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系列文章目录
1. Android 网络性能优化（1）概述 2. Android 网络性能优化（2）DNS优化 3. Android 网络性能优化（3）复用连接池 4. Android 网络性能优化（4）弱网优化 文章目录 系列文章目录1. 背景2. 弱网2.1 什么是弱网2.2 弱网指标2.3 建立弱网标准 / 弱网检测 3. 弱网检测3.1 主动网络探测3.1.1 策略层3.1.2 基础能力层3.1.3 接口层 3.2 被动网络采集3.2.1 基础能力层3.2.2 策略层3.2.3 接口层 4. 弱网状态下的优化4.1 使用QUIC进行弱网优化4.1.1 网络库切换4.1.2 QUIC预连接 4.2 复合连接4.3 其他 5. 弱网测试6. 参考文章 1. 背景移动端时段，手机网络的连接形态是无线的，即通过Wifi连接，在前面章节有提高过，无线连接的优点就是便捷，只要有信号就能上网。而它的缺点是不稳定，它没有像导线那样的抗干扰手段，而且离信号越远网络越差。手机用户几乎都能体验到网络不好的情况的。 而对于移动端开发来说，在网络不好的情况下进行交互，如果处理不好，会消耗宽带、浪费电量等资源问题，所以我们有必要解决弱网环境下会出现的问题。弱网优化需要解决的核心问题有两点： 移动网络环境如此复杂，我们如何确定当下就是弱网环境？如果是弱网环境，我们应该如何提升弱网环境下的业务成功率？ 2. 弱网 2.1 什么是弱网弱网并没有明确的定义，所以这需要我们根据实际场景来建立一套标准。一般来说有两个角度，即大指标： 丢包率网络延时上述两个都好理解，网络太复杂，造成丢包率高和网络延时高的原因太多了，比如： 网络拥塞状况下， 服务器处理的策略是丢包，来缓解服务器压力（但是有的服务器策略就是不丢包，排队处理，这是两种完全不同的情况，客户端需要处理的方式完全相反，所以这个需要客户端和服务端来协商）信号弱2g网3g网 传输的数据量较大，但是带宽小，就会导致大量数据丢失，表现形式就是网络延时中间的网络节点挂了…既然没有明确的定义，那我们只能通过各种工具和手段来判断当前是否为弱网环境了。对于丢包率和网络延时，都是可以使用数据来进行衡量的，下面来介绍更细化的指标。 2.2 弱网指标如下图所示： 在 百度APP移动端网络深度优化实践分享(三)：移动端弱网优化篇中，百度使用的是一个循序渐进的过程，通过三个阶段来建立一个弱网标准： 第一阶段，线下测试 获取预期的阈值，在测试App网络切换、DNS故障时，抓取这些数据第二阶段，线上进行验证 通过线下获取到的阈值，在线上可以获取到弱网的比例，找到会出现弱网的场景，进行诊断优化。（比如网络体验最好的微信，也只是在信令的传输上优化到极致）第三阶段，线上反复试验 通过反复试验来调整阈值，使得优化更接近业务层。腾讯的做法也大同小异，都是根据2.2的指标进行数据收集，整理一套达到弱网时的数据标准。但是我们该如何去探测这些数据呢？这需要我们实现一套完整的网络探测架构。 3. 弱网检测这部分基本照抄百度的实现了。网络探测是弱网检测的基础，目标是能够即时、正确的检测出网络质量，我们把网络探测分成两个部分，主动网络探测和被动网络采集。 3.1 主动网络探测主动检测，就是在触发了某些特定条件后，主动的进行网络检测，并按照一定的条件检查出是否为弱网状态。架构图如下所示： 策略层，通过多种策略，使主动探测的即时性和准确性得到提高。主要在网络请求成功和失败的时候触发弱网检测的逻辑。大致分成下面三个逻辑： 成功时，如何判断进入弱网状态？ 检测 httprtt，是否达到弱网的阈值（即设定的 weak-httprtt），大于这个值就会进入弱网检测，为了防止频繁触发探测，加了时间间隔，一般为5~15min成功时，如何判断退出弱网状态？ 检测 httprtt，是否没有达到阈值（即设定的 good-httprtt），如果小于这个值则切回到正常的网络状态。防止频繁触发探测，加了时间间隔，一般为30s~60s。 在多次实验中，发现如果小于阈值，就一定是正常状态，而大于或等于阈值，并不能证明一定不是正常网络，所以也需要发起网络探测。但是由于这个动作是发生在成功的回调里，所以频次会很高，所以需要加上时间间隔。可能还需要限制次数。失败时，如何判断进入弱网状态？ 直接进行网络探测，但是由于可能会频繁触发，其检测的条件需要比成功时检测要更加严苛，所以不会在时间上加限制，而是从次数上加限制。进入网络探测状态后，就轮到基础能力层来实现。 3.1.2 基础能力层基础能力层就是提供网络探测的手段，一般有两个： dns query 使用Android系统的默认DNS服务器来查询目标服务器的（核心）域名，DNS查询的超时时间为3sping 正所谓“想测网络通不通，不ping百度ping京东”。因为他们的服务器都比较稳定，很少宕机，通过ping这些域名来了解当前网络状态、丢包率等信息。ping的次数为两次，超时时间默认是1s。为什么要使用这两种手段呢？这是因为网络请求的过程中，主要有 DNS查询、TLS握手、TCP握手。而 DNS Query可以用来获取dns是否出现问题，ping可以用来检测TCP连接的连通性。 除了上面两种手段，应该也有其他网络探测的方式。在执行完这些手段后，将探测数据交给接口层。 3.1.3 接口层接口层提供网络状态，大致为下面几个： GOOD DNS查询成功、Ping成功，且没有超时、无丢包BAD ping失败则为BADUNKNOWN 无法识别状态OFFLINE dns查询错误、网关错误，发送dns错误、ping读写错误、接收dns错误、ping地址错误等 3.2 被动网络采集被动采集，就是每一次网络请求的所有细节都进行记录，并按照一定的条件将原始信息进行上报，上层再根据条件判断是否是弱网状态。cronet（Chromium提供给Android的网络堆栈库）可以提供这个能力，OkHttp应该没有这种能力，所以可以考虑接入 cronet。 被动采集的信息主要有以下三个： tcprtthttprttthroughput架构图如下所示： 基础能力层就是采集网络请求的三个参数tcprtt、httprtt、throughput。 （1）tcprtt采集 基于posix和windows的socket编程接口来获取tcprtt。获取时机在连接完成，读完成和写完成； （2）httprtt采集 基于HTTP协议栈实现，通过计算接收response数据开始和开始发送的时间差，来获取httprtt。获取时机在读首包完成时； （3）throughput采集 通过计算公式获取bytes总量和时间，基于posix和windows的socket编程接口来获取bytes。获取时机在读完成时记录接收的bytes，在写完成时记录发送的bytes。时间的获取在吞吐量管理模块里完成，获取时机在请求完成和请求销毁时。 3.2.2 策略层通过获取到的数据进行上报，三种数据对应三种模块，对于上报的时机需要做处理。 （1） 套接字管理模块 使用cronet的话，可以通过 getsockopt()函数获取 tcp_info结构体中的 trcpi_rtt值。其次由于tcprtt的上报比较频繁，所以需要做时间限制，最少间隔 1~3s （2）吞吐量管理模块 负责吞吐量计算，之前介绍了公式，从网络活动监控器模块获取bytes，但是吞吐量的计算单位是bits，所以将bytes乘以8,。只有GET请求会被列入统计计算，并且至少要累计5个请求才开始统计计算。 排除精准度的干扰，比如 localhost，私有子网上的主机，特定用途的子网主机，可以参考 rfc1918 的规范 （3）网络质量管理模块 从套接字管理模块获取tcprtt，从吞吐量管理模块获取吞吐量，并且在Http协议栈读到首包完成时获取httprtt。 获取到这三个值后，需要经过一些策略限制上报的频次，10s的间隔限制；网络类型不能是UNKNOWN；网络不能频繁切换；rtt和总吞吐量大小各300。 这些限制都是为了排除误差、降低性能损耗。 3.2.3 接口层接口层提供的状态是对标主动采集的网络状态的，所以也包括 GOOD、BAD、UNKNOWN、OFFLINE GOOD 3G网、4G网、5G网，任一条件满足即标记为GOOD状态。 通过阈值标记3G和广义的4G，httprtt大于等于273ms，tcprtt大于等于204ms，即标记为3G状态。 小于这两个值则被标记为4G、5G网。BAD 2G网、httprtt大于1.31s，任一条件满足则标记为BAD状态。阈值需要在网上查询资料，根据业务线调整。UNKNOWN 非法的httprtt、tcprtt、吞吐量，任一条件满足则标记为UNKNOWN状态。比如初始化的时候，有的值会标为-1OFFLINE 依赖平台能力进行判断，Android可以利用 ConnectivityManager得到 NetworkInfo，判断网络信息（没有连接wifi、或者wifi无网络等） 4. 弱网状态下的优化 4.1 使用QUIC进行弱网优化QUIC是一种udp协议，由google发明，实现了TCP+TLS+HTTP/2，它还有一个更加响亮的名称： Http/3，Cronet库对其进行了支持，Android、iOS平台都可以使用。因为我自身对QUIC并不了解，所以这里并不会给出过多的使用介绍，接下来的一个月内，我会专门学习并写一篇有关 QUIC的文章。 总的来说，QUIC协议本身高效节流的特性，使得它在弱网络环境下可以大施拳脚。那么如何使用它呢？ 4.1.1 网络库切换在进行网络探测，并根据探测结果诊断当前网络状态为弱网时，网络请求进行切换，即将请求库切换到QUIC。 而当网络探测恢复为正常状态时，使用正常的网络库，例如OkHttp。 4.1.2 QUIC预连接所谓QUIC的预连接，就是在进入弱网状态前提前建立QUIC连接。QUIC有引以为傲的0RTT，但第一次建立连接的时候是需要1RTT的，客户端首先会向服务器发送一个client hello消息，服务器会回复一个server reject消息，这个消息中包括了server config，有了server config后客户端就可以直接计算出密钥，完成0RTT。 所以我们在App启动的过程中会做一次QUIC预连接，将server config拉取下来，这样等进入弱网后走QUIC协议。 4.2 复合连接复合连接，即多条连接。它解决的场景是为了多个IP地址的连接选取问题。无论是HttpDNS还是LocalDNS中，我们都能获取到一个域名下的多个ip。我们可以找到最优ip进行连接： 比如我们通过HttpDNS获取到两个ip，那我们将走下面步骤： 如果结果中存在IPv6的地址，那么会优先选用IPv6的地址，这个规则follow HappyEyeBall机制（可参考系列一对于HappyEyeBall的介绍）接下来这两个IP会按照顺序尝试建立连接，如果第一个IP返回失败，将立即开始连接第二个IP如果第一个IP率先成功返回，那么第二个IP将被加入连接尝试列表并停止所有尝试连接如果第一个IP失败，会立刻开始第二个IP的连接如果第一个IP处于pending状态，那么会启动一个定时器，默认延迟2s会发起第二个IP的连接，如果是多个IP将会递归连接，需要特别说明下，不同的网络制式延迟时间会不一样，这样体验也会更好。复合连接的好处是提供最优的ip选取机制，但是也会带来服务端的高负载，所以使用的时候需要进行综合评估。 4.3 其他 减少资源传送重连合并资源请求使用缓存兜底心理博弈，在ui层面上让用户耐心等待… 5. 弱网测试弱网测试的本质是模拟弱网环境。通过 Fiddler可以模拟。这里我介绍一种更便捷的方式： QNET QNET弱网测试由腾讯开发，无需ROOT手机，无需连接数据线，以独立app的方式，为用户提供给快捷、可靠、功能完善的弱网络模拟服务，下载地址：QNET弱网测试 先选择需要测试的App： 百度APP移动端网络深度优化实践分享(三)：移动端弱网优化篇 弱网的概念以及弱网测试 QUIC成为了HTTP/3的标准传输协议！ 技术扫盲：新一代基于UDP的低延时网络传输层协议——QUIC详解 弱网的概念以及弱网测试 |
然后设置参数，QNET提供了多个参数调整： 
最后可以查看弱网模板： 
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