Framework中的连接管理机制

上一节《Wifi服务框架介绍》介绍了WIFI的大致框架，本文主要介绍连接管理中的几个重要角色，包括：NetworkInfo、NetworkAgent、ConnectivityService、ConnectivityManager等。

为了便于讨论，本文选取一个具体问题展开分析，那就是：当当前的网络连接变为不可用时，系统如何自动切换其他可用的网络连接的。

我们知道，当手机在使用移动数据上网时，如果进入WIFI环境，手机将会自动连上WIFI使用数据，而当WIFI失去覆盖或者关闭WIFI时，手机又会自动连上移动数据，那么这个机制是如何实现的呢？本文从WIFI框架触发，跟踪当WIFI被disconnect时，如何切换为数据网络。

一、WifiStateMachine更新状态

WifiStateMachine利用setNetworkDetailedState()方法更新WIFI状态，如果WIFI网络被断开后，就会将DISCONNECTED的状态传递给setNetworkDetailedState()，此时WifiStateMachine就会把状态先同步到NetworkInfo，然后再更新到NetworkAgent对象：

[java]
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private boolean setNetworkDetailedState(NetworkInfo.DetailedState state) {
boolean hidden = false;
if (state != mNetworkInfo.getDetailedState()) {
//更新NetworkInfo的状态
mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());
if (mNetworkAgent != null) {
//将最新状态发送到NetworkAgent
mNetworkAgent.sendNetworkInfo(mNetworkInfo);
}
sendNetworkStateChangeBroadcast(null);
return true;
}
return false;
}

到这里就不得不介绍一下NetworkInfo和NetworkAgent了。

二、NetworkInfo介绍

NetworkInfo用于标识一个网络连接的状态、类型等属性的，从其提供的public方法我们就能看出其提供了一个网络连接最基本的信息：

[java]
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@NetworkInfo.java
//获取网络类型，TYPE_MOBILE/TYPE_WIFI/TYPE_MOBILE_MMS等
public int getType() {}
//获取网络类型名称
public String getTypeName() {}
//网络是否是CONNECTED或者CONNECTING状态
public boolean isConnectedOrConnecting() {}
//网络是否是CONNECTED状态
public boolean isConnected() {}
//设置网络是否可用
public void setIsAvailable(boolean isAvailable) {}
//判断网络是否可用
public boolean isAvailable() {}
//是否漫游状态
public boolean isRoaming() {}
//设置漫游状态
public void setRoaming(boolean isRoaming) {}
//获取网络的state、mReason等信息
public DetailedState getDetailedState() {}

应用程序可以通过ConnectivityManager的getNetworkInfo()方法获取到该对象，并通过该对象查询当前的网络状态，比如可以这样获取当前是否有网络连接：

[java]
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private boolean isNetworkConnected() {
final ConnectivityManager connectivity = (ConnectivityManager) getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
if (connectivity == null) {
return false;
}
final NetworkInfo info = connectivity.getActiveNetworkInfo();
return info != null && info.isConnected();
}

上面是应用读取NetworkInfo的方法，那么当网络变化时，就应该由WIFI或者DATA去更新当前的NetworkInfo，而WifiStateMachine在setNetworkDetailedState中做的就是把当前的网络状态更新到NetworkInfo，即：

[java]
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mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());

更新完NetworkInfo之后，需要将其更新到ConnectivityManager才可被其他应用读取到，那么如何将其更新到ConnectivityManager呢？这就需要NetworkAgent来完成了。

三、NetworkAgent介绍

NetworkAgent的作用可以从其官方描述中略知一二：

[html]
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"A Utility class for handling for communicating between bearer-specific code and ConnectivityService."

这句话描述了NetworkAgent的作用：他是某个网络连接与ConnectivityService之间的通讯的工具。

接下来我们通过代码来认识一下他究竟如何在网络连接与ConnectivityService之间进行通讯。

先来看一下这个类的定义：

[java]
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public abstract class NetworkAgent extends Handler {}

我们发现，这是一个Handler的子类，并且他是一个抽象类（abstract），需要在子类中被实例化。

然后来看其构造方法：

[java]
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public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score) {
this(looper, context, logTag, ni, nc, lp, score, null);
}
public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
super(looper);
mContext = context;
if (ni == null || nc == null || lp == null) {
throw new IllegalArgumentException();
}
//获取ConnectivityManager对象，并向其注册自己
ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
}

我们看到其构造方法里面主要做了一件事情，获取ConnectivityManager对象，并通过registerNetworkAgent方式注册当前的NetworkAgent。

接下来我们插入两节来分别介绍另外两个对象：ConnectivityManager和ConnectivityService，然后再回头来看这里的registerNetworkAgent()方法。

四、ConnectivityService介绍

ConnectivityService是负责连接管理的大总管，他以Service的形式在系统初始化时就被创建：

[java]
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@SystemServer.java
public static final String CONNECTIVITY_SERVICE = "connectivity";
private void startOtherServices() {
try {
//创建ConnectivityService
connectivity = new ConnectivityService(context, networkManagement, networkStats, networkPolicy);
//注册的name为"connectivity"
ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);
networkStats.bindConnectivityManager(connectivity);
networkPolicy.bindConnectivityManager(connectivity);
} catch (Throwable e) {
reportWtf("starting Connectivity Service", e);
}
}

从上面知道，该Service在SystemServer中的name为"Connectivity"。知道了这一点就够了，至于ConnectivityService本身我们暂且不去关注。

五、ConnectivityManager介绍

与其他众多Manager一样，ConnectivityManager也是在ContextImpl中被创建的：

[java]
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@ContextImpl.java
registerService(CONNECTIVITY_SERVICE, new ServiceFetcher() {
public Object createService(ContextImpl ctx) {
IBinder b = ServiceManager.getService(CONNECTIVITY_SERVICE);
return new ConnectivityManager(IConnectivityManager.Stub.asInterface(b));
}});

从这里我们看到，创建ConnectivityManager时传递了一个name为CONNECTIVITY_SERVICE的服务对象，这个对象就是刚才我们向SystemServer注册的ConnectivityService。然后来看ConnectivityManager的构造方法：

[java]
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@ConnectivityManager.java
public ConnectivityManager(IConnectivityManager service) {
mService = checkNotNull(service, "missing IConnectivityManager");
}

这里我们看到，构造方法里面只是将参数ConnectivityService传递给mService对象就完了。

好了，ConnectivityManager我们了解这么多就够了。下面继续我们NetworkAgent的初始化流程。

六、继续NetworkAgent初始化流程

现在我们继续NetworkAgent的初始化流程，这个流程中包含AsyncChannel的使用，不了解的同学可以在这里了解其使用方法和机制。

6.1、NetworkAgent向ConnectivityService注册过程

前面我们说道，NetworkAgent初始化的时候只做了一个事情，就是向ConnectivityManager注册自己，现在我们继续看该注册过程：

[java]
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public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
super(looper);
mContext = context;
if (ni == null || nc == null || lp == null) {
throw new IllegalArgumentException();
}
//获取ConnectivityManager对象，并向其注册自己
ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
}

在调用注册方法时传递了六个参数，其中有三个比较重要的参数，都是从构造方法的参数中获取并重新new出来的，其分别是：

1、new Messenger(this)

2、new NetworkAgent(ni)

3、new NetworkCapabilities(nc)

需要注意的是，这里new出来的三个对象的来源，都应该是NetworkAgent子类被初始化时传递给构造方法的。

然后我们继续来看ConnectivityManager的registerNetworkAgent()方法。

[java]
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@ConnectivityManager.java
public void registerNetworkAgent(Messenger messenger, NetworkInfo ni, LinkProperties lp, NetworkCapabilities nc, int score, NetworkMisc misc) {
try {
mService.registerNetworkAgent(messenger, ni, lp, nc, score, misc);
} catch (RemoteException e) { }
}

经过前面的介绍我们现在知道，这里的mService就是ConnectivityService，继续来看接下来的流程：

[java]
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@ConnectivityService.java
public void registerNetworkAgent(Messenger messenger, NetworkInfo networkInfo, LinkProperties linkProperties, NetworkCapabilities networkCapabilities, int currentScore, NetworkMisc networkMisc) {
//权限检查
enforceConnectivityInternalPermission();
//创建NetworkAgentInfo对象
NetworkAgentInfo nai = new NetworkAgentInfo(messenger, new AsyncChannel(),
new NetworkInfo(networkInfo), new LinkProperties(linkProperties),
new NetworkCapabilities(networkCapabilities), currentScore, mContext, mTrackerHandler,
new NetworkMisc(networkMisc));
synchronized (this) {
nai.networkMonitor.systemReady = mSystemReady;
}
//向自己Handler发送EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT消息
mHandler.sendMessage(mHandler.obtainMessage(EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT, nai));
}

在ConnectivityService的registerNetworkAgent中做了两件事情：

1、创建NetworkAgentInfo对象；

2、向Handler发送EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT消息；

其中创建NetworkAgentInfo时，传递了九个参数，我们只关注其中三个，分别是：

1、messenger ----这个参数是registerNetworkAgent的参数，从NetworkAgent传递过来

2、new AsyncChannel() ----这是现在创建的新对象

3、new NetworkCapabilities(NetworkCapabilities) ----这也是用NetworkAgent传递过来的参数创建的对象

然后我们来看ConnectivityService对EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT的处理：

[java]
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private class InternalHandler extends Handler {
public void handleMessage(Message msg) {
NetworkInfo info;
switch (msg.what) {
case EVENT_REGISTER_NETWORK_AGENT: {
handleRegisterNetworkAgent((NetworkAgentInfo)msg.obj);
break;
}
}
}
}

继续看handleRegisterNetworkAgent()：

[java]
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private void handleRegisterNetworkAgent(NetworkAgentInfo na) {
mNetworkAgentInfos.put(na.messenger, na);
assignNextNetId(na);
//向NetworkAgentInfo的asyncChannel对象发起连接请求
na.asyncChannel.connect(mContext, mTrackerHandler, na.messenger);
NetworkInfo networkInfo = na.networkInfo;
na.networkInfo = null;
updateNetworkInfo(na, networkInfo);
}

这里我们看到，ConnectivityService向NetworkAgentInfo的asyncChannel对象发起connect请求，并且该AsyncChannel的srcHandler是mTrackerHandler，而dstMessenger对象是NetworkAgentInfo的messenger，那么这里的NetworkAgentInfo是哪里来的呢？

其实不难看出，这里的NetworkAgentInfo就是在registerNetworkAgent()中创建的，而dstMessenger自然就是NetworkAgent调用registerNetworkAgent()时传递进来的。

接下来，ConnectivityService将会利用获取到的NetworkAgent对象创建AsyncChannel双向通道。

6.2、ConnectivityService向NetworkAgent申请双向AsyncChannel过程

我们记得，NetworkAgent当初是这样调用registerNetworkAgent()的：

[java]
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@NetworkAgent.java
public NetworkAgent(Looper looper, Context context, String logTag, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score, NetworkMisc misc) {
ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)mContext.getSystemService( Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
cm.registerNetworkAgent(new Messenger(this), new NetworkInfo(ni), new LinkProperties(lp), new NetworkCapabilities(nc), score, misc);
}

因此ConnectivityService中的dstMessenger其实就是NetworkAgent，准确来说应该是NetworkAgent的子类。

从AsyncChannel的机制我们知道，当利用其发起connect请求时，其将会触发单向连接过程，此时srcHandler(也就是mTrackerHandler)将会收到CMD_CHANNEL_HALF_CONNECTED的消息：

[java]
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private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
public void handleMessage(Message msg) {
NetworkInfo info;
switch (msg.what) {
case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_HALF_CONNECTED: {
handleAsyncChannelHalfConnect(msg);
break;
}
}
}
}

继续来看handleAsyncChannelHalfConnect：

[java]
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private void handleAsyncChannelHalfConnect(Message msg) {
AsyncChannel ac = (AsyncChannel) msg.obj;
if (mNetworkFactoryInfos.containsKey(msg.replyTo)) {
} else if (mNetworkAgentInfos.containsKey(msg.replyTo)) {
if (msg.arg1 == AsyncChannel.STATUS_SUCCESSFUL) {
//向AsyncChannel发送消息
mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo).asyncChannel.sendMessage(AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION);
} else {
}
}
}

这里我们看到，此刻ConnectivityService通过AsyncChannel向dstMessenger发送了CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION的消息，从AsyncChannel的机制我们想到，这个消息应该是在向NetworkAgent申请双向通道。

那么NetworkAgent究竟会如何处理该请求呢？

由于前面我们介绍过，NetworkAgent是抽象类，他需要在子类中被实例化，那么对于WIFI环境来说，他的子类就是在WifiStateMachine中的WifiNetworkAgent对象。

现在我们再回到WifiStateMachine中，我们可以看到，在L2ConnectedState状态机被初始化时将会创建WifiNetworkAgent对象：

[java]
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class L2ConnectedState extends State {
@Override
public void enter() {
mNetworkAgent = new WifiNetworkAgent(getHandler().getLooper(), mContext, "WifiNetworkAgent", mNetworkInfo, mNetworkCapabilitiesFilter, mLinkProperties, 60);
}
}

然后来看该WifiNetworkAgent的定义：

[java]
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@WifiStateMachine.java
private class WifiNetworkAgent extends NetworkAgent {
public WifiNetworkAgent(Looper l, Context c, String TAG, NetworkInfo ni, NetworkCapabilities nc, LinkProperties lp, int score) {
super(l, c, TAG, ni, nc, lp, score);
}
protected void unwanted() {
if (this != mNetworkAgent) return;
unwantedNetwork(network_status_unwanted_disconnect);
}

protected void networkStatus(int status) {
if (status == NetworkAgent.INVALID_NETWORK) {
unwantedNetwork(network_status_unwanted_disable_autojoin);
}
}
}

从这里我们看到，WifiNetworkAgent并没有覆盖父类NetworkAgent中的handleMessage方法，那么也就是说，当ConnectivityService向WifiNetworkAgent发送AsyncChannel请求时，该请求应该在NetworkAgent中被处理，也就是这里：

[java]
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@NetworkAgent.java
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULL_CONNECTION: {
if (mAsyncChannel != null) {
} else {
//创建WifiNetworkAgent中的AsyncChannel对象
AsyncChannel ac = new AsyncChannel();
//完成双向通道连接动作
ac.connected(null, this, msg.replyTo);
ac.replyToMessage(msg, AsyncChannel.CMD_CHANNEL_FULLY_CONNECTED, AsyncChannel.STATUS_SUCCESSFUL);
synchronized (mPreConnectedQueue) {
mAsyncChannel = ac;
for (Message m : mPreConnectedQueue) {
ac.sendMessage(m);
}
mPreConnectedQueue.clear();
}
}
break;
}
}
}

从这个handleMessage()中我们看到，对于ConnectivityService发起的CMD_CHANNEL_FULLY_CONNECTED申请，WifiNetworkAgent创建了自己的AsyncChannel对象并连接上然后发送了STATUS_SUCCESSFUL的消息。

经过以上过程，在ConnectivityService与WifiNetworkAgent之间就建立了双向的AsyncChannel通道。

以下是整个WifiNetworkAgent的初始化流程：

七、WIFI的断开过程

现在我们再回到WifiStateMachine对当前WIFI状态的更新过程中。当WIFI断开时，WifiStateMachine将会通过setNetworkDetailedState()更新当前WIFI的NetworkInfo对象，并将其传递给WifiNetworkAgent：

[java]
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private boolean setNetworkDetailedState(NetworkInfo.DetailedState state) {
boolean hidden = false;
if (state != mNetworkInfo.getDetailedState()) {
//更新NetworkInfo的状态
mNetworkInfo.setDetailedState(state, null, mWifiInfo.getSSID());
if (mNetworkAgent != null) {
//将最新状态发送到NetworkAgent
mNetworkAgent.sendNetworkInfo(mNetworkInfo);
}
sendNetworkStateChangeBroadcast(null);
return true;
}
return false;
}

然后我们来看NetworkAgent如何将最新的networkInfo传递到ConnectivityService中去：

[java]
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@NetworkAgent.java
public void sendNetworkInfo(NetworkInfo networkInfo) {
queueOrSendMessage(EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED, new NetworkInfo(networkInfo));
}

继续：

[java]
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private void queueOrSendMessage(int what, Object obj) {
synchronized (mPreConnectedQueue) {
if (mAsyncChannel != null) {
//通过AsyncChannel发送请求
mAsyncChannel.sendMessage(what, obj);
} else {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
msg.obj = obj;
mPreConnectedQueue.add(msg);
}
}
}

到这里我们发现，NetworkAgent将最新的NetworkInfo作为一个Object放入一个EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED的消息中，然后通过AsyncChannel发送出去。那么这个消息发送到哪里了呢？

此时我们应该能够想到，当初是ConnectivityService与WifiNetworkAgent创建了双向的AsyncChannel通道，那么此时的消息当然就会发送给ConnectivityService了，并且该消息将会在其NetworkStateTrackerHandler中被处理：

[java]
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@ConnectivityService.java
private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
public void handleMessage(Message msg) {
NetworkInfo info;
switch (msg.what) {
case NetworkAgent.EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED: {
//拿到消息中最新的NetworkInfo信息
NetworkAgentInfo nai = mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo);
if (nai == null) {
loge("EVENT_NETWORK_INFO_CHANGED from unknown NetworkAgent");
break;
}
info = (NetworkInfo) msg.obj;
//通过updateNetworkInfo来进行更新
updateNetworkInfo(nai, info);
break;
}
}
}
}

然后我们继续来看updateNetworkInfo()的操作：

[java]
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private void updateNetworkInfo(NetworkAgentInfo networkAgent, NetworkInfo newInfo) {
NetworkInfo.State state = newInfo.getState();
NetworkInfo oldInfo = null;
synchronized (networkAgent) {
oldInfo = networkAgent.networkInfo;
//将最新的networkInfo更新到ConnectivityService
networkAgent.networkInfo = newInfo;
}

if (state == NetworkInfo.State.CONNECTED && !networkAgent.created) {
} else if (state == NetworkInfo.State.DISCONNECTED || state == NetworkInfo.State.SUSPENDED) {
//断开WIFI的NetworkAgent中的AsyncChannel
networkAgent.asyncChannel.disconnect();
}
}

在updateNetworkInfo()中，ConnectivityService将最新的NetworkInfo保存在networkAgent中，等待其他应用来获取。然后就向NetworkAgent的AsyncChannel发起disconnect()的请求，该请求将会在ConnectivityService中收到CMD_CHANNEL_DISCONNECTED的回应：

[java]
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private class NetworkStateTrackerHandler extends Handler {
public void handleMessage(Message msg) {
NetworkInfo info;
switch (msg.what) {
case AsyncChannel.CMD_CHANNEL_DISCONNECTED: {
handleAsyncChannelDisconnected(msg);
break;
}

}
}
}

继续来看handleAsyncChannelDisconnected()：

[java]
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private void handleAsyncChannelDisconnected(Message msg) {
NetworkAgentInfo nai = mNetworkAgentInfos.get(msg.replyTo);
if (nai != null) {
final ArrayList<NetworkAgentInfo> toActivate = new ArrayList<NetworkAgentInfo>();
for (int i = 0; i < nai.networkRequests.size(); i++) {
//当前网络断开，寻找可替代的网络连接
NetworkRequest request = nai.networkRequests.valueAt(i);
NetworkAgentInfo currentNetwork = mNetworkForRequestId.get(request.requestId);
if (currentNetwork != null && currentNetwork.network.netId == nai.network.netId) {
mNetworkForRequestId.remove(request.requestId);
sendUpdatedScoreToFactories(request, 0);
NetworkAgentInfo alternative = null;
}
}
}
}

在这里，将会取出当前断开的网络所能处理的NetworkRequest，然后在当前所有向ConnectivityService注册的列表中查找可替代的连接，并通过sendUpdatedScoreToFactories()向其发起连接请求：

[java]
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private void sendUpdatedScoreToFactories(NetworkAgentInfo nai) {
for (int i = 0; i < nai.networkRequests.size(); i++) {
NetworkRequest nr = nai.networkRequests.valueAt(i);
if (!isRequest(nr)) continue;
sendUpdatedScoreToFactories(nr, nai.getCurrentScore());
}
}

继续：

[java]
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private void sendUpdatedScoreToFactories(NetworkRequest networkRequest, int score) {
for (NetworkFactoryInfo nfi : mNetworkFactoryInfos.values()) {
nfi.asyncChannel.sendMessage(android.net.NetworkFactory.CMD_REQUEST_NETWORK, score, 0, networkRequest);
}
}

到这里将会向新的连接的NetworkFactoryInfo对象发起CMD_REQUEST_NETWORK的请求，之后相应的连接对象就可以建立连接了。

至此，从一个连接类型遍转换到另一个连接类型中。

以下是该过程的流程图：