1、前言
本文要分享的消息推送指的是當iOS端APP被關閉或者處于后臺時，還能收到消息/信息/指令的能力。
這種在APP處于后臺或關閉情況下的消息推送能力，通常在以下場景下非常有用：
1）IM即時通訊聊天應用：聊天消息通知、音視頻聊天呼叫等，典型代表有：微信、QQ、易信、米聊、釘釘、Whatsup、Line；
2）新聞資訊應用：最新資訊通知等，典型代碼有：網易新聞客戶端、騰訊新聞客戶端；
3）SNS社交應用：轉發/關注/贊等通知，典型代表有：微博、知乎；
4）郵箱客戶端：新郵件通知等，典型代表有：QQ郵箱客戶端、Foxmail客戶端、網易郵箱大師；
5）金融支付應用：收款通知、轉賬通知等，典型代表有：支付寶、各大銀行的手機銀行等；
.... ....
除了以上典型場景下，消息推送這種能力已經被越來越多的APP作為基礎能力之一，因為移動互聯網時代下，用戶的“全時在線”能力非常誘人和強大，能隨時隨地即時地將各種重要信息推送給用戶，無疑是非常有意義的。
眾所周之，iOS端的這項消息推送能力就是使用蘋果提供的APNs服務來實現（有些iOS小白開發者可能看到各種第3方的iOS端消息推送SDK，總會習慣性地認為這是完全由第3方提供的能力，實際上同樣是使用APNs，只是封裝了一下而已）。目前介紹APNs消息推送的文章多討論的是手機端的實現，而服務端的消息要怎么“推”出來這樣的文章，要么太老，要么只是介紹如何調用第3方的服務端SDK接口而已（如極光推廣、友盟推送、騰訊信鴿推送等）。所以本文趁著最近對項目組的老蘋果iOS推送進行升級修改機會，詳細查閱了最新蘋果的APNs接口文檔，同時為了避免重復造輪子（懶），在調研了一些開源常用的庫之后，選擇了Turo團隊開發和維護的pushy開源工程來實現在Java服務端調用蘋果最新的APNs HTTP/2接口進行消息推送，并借此文對Pushy的使用方法進行了總結和記錄，希望對你用。
補充說明：網上目前能查到的有關iOS端APNs消息推送的Java服務端代碼實現，多是介紹如何使用Java-APNS這個工程，但這個工程以及類似的其它工程都很久沒有維護了，跟最新的蘋果APNs服務已經很難匹配了。相較而言puhsy這個工程一直比較活躍，也對蘋果的最新APNs跟進的比較及時，因而本文作者在公司的項目進行升級和重構過程中，毫不猶豫的使用了pushy。
學習交流：
- 即時通訊開發交流3群：185926912 [推薦]
- 移動端IM開發入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發移動端IM》
（本文同步發布于：http://www.52im.net/thread-1820-1-1.html）
2、相關文章
有關iOS客戶端APNs消息推送技術的介紹文章：
《iOS的推送服務APNs詳解：設計思路、技術原理及缺陷等》
《信鴿團隊原創：一起走過 iOS10 上消息推送(APNS)的坑》
《了解iOS消息推送一文就夠：史上最全iOS Push技術詳解》
《移動端實時消息推送技術淺析》
《掃盲貼：淺談iOS和Android后臺實時消息推送的原理和區別》
有關消息推送技術服務端架構方面的文章：
《絕對干貨：基于Netty實現海量接入的推送服務技術要點》
《極光推送系統大規模高并發架構的技術實踐分享》
《魅族2500萬長連接的實時消息推送架構的技術實踐分享》
《專訪魅族架構師：海量長連接的實時消息推送系統的心得體會》
《一個基于長連接的安全可擴展的訂閱/推送服務實現思路》
《實踐分享：如何構建一套高可用的移動端消息推送系統？》
《Go語言構建千萬級在線的高并發消息推送系統實踐(來自360公司)》
《騰訊信鴿技術分享：百億級實時消息推送的實戰經驗》
《百萬在線的美拍直播彈幕系統的實時推送技術實踐之路》
《京東京麥商家開放平臺的消息推送架構演進之路》
>> 更多同類文章 ……
3、提一下Android端的消息推送
論壇里做IM或消息推送服務的朋友都很清楚，相對于蘋果為iOS包辦好的APNs技術，Android上的消息推送技術亂七八糟、一塌糊涂，原因是國內的Android廠商將Android原生的GCM（現在叫FCM，跟iOS的APNs是類似的技術）進行了閹割，加上各廠商的省電策略、這全策略各不相同，導致為了實現IM和其它各種應用中的后臺消息推送，不得不為了進程保活、網絡保活搞出各種黑科技（當然，自從Android 6.0發布以后，谷歌為了打擊這種不道德的行為，進行了越來越嚴格的限制，保活黑科技越來越難搞了）。
國內的廠商為了跟進新版本Android的GCM（現在叫FCM），也都在搞自已的消息推送通道：小米手機有小米推送、魅族手機有魅族推送、華為手機有華為推送等等，開發者在放棄保活黑科技以后，只能一家一家接入各廠商的推送通道，而這這又涉到同一廠商的手機版本、不同廠商通道的自動識別等，麻煩事亂到你無法想象，就連第3方推送服務也只能就范——一家一家接入（比如信鴿的《[資訊] 信鴿新版上線：號稱Android首家統一推送服務》）。
為了解決上述亂象，好消息是去年有政府背景的“統一推送聯盟”成立了（詳見《[資訊] 統一推送聯盟在京成立：結束國內安卓生態混亂》），廣大Android開發者真是翹首以盼，但壞消息是好進展并不順利（大家心知肚明啊，各廠商的利益不好均衡嘛），最近一次跟消息推送服務有關的活動還是3個月前的《[資訊] 統一推送聯盟2018成員大會如期召開》。雖然進展不大，但總算還是有希望，Android同行們再等等，總有Android端消息推送一統江湖的方案出現的那天。
當然，本文主要是討論iOS端的消息推送，本節文字只是寫給Android端消息推送感興趣的同行看的，更多Android消息推送技術的文章，請前往：http://www.52im.net/forum.php?mod=collection&action=view&ctid=11
4、說一說為什么不使用第3方推送服務SDK？
目前主流的iOS第3方推送SDK有：友盟推送、極光推送、信鴿推送等。
使用第3方推送的優點主要是：
1）簡單：開箱即用，無需關注技術細節；
2）統計：提供了推送數據的統計能力等；
3）性能：無需關注性能負載，因為第3方都幫你實現好了，你只要調用它的接口即可。
使用第3方推送的缺點也很明顯：
1）到達率：雖然第3方移動端消息推送產品都宣傳到達率能夠達到 90%及以上，但是實際使用起來，發現遠遠達不到；
2）實時性：第3方移動端消息推送產品的推送通道是共用的，會面向多個推送客戶，如果某一個客戶PUSH推送量特別大，那么其他的移動端消息推送消息實時性可能就會受到影響；
3）不可控：雖然各種技術細節無需你關注是個優點，但它也同時是個缺點——因為你不可控的東西太多了，想要做一個定制化的需求就力不從心了；
4）被限流：因為第3方的推送服務多是免費提供，所以接口調用等都是有限制要求的（即使紙面上沒有說出來），限流是一定要做的，不然這些成本誰抗的住？
針對以上問題，58同城團隊在《58同城高性能移動端消息推送技術架構演進之路》也有討論。
更為關鍵的是，如果是實現iOS的消息推送，蘋果官方提供的APNs服務已經足夠簡單，如果不是為了項目趕進度或偷懶，自已來實現是更靠譜的選擇，簡單的事情沒有必要復雜化，這也正是本文作者的選擇。
好了，言歸正傳，繼續聊回使用pushy實現iOS高性能推送這個話題。
5、APNs和Pushy
蘋果設備的消息推送是依靠蘋果的APNs（Apple Push Notification service）服務的，APNs的官方簡介如下：
Apple Push Notification service (APNs) is the centerpiece of the remote notifications feature. It is a robust, secure, and highly efficient service for app developers to propagate information to iOS (and, indirectly, watchOS), tvOS, and macOS devices.
（如果英文看起來不方便，可以看看《iOS的推送服務APNs詳解：設計思路、技術原理及缺陷等》）
IOS設備（tvOS、macOS）上的所有消息推送都需要經過APNs，APNs服務確實非常厲害，每天需要推送上百億的消息，可靠、安全、高效。就算是微信和QQ這種用戶級別的即時通訊app在程序沒有啟動或者后臺運行過程中也是需要使用APNs的（當程序啟動時，使用自己建立的長連接），只不過騰訊優化了整條從他們服務器到蘋果服務器的線路而已，所以覺得推送要快（參考知乎）。
項目組老的蘋果推送服務使用的是蘋果以前的基于二進制socket的APNs，同時使用的是一個javapns的開源庫，這個javapns貌似效果不是很好，在網上也有人有過討論。javapns現在也停止維護DEPRECATED掉了。作者建議轉向基于蘋果新APNs服務的庫。
蘋果新APNs基于HTTP/2，通過連接復用，更加高效，當然還有其它方面的優化和改善，可以參考APNs的一篇介紹，講解的比較清楚。
再說一下我們使用的Pushy，官方簡介如下：
Pushy is a Java library for sending APNs (iOS, macOS, and Safari) push notifications. It is written and maintained by the engineers at Turo......We believe that Pushy is already the best tool for sending APNs push notifications from Java applications, and we hope you'll help us make it even better via bug reports and pull requests.
Pushy的文檔和說明很全，討論也很活躍，作者基本有問必答，大部分疑問都可以找到答案，使用難度也不大。
6、在Java端使用Pushy進行APNs消息推送
6.1 首先加入包
6.2 身份認證
蘋果APNs提供了兩種認證的方式：基于JWT的身份信息token認證和基于證書的身份認證。Pushy也同樣支持這兩種認證方式，這里我們使用證書認證方式，關于token認證方式可以查看Pushy的文檔。
如何獲取蘋果APNs身份認證證書可以查考官方文檔。
6.3 Pushy使用
ps：這里的setClientCredentials函數也可以支持傳入一個InputStream和證書密碼。
同時也可以通過setApnsServer函數來指定是開發環境還是生產環境：
Pushy是基于Netty的，通過ApnsClientBuilder我們可以根據需要來修改ApnsClient的連接數和EventLoopGroups的線程數：
關于連接數和EventLoopGroup線程數官網有如下的說明，簡單來說，不要配置EventLoopGroups的線程數超過APNs連接數：
Because connections are bound to a single event loop (which is bound to a single thread), it never makes sense to give an ApnsClient more threads in an event loop than concurrent connections. A client with an eight-thread EventLoopGroup that is configured to maintain only one connection will use one thread from the group, but the other seven will remain idle. Opening a large number of connections on a small number of threads will likely reduce overall efficiency by increasing competition for CPU time.
關于消息的推送，注意一定要使用異步操作，Pushy發送消息會返回一個Netty Future對象，通過它可以拿到消息發送的情況：
APNs服務器可以保證同時發送1500條消息，當超過這個限制時，Pushy會緩存消息，所以我們不必擔心異步操作發送的消息過多。
當我們的消息非常多，達到上億時，我們也得做一些控制，避免緩存過大，內存不足，Pushy給出了使用Semaphore的解決方法：
The APNs server allows for (at the time of this writing) 1,500 notifications in flight at any time. If we hit that limit, Pushy will buffer notifications automatically behind the scenes and send them to the server as in-flight notifications are resolved.
In short, asynchronous operation allows Pushy to make the most of local resources (especially CPU time) by sending notifications as quickly as possible.
以上僅是Pushy的基本用法，在我們的生產環境中情況可能會更加復雜，我們可能需要知道什么時候所有推送都完成了，可能需要對推送成功消息進行計數，可能需要防止內存不足，也可能需要對不同的發送結果進行不同處理....
不多說，上代碼（請看下節...）。
7、Pushy的最佳實踐
參考Pushy的官方最佳實踐，我們加入了如下操作：
通過Semaphore來進行流控，防止緩存過大，內存不足；
通過CountDownLatch來標記消息是否發送完成；
使用AtomicLong完成匿名內部類operationComplete方法中的計數；
使用Netty的Future對象進行消息推送結果的判斷。
具體用法參考如下代碼：
publicclassIOSPush {
privatestaticfinalLogger logger = LoggerFactory.getLogger(IOSPush.class);
privatestaticfinalApnsClient apnsClient = null;
privatestaticfinalSemaphore semaphore = newSemaphore(10000);
publicvoidpush(finalList deviceTokens, String alertTitle, String alertBody) {
longstartTime = System.currentTimeMillis();
if(apnsClient == null) {
try{
EventLoopGroup eventLoopGroup = newNioEventLoopGroup(4);
apnsClient = newApnsClientBuilder().setApnsServer(ApnsClientBuilder.DEVELOPMENT_APNS_HOST)
.setClientCredentials(newFile("/path/to/certificate.p12"), "p12-file-password")
.setConcurrentConnections(4).setEventLoopGroup(eventLoopGroup).build();
} catch(Exception e) {
logger.error("ios get pushy apns client failed!");
e.printStackTrace();
}
}
longtotal = deviceTokens.size();
finalCountDownLatch latch = newCountDownLatch(deviceTokens.size());
finalAtomicLong successCnt = newAtomicLong(0);
longstartPushTime = System.currentTimeMillis();
for(String deviceToken : deviceTokens) {
ApnsPayloadBuilder payloadBuilder = newApnsPayloadBuilder();
payloadBuilder.setAlertBody(alertBody);
payloadBuilder.setAlertTitle(alertTitle);
String payload = payloadBuilder.buildWithDefaultMaximumLength();
finalString token = TokenUtil.sanitizeTokenString(deviceToken);
SimpleApnsPushNotification pushNotification = newSimpleApnsPushNotification(token, "com.example.myApp", payload);
try{
semaphore.acquire();
} catch(InterruptedException e) {
logger.error("ios push get semaphore failed, deviceToken:{}", deviceToken);
e.printStackTrace();
}
finalFuture> future = apnsClient.sendNotification(pushNotification);
future.addListener(newGenericFutureListener>() {
@Override
publicvoidoperationComplete(Future pushNotificationResponseFuture) throwsException {
if(future.isSuccess()) {
finalPushNotificationResponse response = future.getNow();
if(response.isAccepted()) {
successCnt.incrementAndGet();
} else{
Date invalidTime = response.getTokenInvalidationTimestamp();
logger.error("Notification rejected by the APNs gateway: "+ response.getRejectionReason());
if(invalidTime != null) {
logger.error("\t…and the token is invalid as of "+ response.getTokenInvalidationTimestamp());
}
}
} else{
logger.error("send notification device token={} is failed {} ", token, future.cause().getMessage());
}
latch.countDown();
semaphore.release();
}
});
}
try{
latch.await(20, TimeUnit.SECONDS);
} catch(InterruptedException e) {
logger.error("ios push latch await failed!");
e.printStackTrace();
}
longendPushTime = System.currentTimeMillis();
logger.info("test pushMessage success. [共推送"+ total + "個][成功"+ (successCnt.get()) + "個],
totalcost= " + (endPushTime - startTime) + ", pushCost=" + (endPushTime - startPushTime));
}
}
關于多線程調用client：
Pushy ApnsClient是線程安全的，可以使用多線程來調用。
關于創建多個client：
創建多個client是可以加快發送速度的，但是提升并不大，作者建議：
ApnsClient instances are designed to stick around for a long time. They're thread-safe and can be shared between many threads in a large application. We recommend creating a single client (per APNs certificate/key), then keeping that client around for the lifetime of your application.
關于APNs響應信息（錯誤信息）：
可以查看APNs官網的error code表格，了解出錯情況，及時調整。
8、來看看Pushy的性能
作者在Google討論組中說Pushy推送可以單核單線程達到10k/s-20k/s，如下圖所示：
▲ 作者關于創建多client的建議及Pushy性能描述
但是可能是網絡或其他原因，我的測試結果沒有這么好，把測試結果貼出來，僅供參考（時間ms）。
ps：由于是測試，沒有大量的設備可以用于群發推送測試，所以以往一個設備發送多條推送替代。這里短時間往一個設備發送大量的推送，APNs會報TooManyRequests錯誤，Too many requests were made consecutively to the same device token。所以會有少量消息無法發出。
ps：這里的推送時間，沒有加上client初始化的時間。
ps：消息推送時間與被推消息的大小有關系，這里我在測試時沒有控制消息變量（都是我瞎填的，都是很短的消息）所以數據僅供參考。
關于Pushy性能優化也可以看看官網作者的建議：Threads, concurrent connections, and performance
大家有測試的數據也可以分享出來一起討論一下。
8、思考和小結
蘋果APNs一直在更新優化，一直在擁抱新技術（HTTP/2，JWT等），是一個非常了不起的服務。
自己來直接調用APNs服務來達到生成環境要求還是有點困難。Turo給我們提供了一個很好的Java庫：Pushy。Pushy還有一些其他的功能與用法（Metrics、proxy、Logging...），總體來說還是非常不錯的。
同時感覺我們使用Pushy還可以調優...
附錄：更多消息推送技術文章
[1] 有關IM/推送技術原理和服務端架構等：
《iOS的推送服務APNs詳解：設計思路、技術原理及缺陷等》
《信鴿團隊原創：一起走過 iOS10 上消息推送(APNS)的坑》
《Android端消息推送總結：實現原理、心跳保活、遇到的問題等》
《掃盲貼：認識MQTT通信協議》
《一個基于MQTT通信協議的完整Android推送Demo》
《IBM技術經理訪談：MQTT協議的制定歷程、發展現狀等》
《求教android消息推送：GCM、XMPP、MQTT三種方案的優劣》
《移動端實時消息推送技術淺析》
《掃盲貼：淺談iOS和Android后臺實時消息推送的原理和區別》
《絕對干貨：基于Netty實現海量接入的推送服務技術要點》
《移動端IM實踐：谷歌消息推送服務(GCM)研究（來自微信）》
《為何微信、QQ這樣的IM工具不使用GCM服務推送消息？》
《極光推送系統大規模高并發架構的技術實踐分享》
《從HTTP到MQTT：一個基于位置服務的APP數據通信實踐概述》
《魅族2500萬長連接的實時消息推送架構的技術實踐分享》
《專訪魅族架構師：海量長連接的實時消息推送系統的心得體會》
《深入的聊聊Android消息推送這件小事》
《基于WebSocket實現Hybrid移動應用的消息推送實踐(含代碼示例)》
《一個基于長連接的安全可擴展的訂閱/推送服務實現思路》
《實踐分享：如何構建一套高可用的移動端消息推送系統？》
《Go語言構建千萬級在線的高并發消息推送系統實踐(來自360公司)》
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《基于APNs最新HTTP/2接口實現iOS的高性能消息推送(服務端篇)》
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[2] 有關IM/消息推送的通信格式、協議的選擇等：
《Protobuf通信協議詳解：代碼演示、詳細原理介紹等》
《一個基于Protocol Buffer的Java代碼演示》
《簡述傳輸層協議TCP和UDP的區別》
《為什么QQ用的是UDP協議而不是TCP協議？》
《移動端即時通訊協議選擇：UDP還是TCP？》
《如何選擇即時通訊應用的數據傳輸格式》
《強列建議將Protobuf作為你的即時通訊應用數據傳輸格式》
《全方位評測：Protobuf性能到底有沒有比JSON快5倍？》
《移動端IM開發需要面對的技術問題（含通信協議選擇）》
《簡述移動端IM開發的那些坑：架構設計、通信協議和客戶端》
《理論聯系實際：一套典型的IM通信協議設計詳解》
《58到家實時消息系統的協議設計等技術實踐分享》
《詳解如何在NodeJS中使用Google的Protobuf》
《技術掃盲：新一代基于UDP的低延時網絡傳輸層協議——QUIC詳解》
《金蝶隨手記團隊分享：還在用JSON? Protobuf讓數據傳輸更省更快(原理篇)》
《金蝶隨手記團隊分享：還在用JSON? Protobuf讓數據傳輸更省更快(實戰篇)》
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[3] 有關Android端IM/消息推送的心跳保活處理等：
《應用保活終極總結(一)：Android6.0以下的雙進程守護保活實踐》
《應用保活終極總結(二)：Android6.0及以上的保活實踐(進程防殺篇)》
《應用保活終極總結(三)：Android6.0及以上的保活實踐(被殺復活篇)》
《Android進程保活詳解：一篇文章解決你的所有疑問》
《Android端消息推送總結：實現原理、心跳保活、遇到的問題等》
《深入的聊聊Android消息推送這件小事》
《為何基于TCP協議的移動端IM仍然需要心跳保活機制？》
《微信團隊原創分享：Android版微信后臺保活實戰分享(進程保活篇)》
《微信團隊原創分享：Android版微信后臺保活實戰分享(網絡保活篇)》
《移動端IM實踐：實現Android版微信的智能心跳機制》
《移動端IM實踐：WhatsApp、Line、微信的心跳策略分析》
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