Android性能優化之網絡優化
前言小計
在移動互聯網的快速發展環境下，手機用戶日益對網絡的使用或體驗有著更深度的訴求，因此應用中的網絡體驗已經顯得由此重要;
網絡影響：
1.最直觀的就是用戶交互體驗;
2.流量的流失;
3.電量的消耗;
上篇文章介紹了網絡請求過程中dns，本文主要針對Android上網絡優化
一、網絡數據緩存優化
提供一種將數據存儲到本地的思想，實現減少服務器的請求負荷、加快請求速度、無網也能顯示內容;
(1)對于常訪問的數據或首頁數據，盡量緩存在本地，加載時優先加載本地數據，然后在請求網絡數據，更新頁面并更新緩存;
(2)在網絡丟失或者網絡差需要保存數據時， 網數據保存在本地，并且把發出的請求添加到隊列中，當網絡恢復的時候再及時發出;
(3) 強制緩存：在緩存數據未失效的情況下，可以直接使用緩存數據，由兩個字段Expires和Cache-Control用于標明失效規則;
(4)對比緩存：表示需要和服務端進行相關信息的對比，由服務器決定是使用緩存還是最新內容，如果服務器判定使用緩存，返回響應嗎304，判定使用最新內容，則返回響應碼200和最新數據;
(5)okhttp上的緩存設置
進行數據緩存，我們可以在返回上加上過期時間，避免重新獲取。這種做法節約了流量，且大幅提高數據訪問的速度，增強了用戶體驗。在OKHTTP與Volley等一些網絡框架中都有很好的實踐;
下面進行OKHTTP，在無網絡的情況下使用cache進行緩存
- public class NoNetInterceptor implements Interceptor {
- @Override
- public Response intercept(Chain chain) throws IOException {
- Request request = chain.request();
- Request.Builder builder = request.newBuilder();
- if(!Utils.isNetworkConnected(PerformanceApp.getApplication())){
- builder.cacheControl(CacheControl.FORCE_CACHE);
- }
- return chain.proceed(builder.build());
- }
- }
- static {
- OkHttpClient.Builder client = new OkHttpClient.Builder();
- HttpLoggingInterceptor logging = new HttpLoggingInterceptor();
- logging.setLevel(HttpLoggingInterceptor.Level.BODY);
- Cache cache = new Cache(PerformanceApp.getApplication().getCacheDir(),10*1024*1024);
- client.
- cache(cache).
- eventListenerFactory(OkHttpEventListener.FACTORY).
- dns(OkHttpDNS.getIns(PerformanceApp.getApplication())).
- addInterceptor(new NoNetInterceptor()).
- addInterceptor(logging);
- final Retrofit RETROFIT = new Retrofit.Builder()
- .baseUrl(HTTP_SPORTSNBA_QQ_COM)
- .addConverterFactory(FastJsonConverterFactory.create())
- .client(client.build())
- .build();
- API_SERVICE = RETROFIT.create(APIService.class);
- }
二、dns優化和httpdns
1、dns解析流程
- 在App內用域名發送請求都要經過DNS解析出ip，然后再根據ip去拿對應的資源，這個過程中，如果LocalDNS中存在這個域名對應的ip，就會直接返回這個ip，類似于App內做緩存;
- 如果不存在，才會去權威DNS查詢改訪問哪個ip，然后查詢到的ip會在LocalDNS中做緩存。也就是說，如果我們要訪問新浪http://api.weibo.cn，如果LocalDNS里面有該域名對應的ip，就直接返回了ip了。
2、問題分析
- 一個新用戶使用來訪問api.weibo.cn，由于localDNS緩存的存在，不會去查詢新浪的權威DNS，這樣返回的ip是聯通這個運營商的ip，從而會使得用戶出現訪問變慢等狀況;
- 緩存還會導致一點就是，當權威DNS將域名與ip的映射發生改變之后，由于LocalDNS緩存沒有及時改變，用戶就會訪問到錯誤的服務器，或者直接訪問不到資源;
- 很多三四級運營商會把運營解析指向他們的緩存服務器上，并把網頁里面的廣告替換成他們自己的，或者內嵌他們自己的廣告(之前做的APP出現過這樣的情況，投訴之后會好上一段時間，但是過段時間又會出現廣告);
- 竟然DNS解析存在問題，那有沒有一種調度精準、成本低廉、配置方便的基于域名的流量調度系統呢?
- HttpDNS基于Http協議和域名解析的流量調度解決方案，可以在很大程度上防止上面的問題出現;
3、HttpDNS 概念
- 客戶端直接訪問HttpDNS接口，獲取業務在域名配置管理系統上配置的訪問延遲最優的IP;
- 客戶端向獲取到的IP后就向直接往此IP發送業務協議請求。以Http請求為例，通過在header中指定host字段，向HttpDNS返回的IP發送標準的Http請求即可;
- 采用HttpDNS來解析域名，就繞過了三四級運營商解析域名會出現的問題，在HttpDNS返回了正確的ip之后，我們是直接采用ip去進行http請求，只需要關注通信內容的安全即可;
4、HTTPDNS 工作模式
- 在客戶端的 SDK 里動態請求服務端，獲取 HTTPDNS 服務器的 IP 列表，緩存到本地。隨著不斷地解析域名，SDK 也會在本地緩存 DNS 域名解析的結果;
- 當手機應用要訪問一個地址的時候，首先看是否有本地的緩存，如果有就直接返回。這個緩存和本地 DNS 的緩存不一樣的是，這個是手機應用自己做的，而非整個運營商統一做的。如何更新、何時更新，手機應用的客戶端可以和服務器協調來做這件事情;
- 如果本地沒有，就需要請求 HTTPDNS 的服務器，在本地 HTTPDNS 服務器的IP 列表中，選擇一個發出 HTTP 的請求，會返回一個要訪問的網站的 IP 列表;
請求的方式是這樣的。
- http://106.2.xxx.xxx/d?dn=c.m.163.com
- {"dns":[{"host":"c.m.163.com","ips":["223.252.199.12"],"ttl":300,"http2":0}],"client":{"ip":"106.2.81.50","line":269692944}}
手機客戶端自然知道手機在哪個運營商、哪個地址。由于是直接的 HTTP 通信，HTTPDNS 服務器能夠準確知道這些信息，因而可以做精準的全局負載均衡;
5、HttpDNS緩存設計
- HTTPDNS 的緩存設計策略也是咱們做應用架構中常用的緩存設計模式，也即分為客戶端、緩存、數據源三層，分別對應 SDK 客戶端、本地緩存、HTTPDNS 服務器;
- App內維護一個Serve IP List。把每次App從HttpDNS取到的ip存儲進入該數組，并設置權重，理論上來說從HttpDns解析下來的ip權重是最大的。這個List可以在App啟動的時候，進行更新，同時取出本地緩存的Serve IP List的權重最大的ip進行數據的初始化操作(如果第一次啟動，沒有該List的話，就使用LocalDNS進行解析);
- Serve IP List里面的權重設置機制，很明顯的一點就是從DNS解析出來的ip具有最大的權重，每次從List里面取ip應該要取權重最大的ip。列表中的ip也是需要可以動態更新配置的，根據連接或者服務的成功失敗來進行動態調整，這樣即使DNS解析失敗，用戶在一段時間后也會取到合適的ip進行訪問;
- 對ip進行數據統計。在所有app內統計每個ip進行請求所需平均時間、最長時間、最短時間、請求成功次數、失敗次數，需要注意的是，要區分網絡環境進行統計，Wifi、4G、3G，對在不同的網絡環境下數據優秀的ip進行存儲，下發到App里面使用起來。這樣每次啟動App時可以對收集起來的ip根據不同的網絡環境進行測速，選擇最好的ip進行請求。需要注意的是，在網絡環境切換的時候，必須要重新進行速度測試。做到這一步，可以節約DNS解析時間，以及劫持的問題;
- SDK 中的緩存會嚴格按照緩存過期時間，如果緩存沒有命中，或者已經過期，而且客戶端不允許使用過期的記錄，則會發起一次解析，保障記錄是更新的;
6、HTTPDNS調度設計
- 在客戶端，可以知道手機是哪個國家、哪個運營商、哪個省，甚至哪個市，HTTPDNS服務端可以根據這些信息，選擇最佳的服務節點返回;
- 如果有多個節點，還會考慮錯誤率、請求時間、服務器壓力、網絡狀況等，進行綜合選擇，而非僅僅考慮地理位置。當有一個節點宕機或者性能下降的時候，可以盡快進行切換;
- 要做到這一點，需要客戶端使用 HTTPDNS 返回的 IP 訪問業務應用。客戶端的 SDK 會收集網絡請求數據，如錯誤率、請求時間等網絡請求質量數據，并發送到統計后臺，進行分析、聚合，以此查看不同的 IP 的服務質量;
- 在服務端，應用可以通過調用 HTTPDNS 的管理接口，配置不同服務質量的優先級、權重。HTTPDNS 會根據這些策略綜合地理位置和線路狀況算出一個排序，優先訪問當前那些優質的、時延低的 IP 地址;
- HTTPDNS 通過智能調度之后返回的結果，也會緩存在客戶端。為了不讓緩存使得調度失真，客戶端可以根據不同的移動網絡運營商 WIFI 的 SSID 來分維度緩存。不同的運營商或者 WIFI 解析出來的結果會不同;
7、OKHttp 接入 HTTPDNS
OkHttp 中使用 HTTPDNS，有兩種方式：
通過攔截器，在發送請求之前，將域名替換為 IP 地址;
通過 OkHttp 提供的 .dns() 接口，配置 HTTPDNS;
①攔截器接入
攔截器是 OkHttp 中，非常強大的一種機制，它可以在請求和響應之間，做一些我們的定制操作;
在 OkHttp 中，可以通過實現 Interceptor 接口，來定制一個攔截器。使用時，只需要在 OkHttpClient.Builder 中，調用 addInterceptor() 方法來注冊此攔截器即可;
- class HTTPDNSInterceptor : Interceptor{
- override fun intercept(chain: Interceptor.Chain): Response {
- val originRequest = chain.request()
- val httpUrl = originRequest.url()
- val url = httpUrl.toString()
- val host = httpUrl.host()
- val hostIP = HttpDNS.getIpByHost(host)
- val builder = originRequest.newBuilder()
- if(hostIP!=null){
- builder.url(HttpDNS.getIpUrl(url,host,hostIP))
- builder.header("host",hostIP)
- }
- val newRequest = builder.build()
- val newResponse = chain.proceed(newRequest)
- return newResponse
- }
在攔截器中，使用 HttpDNS 這個幫助類，通過 getIpByHost() 將 Host 轉為對應的 IP;
②OKHttp 標準 API 接入
OkHttp 其實本身已經暴露了一個 Dns 接口，默認的實現是使用系統的 InetAddress 類，發送 UDP 請求進行 DNS 解析;
我們只需要實現 OkHttp 的 Dns 接口，即可獲得 HTTPDNS 的支持。
在我們實現的 Dns 接口實現類中，解析 DNS 的方式，換成 HTTPDNS，將解析結果返回;
- class HttpDns : Dns {
- override fun lookup(hostname: String): List<InetAddress> {
- val ip = HttpDnsHelper.getIpByHost(hostname)
- if (TextUtils.isEmpty(ip)) {
- //返回自己解析的地址列表
- return InetAddress.getAllByName(ip).toList()
- } else {
- // 解析失敗，使用系統解析
- return Dns.SYSTEM.lookup(hostname)
- }
- }
- }
- mOkHttpClient = httpBuilder
- .dns(HttpDns())
- .build();
三、數據傳輸優化
客戶端與服務端經常進行著頻繁的數據傳輸，而數據傳輸又影響著用戶體驗，提出合理的優化建議
1、傳統的傳輸方案
在開始的時候，采用的是xml傳輸，這就要使用到Serializable/Parcelable序列化以及反序列化，其傳輸速度之慢，基本已經被遺棄，后來又出現了JSON序列化傳輸，其常用工具就是GSON和fastjson，但隨著時代的進步，json也體現出了局限性json的局限性主要體現在其是基于字符串的傳輸，在轉換的時候會生成大量JsonObject，然后轉化為字符串，送進流里面，然后傳輸，在服務端也要從流中取出，然后反序列化，一大堆繁瑣的過程，其也漸漸不適合當今傳輸數據的要求;
2、新的數據傳輸方式
- 現在有如下選擇可以用Protocal Buffers：強大，靈活，但是對內存的消耗會比較大，并不是移動終端上的最佳選擇;
- Nano-Proto-Buffers：基于Protocal，為移動終端做了特殊的優化，代碼執行效率更高，內存使用效率更佳;
- FlatBuffers：這個開源庫最開始是由Google研發的，專注于提供更優秀的性能;
如下圖：
FlatBuffers幾乎從空間和時間復雜度上完勝其他技術
FlatBuffers是一個開源的跨平臺數據序列化庫，可以應用到幾乎任何語言(C++,C#,Go,Java,JavaScript,PHP,Python)，最開始是Google為游戲或者其他對性能要求很高的應用開發的;
FlatBuffer的優點
FlatBuffer相對于其他序列化技術，例如XML，JSON，Protocol Buffers等，有哪些優勢呢?官方文檔的說法如下：
- 直接讀取序列化數據，而不需要解析(Parsing)或者解包(Unpacking)：FlatBuffer把數據層級結構保存在一個扁平化的二進制緩存(一維數組)中，同時能夠保持直接獲取里面的結構化數據，而不需要解析，并且還能保證數據結構變化的前后向兼容;
- 高效的內存使用和速度：FlatBuffer 使用過程中，不需要額外的內存，幾乎接近原始數據在內存中的大小;
- 靈活：數據能夠前后向兼容，并且能夠靈活控制你的數據結構
- 很少的代碼侵入性：使用少量的自動生成的代碼即可實現;
- 強數據類性，易于使用，跨平臺，幾乎語言無關;
- JSON是Android中很常用的數據序列化技術，但卻很消耗內存，而FlatBuffer正好解決了這個問題，性能還更好了;
3、對于 Post 請求，Body 是用 Gzip 壓縮的，也就是請求的時候帶上 Gzip 請求頭，服務端返回的時候也加上 Gzip 壓縮，這樣數據流就是被壓縮過的。
四、網絡其他優化
1、網絡分級請求
(1)將網絡分成移動網絡、寬帶網絡、強網絡、弱網絡，不同的網絡環境對請求進行不同的處理，例如在移動網絡下需要進行下載任務時，停止或提示用戶，在弱網絡下對圖片的請求的區分等;
(2) 網絡狀態可以由TelephonyManager.getNetworkType()方法獲取到;
(3)對下載和上傳文件采用斷點續傳功能，不浪費用戶之前耗費的時間和流量;
2、流量使用優化
(1)局部更新 、分頁加載;
(2) 數據加載采用增量，有更新數據時才請求新數據，合并客戶端舊數據;
(3)盡量避免客戶端輪詢，采用服務端推送方式;
3、請求數據優化
(1)合并請求,可以將多個請求合并成一個接口請求
(2)壓縮請求數據
(3)精簡數據格式，只取需要的數據字段
4、連接優化
- 啟用keep-alive，okhttp中已默認打開，但需要服務器支持;
- 使用http2，使用keep-alive來緩存，通過http2來復用請求連接;
- 復用連接池可以減少多個網絡請求下的連接建立的消耗，而且OkHttp已經默認幫我們實現了這些功能;
- 復用連接的前提是同ip通道，如果每個請求都發送給不同的ip，那么連接池也復用不了;
- 非Http2的使用完連接后(就是Http請求完成后)，我們需要手動 關閉RealCall，否則下層代碼就要通過觸發GC回收來幫我們檢查和關閉;
- 切換不同的域名，當一個連接失敗的時候用另一個域名進行連接;
總結
1、傳統的 DNS 有很多問題，例如解析慢、更新不及時。因為緩存、轉發、NAT問題導致客戶端誤會自己所在的位置和運營商，從而影響流量的調度;
2、HTTPDNS 通過客戶端 SDK 和服務端，通過 HTTP 直接調用解析 DNS 的方式，繞過了傳統 DNS 的這些缺點，實現了智能的調度;
3、關于連接優化還有很多知識點，后續整理出來會發表出;
4、優化部分我們講解了網絡相關的，下次會整理出圖片相關的知識點，一起學習一起進步，加油;
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