只能存在一个DeviceOwner,DeviceOwner应用不能被卸载，也无法在设置->安全中关闭权限, 生产环境没有好的静激活方式。 ProfileOwner:配置管理者，具有配置和管理设备用户配置文件（profile）的权限。实现需要系统权限：android.permission.MANAGE_USERS
mWifiPermissionsUtil.isSystem(str, callingUid)： applicationInfo flag = ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM | ApplicationInfo.FLAG_UPDATED_SYSTEM_APP

② addNetwork：添加网络最终会内存缓存在ConfigurationMap中，并且持久化缓存在：/data/misc/apexdata/com.android.wifi.WifiConfigStore.xml里，过程中暂时没有额外可干预添加的点；

③ enableNetwork: 从map中获取对应网络config，最终将其添加到wpa_supplicant并启动连接，过程中暂时没有额外可干预添加的点。

方案2：ConnectivityManager#requestNetwork
结论：>= android Q版本可以使用，没有额外限制，唯一问题就是会拉起Settings弹窗，用户交互点击连接，再实现连接，过程并不静默。

1）权限

android.permission.CHANGE_NETWORK_STATE

代码实现

@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.Q)
    public void requestNetwork(Context context) {
        // 构建 NetworkRequest 对象
        NetworkRequest networkRequest = new NetworkRequest.Builder()
                .addTransportType(NetworkCapabilities.TRANSPORT_WIFI)
                .setNetworkSpecifier(new WifiNetworkSpecifier.Builder().setSsid(WIFI_SSID).setWpa2Passphrase(WIFI_PASSWORD).build())
                .build();
        
        // 获取 ConnectivityManager 实例
        ConnectivityManager connectivityManager = (ConnectivityManager) context.getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
        
        ConnectivityManager.NetworkCallback networkCallback = new ConnectivityManager.NetworkCallback() {
            @Override
            public void onAvailable(Network network) {
            }

            @Override
            public void onUnavailable() {
            }

            @Override
            public void onLost(Network network) {
            }
        };

        // 注册网络回调
        connectivityManager.requestNetwork(networkRequest, networkCallback);
    }

3）源码分析
调用栈：

① system_server ConnectivityService#requestNetwork调用栈：
com.android.server.ConnectivityService#requestNetwork // type:REQUEST android.permission.CHANGE_NETWORK_STATE权限校验
com.android.server.ConnectivityService#getNriToRegister
com.android.server.ConnectivityService#handleRegisterNetworkRequest // 注册网络请求
com.android.server.ConnectivityService#rematchAllNetworksAndRequests // 评估所有网络请求与可用网络之间的匹配
com.android.server.ConnectivityService#issueNetworkNeeds()
com.android.server.ConnectivityService#informOffer
android.net.NetworkProvider.NetworkOfferCallbackProxy#onNetworkNeeded
com.android.wifi.x.android.net.NetworkFactoryImpl.handleAddRequest //添加网络请求
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory.needNetworkFor
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#startUi // 拉起com.android.settings.wifi.NetworkRequestDialogActivity

② com.android.settings 弹窗交互：
onResume注册WifiManager.NetworkRequestMatchCallback 
呼起Dialog，onClickRescanButton 回调 com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory.NetworkFactoryUserSelectionCallback#select

③ system_server WifiNetworkFactory#handleConnectToNetworkUserSelection调用栈：
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#handleConnectToNetworkUserSelection // 针对用户选择的网络发起连接
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#handleConnectToNetworkUserSelectionInternal
com.android.server.wifi.ActiveModeWarden#requestLocalOnlyClientModeManager
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory.ClientModeManagerRequestListener#onAnswer
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#handleClientModeManagerRetrieval
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#connectToNetwork{
...
com.android.server.wifi.WifiNetworkFactory#addNetworkToWifiConfigManager //添加WiFi
   - WifiConfigManager.addOrUpdateNetwork
...
com.android.server.wifi.ConnectHelper#connectToNetwork //连接WIFI
}

附：
                                                  ActiveModeWarden
                                                 /                \
                                                /                  \
                         ConcreteClientModeManager         DefaultClientModeManager
                       (Client Mode + Scan Only Mode)            (Wifi off)
                              /            \
                            /               \
                      ClientModeImpl       ScanOnlyModeImpl

方案3：WifiManager#addNetworkSuggestions
结论：只做建议添加，具体连接谁看系统。

1）权限

android.permission.CHANGE_WIFI_STATE

2）代码实现

 WifiManager wifiManager = (WifiManager) context.getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
        WifiNetworkSuggestion suggestion = new WifiNetworkSuggestion.Builder()
                .setSsid(WIFI_SSID)
                .setWpa2Passphrase(WIFI_PASSWORD)
                .setIsAppInteractionRequired(true)
                .build();
        List<WifiNetworkSuggestion> suggestionsList = new ArrayList<>();
        suggestionsList.add(suggestion);
        int status = wifiManager.addNetworkSuggestions(suggestionsList);

3）源码分析
调用栈

① 添加建议网络
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#addNetworkSuggestions
com.android.server.wifi.WifiNetworkSuggestionsManager#add

② 弹窗确认
com.android.server.wifi.WifiNetworkSuggestionsManager#sendUserApprovalDialog
com.android.server.wifi.WifiDialogManager#createSimpleDialog
com.android.server.wifi.WifiDialogManager.DialogHandle#launchDialog
com.android.settings.wifi.WifiDialogActivity#onCreate

③建立连接
com.android.settings.wifi.WifiDialog.WifiDialogListener#onSubmit

  @SystemApi
    @RequiresPermission(anyOf = {
            android.Manifest.permission.NETWORK_SETTINGS,
            android.Manifest.permission.NETWORK_SETUP_WIZARD,
            android.Manifest.permission.NETWORK_STACK
    })
android.net.wifi.WifiManager#connect(int, android.net.wifi.WifiManager.ActionListener)
// 弹窗点击取消或者确认后，弹窗不会再出现。

方案4：action: android.settings.WIFI_ADD_NETWORKS
拉起：com.android.settings.wifi.addappnetworks.AddAppNetworksActivity

1）内部实现分析：最终连接使用的系统api:

android.net.wifi.WifiManager#connect(WifiConfiguration, android.net.wifi.WifiManager.ActionListener)
 
 @SystemApi
    @RequiresPermission(anyOf = { 
            android.Manifest.permission.NETWORK_SETTINGS, // signature
            android.Manifest.permission.NETWORK_SETUP_WIZARD, // signature|setup
            android.Manifest.permission.NETWORK_STACK //signature
    })
    public void connect(@NonNull WifiConfiguration config, @Nullable ActionListener listener) {
        if (config == null) throw new IllegalArgumentException("config cannot be null");
        connectInternal(config, WifiConfiguration.INVALID_NETWORK_ID, listener);
    }

2）WifiManager#connect的底层调用栈：

android.net.wifi.WifiManager#connect
android.net.wifi.WifiManager#connectInternal
com.android.server.wifi.WifiServiceImpl#connect {
  ...
com.android.server.wifi.WifiConfigManager#addOrUpdateNetwork(WifiConfiguration, int)  //添加
  ...
com.android.server.wifi.ConnectHelper#connectToNetwork(ClientModeManager, NetworkUpdateResult, ActionListenerWrapper, int, String)  //连接
}

方案5：action:android.settings.panel.action.WIFI

com.android.settings/com.android.settings.panel.SettingsPanelActivity 仅仅拉起wifi面板，需要用户主动去连接wifi

汇集目前所有能实现wifi连接的方案，总结：

wifi连接整体分两步：1）添加wifi；2）连接wifi。

添加wifi所有方案都收敛于：WifiConfigManager#addOrUpdateNetwork(WifiConfiguration config, int uid)；
连接wifi所有方案都收敛于：ConnectHelper#connectToNetwork(NetworkUpdateResult result,ActionListenerWrapper wrapper, int callingUid,String packageName)

三、wifi开关实现与现状

Android 10之前：
权限：android.permission.CHANGE_WIFI_STATE、android.permission.ACCESS_WIFI_STATE

WifiManager wifiManager = (WifiManager) getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
boolean b = wifiManager.setWifiEnabled(true);

Android 10之后：该接口被限制，官方推荐方案(拉起设置面板来操作)

Intent panelIntent = new Intent(Settings.Panel.ACTION_WIFI);
startActivity(panelIntent);

限制代码分析：

总体来说就是：三方应用targetSdkVersion大于30就不能用了。

除了官方推荐的拉起系统面板来操作，还有没有更好的办法？
基于com.android.settings 利用activity弹dialog实现分析：

<activity android:theme="@android:style/Theme.DeviceDefault.Light.Dialog.Alert" android:name="com.android.settings.wifi.RequestToggleWiFiActivity" android:permission="android.permission.CHANGE_WIFI_STATE" android:exported="true" android:excludeFromRecents="true">
     <intent-filter>
            <action android:name="android.net.wifi.action.REQUEST_ENABLE"/>
            <action android:name="android.net.wifi.action.REQUEST_DISABLE"/>
            <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
     </intent-filter>
</activity>
 
 com.android.settings.wifi.RequestToggleWiFiActivity
         
  protected void onCreate(Bundle bundle) { 
        super.onCreate(bundle);
        getWindow().addSystemFlags(524288);
        this.mWiFiManager = (WifiManager) getSystemService(WifiManager.class);
        setResult(0);
        String stringExtra = getIntent().getStringExtra("android.intent.extra.PACKAGE_NAME"); // 需要传packageName
        if (TextUtils.isEmpty(stringExtra)) {
            finish();
            return;
        }
        try {
            this.mAppLabel = getPackageManager().getApplicationInfo(stringExtra, 0).loadSafeLabel(getPackageManager(), 1000.0f, 5);
            String action = getIntent().getAction();
            action.hashCode();
            // 接收action，更新mState。
            if (action.equals("android.net.wifi.action.REQUEST_ENABLE")) {
                this.mState = 1;
            } else if (action.equals("android.net.wifi.action.REQUEST_DISABLE")) {
                this.mState = 3;
            } else {
                finish();
            }
        } catch (PackageManager.NameNotFoundException unused) {
            Log.e("RequestToggleWiFiActivity", "Couldn't find app with package name " + stringExtra);
            finish();
        }
    }

    protected void onStart() {
        ...
        updateUi(); //拉起Dialog，根据mState触发mWiFiManager.setWifiEnabled，
    }

代码实现：

WifiManager wifiManager = (WifiManager) context.getApplicationContext().getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
Intent intent = new Intent();
intent.putExtra(Intent.EXTRA_PACKAGE_NAME, "com.android.settings"); // 必要条件
String action = wifiManager.isWifiEnabled() ? "android.net.wifi.action.REQUEST_DISABLE" : "android.net.wifi.action.REQUEST_ENABLE";
intent.setAction(action);
context.startActivity(intent);

效果：

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