Android性能优化之网络优化-android 性能优化

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前言小计

在移动互联网的快速发展环境下，手机用户日益对网络的使用或体验有着更深度的诉求，因此应用中的网络体验已经显得由此重要;

网络影响：

1.最直观的就是用户交互体验;

2.流量的流失;

3.电量的消耗;

上篇文章介绍了网络请求过程中dns，本文主要针对Android上网络优化

一、网络数据缓存优化

提供一种将数据存储到本地的思想，实现减少服务器的请求负荷、加快请求速度、无网也能显示内容;

(1)对于常访问的数据或首页数据，尽量缓存在本地，加载时优先加载本地数据，然后在请求网络数据，更新页面并更新缓存;

(2)在网络丢失或者网络差需要保存数据时，网数据保存在本地，并且把发出的请求添加到队列中，当网络恢复的时候再及时发出;

(3) 强制缓存：在缓存数据未失效的情况下，可以直接使用缓存数据，由两个字段Expires和Cache-Control用于标明失效规则;

(4)对比缓存：表示需要和服务端进行相关信息的对比，由服务器决定是使用缓存还是最新内容，如果服务器判定使用缓存，返回响应吗304，判定使用最新内容，则返回响应码200和最新数据;

(5)okhttp上的缓存设置

进行数据缓存，我们可以在返回上加上过期时间，避免重新获取。这种做法节约了流量，且大幅提高数据访问的速度，增强了用户体验。在OKHTTP与Volley等一些网络框架中都有很好的实践;

下面进行OKHTTP，在无网络的情况下使用cache进行缓存

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优化和httpdns

1、dns解析流程

在App内用域名发送请求都要经过DNS解析出ip，然后再根据ip去拿对应的资源，这个过程中，如果LocalDNS中存在这个域名对应的ip，就会直接返回这个ip，类似于App内做缓存;
如果不存在，才会去权威DNS查询改访问哪个ip，然后查询到的ip会在LocalDNS中做缓存。也就是说，如果我们要访问新浪http://api.weibo.cn，如果LocalDNS里面有该域名对应的ip，就直接返回了ip了。

2、问题分析

一个新用户使用来访问api.weibo.cn，由于localDNS缓存的存在，不会去查询新浪的权威DNS，这样返回的ip是联通这个运营商的ip，从而会使得用户出现访问变慢等状况;
缓存还会导致一点就是，当权威DNS将域名与ip的映射发生改变之后，由于LocalDNS缓存没有及时改变，用户就会访问到错误的服务器，或者直接访问不到资源;
很多三四级运营商会把运营解析指向他们的缓存服务器上，并把网页里面的广告替换成他们自己的，或者内嵌他们自己的广告(之前做的APP出现过这样的情况，投诉之后会好上一段时间，但是过段时间又会出现广告);
竟然DNS解析存在问题，那有没有一种调度精准、成本低廉、配置方便的基于域名的流量调度系统呢?
HttpDNS基于Http协议和域名解析的流量调度解决方案，可以在很大程度上防止上面的问题出现;

3、HttpDNS 概念

客户端直接访问HttpDNS接口，获取业务在域名配置管理系统上配置的访问延迟最优的IP;
客户端向获取到的IP后就向直接往此IP发送业务协议请求。以Http请求为例，通过在header中指定host字段，向HttpDNS返回的IP发送标准的Http请求即可;
采用HttpDNS来解析域名，就绕过了三四级运营商解析域名会出现的问题，在HttpDNS返回了正确的ip之后，我们是直接采用ip去进行http请求，只需要关注通信内容的安全即可;

4、HTTPDNS 工作模式

在客户端的 SDK 里动态请求服务端，获取 HTTPDNS 服务器的 IP 列表，缓存到本地。随着不断地解析域名，SDK 也会在本地缓存 DNS 域名解析的结果;
当手机应用要访问一个地址的时候，首先看是否有本地的缓存，如果有就直接返回。这个缓存和本地 DNS 的缓存不一样的是，这个是手机应用自己做的，而非整个运营商统一做的。如何更新、何时更新，手机应用的客户端可以和服务器协调来做这件事情;
如果本地没有，就需要请求 HTTPDNS 的服务器，在本地 HTTPDNS 服务器的IP 列表中，选择一个发出 HTTP 的请求，会返回一个要访问的网站的 IP 列表;

请求的方式是这样的。

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}}

手机客户端自然知道手机在哪个运营商、哪个地址。由于是直接的 HTTP 通信，HTTPDNS 服务器能够准确知道这些信息，因而可以做精准的全局负载均衡;

5、HttpDNS缓存设计

HTTPDNS 的缓存设计策略也是咱们做应用架构中常用的缓存设计模式，也即分为客户端、缓存、数据源三层，分别对应 SDK 客户端、本地缓存、HTTPDNS 服务器;
App内维护一个Serve IP List。把每次App从HttpDNS取到的ip存储进入该数组，并设置权重，理论上来说从HttpDns解析下来的ip权重是最大的。这个List可以在App启动的时候，进行更新，同时取出本地缓存的Serve IP List的权重最大的ip进行数据的初始化操作(如果第一次启动，没有该List的话，就使用LocalDNS进行解析);
Serve IP List里面的权重设置机制，很明显的一点就是从DNS解析出来的ip具有最大的权重，每次从List里面取ip应该要取权重最大的ip。列表中的ip也是需要可以动态更新配置的，根据连接或者服务的成功失败来进行动态调整，这样即使DNS解析失败，用户在一段时间后也会取到合适的ip进行访问;
对ip进行数据统计。在所有app内统计每个ip进行请求所需平均时间、最长时间、最短时间、请求成功次数、失败次数，需要注意的是，要区分网络环境进行统计，Wifi、4G、3G，对在不同的网络环境下数据优秀的ip进行存储，下发到App里面使用起来。这样每次启动App时可以对收集起来的ip根据不同的网络环境进行测速，选择最好的ip进行请求。需要注意的是，在网络环境切换的时候，必须要重新进行速度测试。做到这一步，可以节约DNS解析时间，以及劫持的问题;
SDK 中的缓存会严格按照缓存过期时间，如果缓存没有命中，或者已经过期，而且客户端不允许使用过期的记录，则会发起一次解析，保障记录是更新的;

6、HTTPDNS调度设计

在客户端，可以知道手机是哪个国家、哪个运营商、哪个省，甚至哪个市，HTTPDNS服务端可以根据这些信息，选择最佳的服务节点返回;
如果有多个节点，还会考虑错误率、请求时间、服务器压力、网络状况等，进行综合选择，而非仅仅考虑地理位置。当有一个节点宕机或者性能下降的时候，可以尽快进行切换;
要做到这一点，需要客户端使用 HTTPDNS 返回的 IP 访问业务应用。客户端的 SDK 会收集网络请求数据，如错误率、请求时间等网络请求质量数据，并发送到统计后台，进行分析、聚合，以此查看不同的 IP 的服务质量;
在服务端，应用可以通过调用 HTTPDNS 的管理接口，配置不同服务质量的优先级、权重。HTTPDNS 会根据这些策略综合地理位置和线路状况算出一个排序，优先访问当前那些优质的、时延低的 IP 地址;
HTTPDNS 通过智能调度之后返回的结果，也会缓存在客户端。为了不让缓存使得调度失真，客户端可以根据不同的移动网络运营商 WIFI 的 SSID 来分维度缓存。不同的运营商或者 WIFI 解析出来的结果会不同;

7、OKHttp 接入 HTTPDNS

OkHttp 中使用 HTTPDNS，有两种方式：

通过拦截器，在发送请求之前，将域名替换为 IP 地址;

通过 OkHttp 提供的 .dns() 接口，配置 HTTPDNS;

①拦截器接入

拦截器是 OkHttp 中，非常强大的一种机制，它可以在请求和响应之间，做一些我们的定制操作;

在 OkHttp 中，可以通过实现 Interceptor 接口，来定制一个拦截器。使用时，只需要在 OkHttpClient.Builder 中，调用 addInterceptor() 方法来注册此拦截器即可;

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 
    }

在拦截器中，使用 HttpDNS 这个帮助类，通过 getIpByHost() 将 Host 转为对应的 IP;

②OKHttp 标准 API 接入

OkHttp 其实本身已经暴露了一个 Dns 接口，默认的实现是使用系统的 InetAddress 类，发送 UDP 请求进行 DNS 解析;

我们只需要实现 OkHttp 的 Dns 接口，即可获得 HTTPDNS 的支持。

在我们实现的 Dns 接口实现类中，解析 DNS 的方式，换成 HTTPDNS，将解析结果返回;

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 { 
            // 解析失败，使用系统解析 
            return Dns.SYSTEM.lookup(hostname) 
        } 
    } 
} 
mOkHttpClient = httpBuilder 
        .dns(HttpDns()) 
        .build();

三、数据传输优化

客户端与服务端经常进行着频繁的数据传输，而数据传输又影响着用户体验，提出合理的优化建议

1、传统的传输方案

在开始的时候，采用的是xml传输，这就要使用到Serializable/Parcelable序列化以及反序列化，其传输速度之慢，基本已经被遗弃，后来又出现了JSON序列化传输，其常用工具就是GSON和fastjson，但随着时代的进步，json也体现出了局限性json的局限性主要体现在其是基于字符串的传输，在转换的时候会生成大量JsonObject，然后转化为字符串，送进流里面，然后传输，在服务端也要从流中取出，然后反序列化，一大堆繁琐的过程，其也渐渐不适合当今传输数据的要求;

2、新的数据传输方式

现在有如下选择可以用Protocal Buffers：强大，灵活，但是对内存的消耗会比较大，并不是移动终端上的最佳选择;
Nano-Proto-Buffers：基于Protocal，为移动终端做了特殊的优化，代码执行效率更高，内存使用效率更佳;
FlatBuffers：这个开源库最开始是由Google研发的，专注于提供更优秀的性能;

如下图：

FlatBuffers几乎从空间和时间复杂度上完胜其他技术

FlatBuffers是一个开源的跨平台数据序列化库，可以应用到几乎任何语言(C++,C#,Go,Java,JavaScript,PHP,Python)，最开始是Google为游戏或者其他对性能要求很高的应用开发的;

FlatBuffer的优点

FlatBuffer相对于其他序列化技术，例如XML，JSON，Protocol Buffers等，有哪些优势呢?官方文档的说法如下：

直接读取序列化数据，而不需要解析(Parsing)或者解包(Unpacking)：FlatBuffer把数据层级结构保存在一个扁平化的二进制缓存(一维数组)中，同时能够保持直接获取里面的结构化数据，而不需要解析，并且还能保证数据结构变化的前后向兼容;
高效的内存使用和速度：FlatBuffer 使用过程中，不需要额外的内存，几乎接近原始数据在内存中的大小;
灵活：数据能够前后向兼容，并且能够灵活控制你的数据结构
很少的代码侵入性：使用少量的自动生成的代码即可实现;
强数据类性，易于使用，跨平台，几乎语言无关;
JSON是Android中很常用的数据序列化技术，但却很消耗内存，而FlatBuffer正好解决了这个问题，性能还更好了;

3、对于 Post 请求，Body 是用 Gzip 压缩的，也就是请求的时候带上 Gzip 请求头，服务端返回的时候也加上 Gzip 压缩，这样数据流就是被压缩过的。

四、网络其他优化

1、网络分级请求

(1)将网络分成移动网络、宽带网络、强网络、弱网络，不同的网络环境对请求进行不同的处理，例如在移动网络下需要进行下载任务时，停止或提示用户，在弱网络下对图片的请求的区分等;

(2) 网络状态可以由TelephonyManager.getNetworkType()方法获取到;

(3)对下载和上传文件采用断点续传功能，不浪费用户之前耗费的时间和流量;

2、流量使用优化

(1)局部更新、分页加载;

(2) 数据加载采用增量，有更新数据时才请求新数据，合并客户端旧数据;

(3)尽量避免客户端轮询，采用服务端推送方式;

3、请求数据优化

(1)合并请求,可以将多个请求合并成一个接口请求

(2)压缩请求数据

(3)精简数据格式，只取需要的数据字段

4、连接优化

启用keep-alive，okhttp中已默认打开，但需要服务器支持;
使用http2，使用keep-alive来缓存，通过http2来复用请求连接;
复用连接池可以减少多个网络请求下的连接建立的消耗，而且OkHttp已经默认帮我们实现了这些功能;
复用连接的前提是同ip通道，如果每个请求都发送给不同的ip，那么连接池也复用不了;
非Http2的使用完连接后(就是Http请求完成后)，我们需要手动关闭RealCall，否则下层代码就要通过触发GC回收来帮我们检查和关闭;
切换不同的域名，当一个连接失败的时候用另一个域名进行连接;

总结

1、传统的 DNS 有很多问题，例如解析慢、更新不及时。因为缓存、转发、NAT问题导致客户端误会自己所在的位置和运营商，从而影响流量的调度;

2、HTTPDNS 通过客户端 SDK 和服务端，通过 HTTP 直接调用解析 DNS 的方式，绕过了传统 DNS 的这些缺点，实现了智能的调度;

3、关于连接优化还有很多知识点，后续整理出来会发表出;

4、优化部分我们讲解了网络相关的，下次会整理出图片相关的知识点，一起学习一起进步，加油;

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