Android 架构之长连接技术

上文中我们提到了HttpDNS，虽然它比系统DNS更优，但终归还是要做DNS操作。而长连接都是IP直接连接，因此没有DNS相关的开销和耗时。

3. 如果有大量网络请求，可以明显减少网络延时，节省带宽

对于大型App而言，存在繁多密集的网络请求，这中间就会存在非常多次的Http断开和重新连接，浪费了很多时间和带宽。而通过长连接通道的话，则没有这部分耗时，直接传输二进制数据即可，节省了每次连接里Header之类的带宽开销。

4. 服务端主动Push数据到客户端

对于上面提到的微信消息接收等场景，如果需要客户端主动去轮询，则会频繁发起请求，对于服务器会产生很大的负载压力，浪费带宽流量。而通过长连接，服务端可以主动把消息下发给客户端，做到最高实时性，且节省流量。

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III. 长连接何时会断开？

正常而言，长连接是不会断开的。大家可以自己试一试，两个socket建立连接，只要网络不变、一切正常，那么这两个socket可以一直互相传送数据，不会断开。

但是，在移动网络下，网络状态复杂多变，比如网络线路被切断、服务器宕机等，都会导致长连接中断。除了这些线路异常外，我们需要关注下面几个长连接断开原因：

1. 长连接所在进程被杀

这个很容易理解，如果我们的App切换到后台，那么系统随时可能将我们的App杀掉，这时长连接自然也就随之断开。

2. 用户切换网络

比如手机网络断开，或者发生Wi-Fi和蜂窝数据切换，这时会导致手机IP地址变更。而我们知道，TCP连接是基于IP + Port的，一旦IP变更，TCP连接自然也就失效了，或者说长连接也就相当于断开了。

3. 系统休眠等导致NAT超时

这里对NAT简单解释下，方便有的同学不太了 Android开源项目《ali1024.coding.net/public/P7/Android/git》 解。当手机连接上网络时，网关会给我们分配一个IP地址，这个其实是内网IP，此时还未真正连接上公网，也连接不上服务器；如果想要连接公网，需要运营商将我们的内网IP映射成一个公网IP，有了公网IP，服务器就能与我们建立连接了。NAT指的就是这个映射过程。

也就是说，运营商会给每台设备分配一个公网IP，类似一张通信证。不过，随着连接网络的设备不断增多，网关负载也会不断加大，这时，运营商就会对一些不太活跃的设备进行公网IP回收了，如果下次这个设备需要连网，那就重新分配一个IP即可。

看似没问题，但实际上，如果我们的App在一段时间不活跃，发生了NAT超时，便会导致我们的公网IP失效，长连接也随之失效了。

4. DHCP 租期

DHCP 租期过期，如果没有及时续约，同样会导致IP地址失效。

综合而言，长连接在正常情况下是不会断开的，但是，一旦手机的IP地址失效，这时就不得不重新建立连接了。

IV. 如何建立稳定长连接？

上面我们提到了多种长连接断开的原因，那我们应该如何进行优化，尽可能保证长连接不断开，或者及时断开了，也要尽快重连呢？

1. Mars长连接独立进程

为了减少进程被杀的几率，在Mars的[Demo代码](()里我们可以看到，它将长连接逻辑单独提取到了一个独立的进程里。这个进程只做网络交互，消耗的内存等资源自然较少，从而减少了被系统回收的概率。

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图片来自[《Android版微信后台保活实战分享(进程保活篇)》](()

2. 长连接进程复活

进程被杀难以避免，不过可以通过AlarmReceiver、 ConnectReceiver、BootReceiver，达到进程的及时唤醒。

当然，进程保活是一个比较大的话题，而且不恰当的进程保活也会对系统体验造成危害。这里就不深究了。

3. 心跳机制

对于心跳包很多人误以为只是用来定期告诉服务端我们的状态，实际并非如此。

上面我们提到了 NAT 超时，即如果App一段时间内不活跃，会导致运营商那里删除我们的公网IP映射关系，这会导致我们的TCP长连接断开。因此，我们需要通过心跳机制来保证App的活跃度，防止发生 NAT 超时。

4. 断开重连

在线上运行时，长连接很有可能会由于网络切换之类的原因断开。这时，我们需要尽快发现长连接断开，并立即重连。一般有下面几种做法：

• 创建Receiver，监控网络状态，如果网络发生切换则立即重连；
• 监控服务端心跳包回包，如果连续5次没有收到回包，则认为长连接已经失效；
• 设置心跳包超时限制，如果超过时间还没有收到心跳回包，则重连，这种方式比较耗电；
• 等socket IO异常抛出，不过耗时太长，需要15s左右才能发现。

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V. Mars智能心跳机制

1. 固定心跳机制

上面我们说了，心跳机制主要是为了防止 NAT 超时，外网IP地址失效。因此，一般的做法就是在NAT失效前，保证有心跳包发出。或者说，客户端应当以略小于NAT超时时间的间隔来发送心跳包。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HTQMfzIV-1650012443121)(https://user-gold-cdn.xitu.io/2019/2/12/168df9c1ff69926e?imageView2/0/w/1280/h/96 《Android学习笔记总结+最新移动架构视频+大厂安卓面试真题+项目实战源码讲义》开源 0/ignore-error/1)]

早期的微信的心跳是4.5分钟发送一次心跳，可以不错的运行。

2. Mars智能心跳策略

在尽量不影响用户收消息及时性的前提下，根据网络类型自适应的找出保活信令TCP连接的尽可能大的心跳间隔，从而达到减少安卓微信因心跳引起的空中信道资源消耗，减少心跳Server的负载，以及减少部分因心跳引起的耗电。

自适应心跳

因此，在固定心跳机制下，微信又研究了一套动态计算心跳的方案，动态的探测最大的NAT超时时间，然后选定合适的心跳间隔区间去发送心跳包。这里说一下大致思路：

首先，如果心跳间隔越久，产生的负载和消耗也会越小。因此微信采用了自适应心跳：当找到一个有效心跳间隔后，我们主动去加大这个间隔，然后测试是否能成功，如果不能，则使用比上一次成功间隔稍短的时间作为间隔；否则继续加大间隔，直到找到可用的有效间隔。

那么，如何判断一个心跳间隔有效呢？微信采用的方案是使用固定短心跳直到满足三次连续短心跳成功，则认为这个间隔有效。

探测过程大致为：60秒短心跳，连续发3次后开始探测，90，120，150，180，210，240，270

前后台策略

另外，考虑到App在前后台对于长连接的需求是不同的。因此当微信在前台活跃态时，采用了固定心跳机制；在前台熄屏态或者后台活跃态（进入后台10分钟内）时，先用几次最小心跳维持长连接，然后进入自适应心跳机制；在后台稳定态（超过10分钟），则采用自适应心跳计算出来的最大心跳作为固定值。

如果在运行过程中，发生了心跳失败，则进行重连。同时将心跳间隔调整为断线前间隔减去20s，重新走自适应心跳；如果连续5次均失败，则以初始心跳180s继续测试。

Alarm对齐策略

对于Android系统而言，为了减少频繁唤醒系统导致的电量损耗，提供了Alarm对齐唤醒机制：把一定时间段内的多次Alarm唤醒合并成一次，减少系统被唤醒次数，增加待机时间。

而我们的心跳包就是需要在定时结束后自动触发一次心跳包的发送，因此，在Mars里面的心跳时间也是按照Alarm对齐时间来做心跳间隔，减少电量损耗。

其他

对于微信心跳策略感兴趣的话可以阅读文末的参考文献，代码可以参考[smart_heartbeat](()。

VI. 长连接数据协议及加密

长连接传递的是二进制数据，前后端可以自行协商每个字节要存放的内容即可。当然，也可以考虑采用一些通用协议：比如SMTP、ProtoBuf等序列化方案。

参考文章：[《一个基于TCP/WebSockets的超级精简的长连接消息协议》](().

另外，在数据加密方面，可以结合非对称加密算法RSA和对称加密算法AES来对数据进行加密传输。

这一点不是本文的重点，不做过多赘述。

VII. 长连接通道建设及容灾

上面讲了长连接的优势，那我们该如何搭建整个长连接通道呢？这里我们以美团的长连接通道为例子进行说明，各大厂的方案也是类似的。

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上面是一个简图，大体流程如下：

1. 客户端与代理长连服务器建立长连接，代理服务器可全国多地部署，在建立长连时可以选择最近的服务器IP就近接入；
2. 长连接建立好后，客户端对要发送的二进制数据进行加密并传输；
3. 代理服务器收到后，可以通过内部专线或普通Http请求来访问业务服务器；
4. 如果长连接出现问题导致不可用，为保障客户端运行，需要立即降级成普通Http短连或者UDP通道。

总结：

各行各样都会淘汰一些能力差的，不仅仅是IT这个行业，所以，不要被程序猿是吃青春饭等等这类话题所吓倒，也不要觉得，找到一份工作，就享受安逸的生活，你在安逸的同时，别人正在奋力的向前跑，这样与别人的差距也就会越来越遥远，加油，希望，我们每一个人，成为更好的自己。

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• 资料包括 数据结构、Kotlin、计算机网络、Framework源码、数据结构与算法、小程序、NDK、Flutter，

  
  

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