audio结构体 audio_track_cblk_t

audio_track_cblk_t 是 Android 音频系统中实现 跨进程环形缓冲区（FIFO）同步 的核心数据结构，主要用于协调 AudioTrack（数据生产者）和 AudioFlinger（数据消费者）之间的音频数据传输。以下从结构体功能、成员变量、同步机制等角度进行详细解析：

一、核心功能

1. 环形缓冲区管理
   audio_track_cblk_t 作为共享内存控制块（Control Block），定义了环形缓冲区的读写位置、大小等元数据，支持 AudioTrack 和 AudioFlinger 跨进程同步数据。

2. 跨进程同步
   通过 Mutex 和 Condition 实现线程安全，确保生产者（应用层）和消费者（音频服务）对缓冲区的并发访问安全。

3. 音频参数传递
   包含采样率（sampleRate）、声道数（channels）、帧格式（format）等音频流配置参数，确保数据解析一致性。

二、关键成员变量

成员变量	作用	引用来源
user / userBase	生产者（AudioTrack）的当前写偏移和基准位置，用于计算实际写入地址
server / serverBase	消费者（AudioFlinger）的当前读偏移和基准位置，用于计算实际读取地址
frameCount	环形缓冲区的总帧容量（以音频帧为单位），决定缓冲区大小
buffers	指向环形缓冲区数据区域的起始地址，位于共享内存中 audio_track_cblk_t 结构体之后
mFutex	快速用户态互斥体（Futex），用于实现轻量级线程同步
mVolumeLR	立体声左右声道增益参数（浮点型），用于混音时的音量控制
mExtendedTimestampQueue	扩展时间戳队列，记录高精度时间戳以支持音视频同步

三、同步机制与操作

1. 无锁环形缓冲区
   使用原子操作（如 user 和 server 的更新）实现生产者和消费者的位置跟踪，避免传统锁带来的性能损耗。

2. 阻塞与非阻塞模式

   • 阻塞模式：当缓冲区满时，AudioTrack 的 write() 调用会阻塞等待可用空间。
   • 非阻塞模式：通过 framesAvailable() 检查可用空间，避免阻塞。

3. Futex 快速同步
   mFutex 变量用于实现轻量级等待/唤醒机制，减少内核态与用户态的切换开销。

四、应用场景

1. 音频流传输

   • Stream模式：动态分配共享内存，audio_track_cblk_t 位于缓冲区头部，支持实时数据流传输。
   • Static模式：预分配静态缓冲区，适用于短音频（如提示音）。

2. 混音与重采样
   AudioFlinger 的 MixerThread 从环形缓冲区读取数据，结合 mVolumeLR 和 mSampleRate 进行混音和重采样后输出到 HAL 层。

3. 时间戳同步
   mExtendedTimestampQueue 记录高精度时间戳，解决音频与视频/输入设备的时间偏差问题。

五、设计技巧

1. 跨进程共享内存
   通过 IMemory 接口实现匿名共享内存的跨进程映射，AudioTrack 和 AudioFlinger 共享同一块物理内存。

2. 环形缓冲区优化

   • 覆盖策略：缓冲区满时覆盖旧数据，避免死锁（适用于实时流）。
   • 双基准偏移：通过 userBase 和 serverBase 解决 32 位整数溢出问题，支持长时间播放。

3. 时间戳与速率分离
   mPlaybackRateQueue 独立管理播放速率参数，避免与主缓冲区操作冲突。