HTTP(S)网络框架的设计

简介: 0.麻烦操作系统提供的网络接口都会令人不爽,要么太接近底层而使用不便,要么层次过高又不提供底层点的接口供设置参数。

0.麻烦

操作系统提供的网络接口都会令人不爽,要么太接近底层而使用不便,要么层次过高又不提供底层点的接口供设置参数。但是我们不能期望系统API做得很高级,因为没有绝对合适的网络库,必须定制化从而达到适合某业务下的最佳性能。

1.需求

移动app使用网络框架的场景不外乎三个:

  1. 和自家(CS架构的)服务器通信
  2. 下载文件
  3. Web浏览

从方便和可扩展性出发,不少app会选择通信协议为HTTP(S),数据协议则为自定义。为了保护隐私,如果不使用HTTPS,数据都该自行加密。一般而言,除非在TCP上使用自定义的通信协议,自有的功能或业务代码都不会写到网络库内部,而是写在上层。这也要求网络库本身有足够的接口来适应业务需求。这些非协议标准的需求可能有:

  • 自动填充一些必须的header,例如host、accept等。
  • 在关键的流程节点有回调通知,可以在这些时机打Log、记录与统计。或者由网络部内部记录性能数据,通过别的接口输出给上层。
  • 下载:分段,断点续传,FTP支持,多连接下载。
  • 同步&异步,线程池,在合适的线程做回调。
  • 出错自动重试。
  • 预先建立连接,有连接池。
  • 不同网络类型、质量下使用不同的通信策略。
  • 清理缓存
  • 可以流式读写
  • 程序进入后台的处理,按需要可断网、降低优先级、限速等。

2.内部设计

流程:

  1. 产生URL和可选的post body,来自业务模块
  2. 构建请求
    • method
    • header(User-Agent, Cookie,Accept……)
    • post body,文件分段上传(需自动填充标准要求的header)
  3. 正式发起
    • 回调:willSend,最后修改请求的机会
    • 根据scheme创建任务(一般只有HTTP和FTP)
    • 调度:线程(进程)、队列、优先级
  4. 读取缓存或使用代理
    • 若命中规则,尝试读取缓存,如有则返回缓存数据
    • 代理出错的回退
  5. DNS
    • 结果缓存,读取
    • DNS结果优选
    • 回调通知结果
    • (optional)允许设置本地的域名映射表
  6. 连接
    • 连接池(Socket Pool)
    • 长连接(Keep-Alive)
    • 握手和协商,更多协议支持:HTTP/2,QUIC
    • SSL,证书管理
    • 出错或超时,重试
    • 回调通知结果
  7. 发送
    • 加密
    • 回调通知:进度,流量
  8. 接收
    • (optional)限速,限量
    • 解密
    • 解析header
    • 缓存:映射表,容量管理、淘汰策略……
    • 解压,解码
    • 构建响应
    • 回调通知:流量
  9. 结束
    • 回调通知:OK或ERROR(错误码或描述)
  10. 工具
    • 解码
    • URL:parser(得到scheme、port、query、host等), encode & decode
    • base64
    • 网络状态监控:连通性,网络类型,弱网(网络质量评级)
    • 日志输出,打点
    • 下载文件的保存文件名推荐(根据URL、mime type等)
    • 网络(适配器)连接信息获取,含WiFi、蜂窝网络等
    • (optional)Server
    • UDP
    • 枚举所有的状态码和reason、常见的header name……

特殊场景的优化:

  1. 证书缓存
  2. 机器学习,智能预测:例如初始化后,对常访问的域名主动预解析、预连接,预加载
  3. 自家服务器压缩,或支持新的压缩格式
  4. 私有协议优化

运维的因素:

  1. 下发DNS,上传统计数据
  2. 下发指定域名或IP使用某种策略
  3. CDN SDK,迅雷SDK
  4. 模块可选,定制化编译与发布

3.接口设计

核心类:

  1. Request, Callback
  2. Response
  3. Manager, Callback
  4. Utility
  5. Parser、证书、log……

五种风格,差别在于拿哪个类来Start:

  1. URL,java.net库
  2. Request,Chromium网络库
  3. 事务:Transaction(WebKit) ; Connection(iOS)
  4. 管理器:Controller / Manager
  5. enqueue到任务队列(okhttp)

请求的设置和操作(可以是单个或全局,全局的应在Manager设置):

  1. method,header,body(upload file path),Auth
  2. 连接超时
  3. 获取数据超时
  4. DNS
  5. 跳转策略
  6. 是否(强制)使用或不使用缓存
  7. 是否(强制)使用或不使用代理
  8. 重试次数
  9. 自定义(伪造)响应
  10. 数据保存位置选择(内存或磁盘路径)
  11. 优先级
  12. Cancel

Manager设置与操作:

  1. Debug,包括打印log和其它。可以由外部传入Logger
  2. 清理指定缓存,可以具体到URL或host的DNS、HTTP缓存
  3. 设置缓存路径,容量
  4. 各种功能的开关
  5. 获取整体的负荷(任务数、占内存、缓存量等)

4.指标

(分域名)性能:

  • 总耗时,各阶段耗时
  • 重试次数
  • 最终失败的次数
  • 连接(Keep-Alive和预连接)复用率

空间占用:

  • 事务的整体内存波动
  • 各阶段的模块的内存占用
  • 缓存的淘汰策略,磁盘占用空间

5.如果有钱

  1. 动态网络策略:收集用户的网络使用习惯,并根据当前网络类型、质量来设置各类参数。
  2. 使用中间件进行数据传输
  3. 恶意URL检测
  4. 性能数据收集统计:
    RT,出错次数,出错率,请求次数,来源方……
  5. 针对特定业务优化,如视频
  6. 支持按视频协议下载,支持p2p下载
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