Android LBS

前言

本文以项目AOSP的源码为参考，描述基于Android的定位服务的实现流程，包括GPS定位，网络定位，GeoCoder等服务。以代码执行流程为主线，一步步分析定位的实现流程。由于Android Binder采用C/S的架构模式，所以本文中就以客户端和服务器来称呼服务获取实体和服务实体。
定位流程图如下：

图 1-1

APP Layer Service

在使用user location之前，先了解如下一些概念：

1. 多路定位
   位置提供者可以是GPS、WiFi、Cell-ID等，它们对定位的精度、速度、能耗等各不相同。

2. 用户移动
   由于用户可能是在不断的移动，所以需要不断更新用户的位置。

3. 定位频率
   位置提供者按照指定的频率向位置需求者报告定位数据。

1.1 获取定位服务

得到用户位置，首先要获取LocationManager对象，该对象可以通过getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE)获取，如图1-1所以。

上图所以，获得LocationManager对象实例locationManager，调用该对象的requestLocationUpdates()方法注册位置更新。该方法需要传递指定位置提供者、最小时间间隔报告位置、最小移动距离报告位置以及被回调的LocationListener。

1.2 权限需求

从NETWORK_PROVIDER 或者GPS_PROVIDER获取位置更新，需要ACCESS_COARSE_LOCATION或者ACCESS_FINE_LOCATION 权限，如果同时用到NETWORK_PROVIDER 和GPS_PROVIDER，仅需要ACCESS_–FINE_LOCATION权限即可，因为该权限包含NETWORK_PROVIDER的权限。
到此，注册位置监听已完成，当有报告位置等变化时，LocationManager回调LocationListener方法。

Frameworks Layer Service

2.1 LocationListener分析

承接上文，分析LocationListener，这是非常简单的一个过程，代码实现也非常简洁，下图所示。

图 2-1

上图中，LocationManager回调onLocationChanged（）方法，报告位置数据，传递参数Location对象，接着看Location类

图 2-2

位置信息被封装到Location的对象中，开发者便可从该对象中提取数据。其它回调方法也比较简单，读者可自行阅读。Location对象的创建过程将在下文中分析。

2.2 LocationManager分析

在本文1.1中提到获取LocationManager对象，该对象实际是怎样操作定位的呢？下面，将深入分析。

2.2.1 LocationManager对象的实例化

以读者阅读源码的嗅觉，LocationManager对象通过get–SystemService(Context.LOCATION_SERVICE)方法获取，可知实际上这是一个基于Android Binder机制的C/S架构。通过阅读Activity的实例化过程可知道该过程会注册一系列的Service，读者如果对这一过程不了解，可自行先阅读相关知识。Service的注册过程在ContextImpl中实现，看下图。

图 2-3

上述代码中，ContextImpl实例化时，会注册LocationManager服务，ServiceManager.getService（LOCATION_SERVICE）方法通过Binder机制获取IBinder对象，如果读者不清楚ServiceManager、Binder、IBinder这一个过程，这是一件槽糕的事情，读者需要先行阅读Android Binder机制的知识。继续跟踪阅读ServiceManager.getService（LOCATION_SERVICE）中的LOCATION_SERVICE，如下图。

图 2-4

LOCATION_SERVICE的值是从Context中继承的，和getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE)中的Context.LOC–ATION_SERVICE是指向同一个变量，因此，客户端和服务器端通过LOCATION_SERVICE关联，从图2-1中创建LocationManager对象可知，客户端对象被封装在LocationManager对象中。关于客户端和服务器端将在下文中进行分析。

小节总结

本小节谈论到Android LBS服务实现基于Binder机制，Location–Manager通过封装客户端对象，从而实现对服务器端的操作。

2.2.2 注册位置服务

获取到LocationManager对象的实例后，在1.1节中，该实例通过如下方式注册LocationListener监听位置变化。

图 2-5

跟踪LocationManager的requestLocationUpdates方法，直接看代码。

图 2-6

该方法中，会创建一个LocationRequest的实例，不妨再看看LocationRequest是干什么用的，如下图

图 2-7

LocationRequest的实例创建过程非常简单，封装一些参数，是一个数据类型对象，这个对象携带的数据最终会传到Service使用，下文将会分析。
继续往下分析注册监听位置的过程，LocationRequest对象实例化完成后，调用如下方法

图 2-8

该方法的详情如下图

图 2-9

此过程会把LocationListener对象和ListenerTransport对象进行一个转换，把LocationListener对象保存到ILocationListener对象中。其中ILocationListener的实现过程也是通过Binder机制，也就是说LocationManager通过Binder请求服务，ListenerTransport通过Binder返回结果，感兴趣的读者可自行阅读。接着代码会调用mService的requestLocationUpdates方法，mService又是个什么东东呢？看下图

图 2-10

mService实质是一个ILocationManager对象，ILocationManager对象是做什么的呢？又是在什么时候被实例化的呢？前面2.2.1 中LocationManager对象的实例化过程中，如下图

图 2-11

继续查看LocationManager的构造方法，如下图

图 2-12

上图可见，在实例化LocationManager时mService被赋值，而从图2-11可知，mService实质是一个客户端对象，通过IBinder句柄从服务器端获取相对应的服务，对于ILocationManager.Stub.asInterface不了解的读者，可以自行先了解Android Binder机制。

本节小结

到此LocationManager的注册位置服务过程已经结束。在LocationManager的实现过程非常简单，实例化一些定位相关的对象后，最终调用客户端对象以服务器端就行交互。

2.2.3 Binder通信过程

上文提到mService调用requestLocationUpdates方法，通过Binder机制的原理可知，mService实质是ILocationManager.Stub.Proxy的对象实例，mService调用requestLocationUpdates方法实质是调用Proxy的requestLocationUpdates方法，查看该方法的实现如下图

图 2-13

图 2-14

Note：图2-13和图2-14是一个方法中的内容。
该方法接收一个LocationRequest对象和一个ILocationListener对象，这两个对象实例在上文中都有描述，通过request.writeToParcel方法将LocationRequest的实例中的数据转化到Parcel对象中，从而实现Java和C/C++通过JNI进行数据对象的转换。最终调用mRemote.transact方法把_data和_reply推送到底层，同时传递Stub.TRANSACTION_requestLocationUpdates参数，这个参数在后续内容用到，读者暂行记住。mRemote.transact方法后会推送数据到Binder驱动，触发相应的服务，如果读者不了解这个过程，可自行先了解Binder机制原理。

本节小结

本节描述了请求位置变化的Binder通信过程，LocationRequest和ILocationListener的转化过程，最终触发相应的服务器端，下面将分析服务器端的实现。

2.3 LocationManagerService的创建过程

在Android启动的过程中，会初始化一系列服务，这些服务运行在system_process进程中，如果读者不了解这个过程，可自行学习Android启动流程分析和Binder机制的知识。在SystemServer中初始化LocationManagerService，如下图

图 2-15

实例化LocationManagerService后，通过Service–Manager.addService方法把定位管理服务添加到service manager管理，注意Context.LOCATION_SERVICE参数，正好与上文中的2.2.1和2.2.2中的参数对应，所以LocationManager实质是与Location–ManagerService通过Binder进行通信。

2.3.1 LocationManagerService的实例化

LocationManagerService的实例化非常简单，如下图

图 2-16

LocationManagerService的实例化只是实例化一个AppOpsManager对象对应用进行跟踪，如果读者感兴趣可自行了解AppOpsManager的功能。

2.3.2 实例化Location Provider

LocationManagerService服务初始化完成后，将会继续执行下图的代码

图 2-17

locationF是LocationManagerService的对象，查看systemRunning方法，如下图

图 2-18

该方法中会创建LocationWorkerHandler对象，如下图

图 2-19

LocationWorkerHandler是一个工作线程，处理GPS Provider和Network Provider位置变化发送的message，这个处理过程在后面的内容再进行描述。接着调用loadProvidersLocked加载location provider（下文简称LP），过程如下

图 2-20

1） GpsLocationProvider
Gps LP是GPS定位Java层的最后通道，该LP创建过程非常简单
看看构造函数

图 2-21

图 2-22

图 2-23

首先是加载GPS设备的配置，启动ProviderHandler接收LP的数据变化报告，监听SUPL的数据短信或WAP_PUSH。配置加载分两种，一种是Android默认的配置，如下图

图 2-24

当然，实质上更多的是用设备厂商的配置，如下图

图 2-25

配置数据一般就是SUPL的相关参数，这些参数是为后面AGPS定位服务，主要包括SUPL的服务器地址以及端口号。配置数据加载完毕后，会调用setSuplHostPort方法，如下图

图 2-26

最终通过JNI调用本地代码，native_set_agps_server的方法如下

图 2-27

上图可以看到，sAGpsInterface不为空时，调用该对象的set_server函数，把agps参数传递给gps driver。关于sAGpsInterface将在下文中赘述。
图 2-23中提到listenForBroadcasts方法中会接收处理发往127.0.0.1:7275的数据短信和mime类型为application/vnd.–omaloc-supl-init的WAP_PUSH，收到信息后在Broadcast中处理，处理过程如下

图 2-28

接收到Intents.DATA_SMS_RECEIVED_ACTION)或Intents.WAP_–PUSH_RECEIVED_ACTION时分别调用checkSmsSuplInit(intent)和checkWapSuplInit(intent)，如下图

图 2-29

两个方法最终统一调用native_agps_ni_message，再看看该函数

图 2-30

最后也是调用sGpsNiInterface接口，和上文提到的sAGpsInterface同理，都是HAL与gps driver的通道，在下文在赘述它们。到此可见，SUPL数据的初始化通过Data SMS或WAP_PUSH的方式来实现。上文提到数据短信接收来此127.0.0.1:7275的消息，关于7275端口可参考OMA-SUPL的协议。
到此GpsLocationProvider的构造方法基本分析完毕，但是该lP的初始化还没有完成，因为还有一个static方法，如下图

图 2-31

该方法只调用本地的函数，该函数的部分截图如下

图 2-32

图 2-33

图 2-34

从图2-32到图2-34，init_native主要实现三个功能，第一个加载本地代码回调Java的方法，用于底层向上层报告定位的服务，其中报告位置变化的方法为reportLocation，这一过程在下文定位流程中分析。第二个过程是GPS定位中非常关键的一步，首先是通过hw_get_module函数加载GPS模块，GPS_HARDWARE_MODULE_ID的值是“gps”，了解Android的HAL可知，JNI通过HAL的hw_get_module函数建立JNI与HAL的通道，加载硬件模块代码，接着调用GPS模块的open函数打通HAL与硬件驱动的通道device，然后通过get_gps_interface函数返回sGpsInterface的对象，GpsInterface在HAL的gps.h中定义，如下图

图 2-35

到此可见，取得sGpsInterface对象，HAL与GPS driver的位置服务通道完全打通，sGpsInterface初始化完成后，如图2-34，将会加载sGpsInterface扩展功能，例如sAgpsInterface，这些Interface和sGpsInterface一样，都是HAL与driver通信的通道，实现不同的功能。

2）LocationProviderProxy
上文论述到GpsLocationProvider初始化的过程，下面将阐述网络LP（LocationProviderProxy）的初始化，从名字上可知这是代理设计模式，那么可以让Android不需要知道当前定位用的是什么网络定位方式，不管是WiFi，GSM，CDMA等等都可以实现定位。下面看LocationProviderProxy的创建过程，如下图：

图 2-36

上图中NetWork Provider并不像Gps Provider那样new出一个对象，而是调用static的createAndBind方法，方法中会传递一个Handler的对象，该对象实质是LocationWorkerHandler，和Gps LP一样，会接收后面位置变化的Message。倒数第二个参数config_locationProviderPackageNames，指定了Network Location的提供者，看下图

<string-array name="config_locationProviderPackageNames" translatable="false">
    <!-- The standard AOSP fused location provider -->
    <item>com.android.location.fused</item>
    <item>com.google.android.gms</item>
    <item>com.amap.android.ams</item>
    <item>com.baidu.location.fused</item>
</string-array>

图 2-37

可知，上图中配置了LP为com.android.location.fused、com.google.android.gms、com.baidu.map.location，这三个包名是怎样和系统NetWork LP以及LMS建立通信并提供服务呢？接着看createAndBind方法。

图 2-37

该方法很简单，直接new一个LocationProviderProxy对象，生成LPProxy后调用bind方法，该方法很重要，后面再析它，先看Location–ProviderProxy的实例化做了些什么，如下图

图 2-38

构造方法里面又创建了一个ServiceWatcher对象mService–Watcher，该对象很重要，是LPProxy和上面图2-37提到的应用通信的桥梁，ServiceWatcher实现了ServiceConnection接口，ServiceWatcher实现了什么功能呢，下面来分析它

图 2-39

初始化很简单，所做内容就是把传进来的包名取出来放到一个ArrayList对象initialPackageNames中。回到图2-38中，LPProxy和ServiceWatcher初始化完成后，执行bind方法，接着执行Service–Watcher的start方法，start方法部分代码如下：

图 2-40

接着调用bindBestPackageLocked方法，该方法主要实现目标应用程序的（图 2-37中的程序）的检测，检测成功后，调用bind–ToPackageLocked方法，方法实现如下

图 2-41

该方法是bind的最后执行方法，这个方法最重要，从上图可以看到，packageName是目标应用程序的包名，mAction是createAndBind方法的第三个参数，参数值为com.android.location.–service.v3.NetworkLocationProvider，然后调用bindServerAsUser方法，至此，网络定位LP的实现思路非常清晰了，网络LP实质提供的数据的是第三方应用，这些应用必须有一个Service，且该Service的名字必须是com.android.location.service.v3.NetworkLocationProvider。上文有提到ServiceWatcher实现了ServiceConnection接口，由Android Service组件可知，bindServerAsUser连接服务成功后，会回调ServiceConnection的onServiceConnected，直接上该方法的实现

图 2-42

该方法的代码很少，主要功能是把binder赋值给ServiceWatcher的变量mBinder，并执行Runnable mNewServiceWork，mNewService–Work在调用createAndBind时由倒数第二个参数传入，mNewServiceWork的实现如下

图 2-43

图 2-44

图2-44声明一个ILocationProvider对象servive，该对象通过调用getService方法实例化，看看getService的实现

图 2-45

图 2-46

由图2-43可知，mBinder对象是onServiceConnected方法回调的IBinder对象，由图2-46可知，通过句柄IBinder返回一个ILocation–Provider对象实例，到此，可知，目标应用程序的Service不仅必须命名为com.android.location.service.v3.NetworkLocationProvider，且必须有实现ILocationProvider的对象实例，LPProxy通过句柄IBinder获取到的ILocationProvider对象实例，通过Binder机制和应用程序端的ILocationProvider进行通信，这就是我们熟悉的Binder机制了。继续看mNewServiceWork的实现，图2-45中可以看到，ILocationProvider的实例service调用setRequest方法请求位置服务，ILocationProvider和Android的LocationProviderInterface一样，关于setRequest的作用在下文中分析。

本节小结

至此，Gps LP和NetWork LP的实现到此已经结束，回顾内容，Gps LP在初始化时做了很多底层操作，实现过程尤为复杂，主要是打开HAL和芯片通道，检测GPS芯片，初始化芯片，设置定位参数，开始定位。LocationProviderProxy实现LBS服务过程先绑定应用程序的服务，通过服务返回的句柄IBinder，通过句柄获取目标应用程序的ILocationProvider的对象实例，通过该对象实例向目标程序发送LBS服务请求，然后通过WorkSource实现数据报告，最终传送给上层应用程序。

2.4 定位流程在LocationManagerService中的过程

到这里，GPS LP和NetWork LP的创建和运行阐述完毕了，LP的叙述边幅这么长，不知读者是否还记得2.3节前面的内容，上层应用调用requestLocationUpdates到图2-14的mRemote.transact后，通过binder驱动，触发服务，最终执行到服务器端的onTransact方法，如下图（下面的代码是通过Binder机制运行在不同的进程中）

图 2-47

图 2-48

Note：图2-15和图2-16是一个方法中的内容
不知读者是否记得上面提到的Stub.TRANSACTION–_requestLocationUpdates参数，所以最终会执行图2-16中case TRANSACTION_requestLocationUpdates的代码。上图中的Location–Request正是LocationManager通过Binder传过来的LocationRequest对象实例，ILocationListener也正是上层应用传递过来的对象实例，从本地代码经过对象转换后，调用LocationManagerService的requestLocationUpdates方法， 最终会执行如下代码

图 2-49

图 2-50

接着调用LocationProviderListener的setRequest方法，和LocationProviderProxy中提到ILocationProvider实现一样，下面将以GpsLocationProvider为例阐述setRequest的工作过程。直接看代码

图 2-51

这里进行一个转发，最终执行下面的代码

图 2-52

继续往下看代码

图 2-53

匹配GPS定位的方式，然后调用本地的native_set_position_mode把定位模式和参数设置到GPS芯片，如下图

图 2-54

在上文提到Gps模块的初始化，在这里设置了定位模式，终于可以调用本地的native_start启动GPS芯片进行定位了，看本地的native_start的实现过程，如下

图 2-55

上文中有提到参数在本地方法的初始化，所以调用native_start时，实质执行了android_location_GpsLocationProvider_start的方法，sGpsInterface在GpsLocationProvider的创建过程中有阐述，是HAL和GPS驱动的通道，然后调用sGpsInterface的start方法开始定位，关于定位的过程，是硬件厂商不公开的代码，这些代码在上文中打开GPS模块时HAL加载gps模块的so库。定位成功后会回调location_callback函数，如下

图 2-56

在这里会回调到Java代码，如图method_reportLocation会回调到Java的什么方法呢，在上文GpsLocationProvider的创建过程的初始化是有提到，如图2-32，method_reportLocation函数调用实质是调用了Java的reportLocation方法，该方法如下

图 2-57

图 2-58

然后包定位的数据封装到Location的对象mLocation中，通过mILocationManager的reportLocation方法，mILocationManager是ILocationManager对象实例，该实例在GpsLocationProvider创建时被实例化，上文提到，GpsLocationProvider的创建过程在LocationManagerService中开始，回顾GpsLocationProvider的new过程，如下图

图 2-59

上图中的this对象正是mILocationManager的实例，所以，reportLocation.reportLocation是执行LocationManagerService的reportLocation方法，如下

图 2-60

这里在再把Locaton对象传出去，mLocationHandler在上文中有描述，以一个工作线程，是LocationWorkerHandler的对象，接收位置的变化。再经过一些处理和判断，最终执行下面的代码

图 2-61

上图中mListener正是上层应用通过Binder传送过来的ILocationListener对象实例，然后调用该对象的onLocationChanged方法，即通过Binder回调到图1-1中的方法。

本节小结

Gps定位到此终于结束，本节描述了上层应用通过发送定位请求到LocationManagerService后，LocationManagerService通过GpsLocationProvider调用GPS芯片进行定位的过程。

3 总结

本文详细描述了Android定位的过程，从APP层获取定位的方法，到Frameworks层，在通过Binder机制，连接到LocationManagerService，通过LP获取定位的数据，然后通过层层回调到APP层的过程。通过上文可知，GPS的定位在GpsLocationProvider就可以完成，然而网络定位是依赖第三方应用，实际中设备更多的是用到融合定位，即网络和GPS同时进行定位，这样可以提高定位速度和精度。在GPS定位中，目前大多设备并不是用标准的GPS模式进行定位，而是用AGPS来提高定位的速度和精度。上文中定位过程只是取得经纬度、海拔、速度、精度等数据，然而我们生活中更多的是用地理编码（道路、街道、邮政编号等）来描述位置，GeoCoder正是可以实现把GPS定位的数据转换成生活中通俗的表示。当然，实际中人们使用的都是地图类的应用，当用户看到地图上自己的位置时，地图应用可能已经做了很多工作，包括定位，GeoCoder，POI等众多服务。
感谢读者的信赖，由于作者知识有限，如发现文中有错误的地方，欢迎及时提出来以便更正！