本文原始內(nèi)容由愛(ài)奇藝技術(shù)產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)分享，本次有修訂和改動(dòng)。

1、引言

由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性特點(diǎn)，編寫(xiě)高質(zhì)量、體驗(yàn)好的具備網(wǎng)絡(luò)通信能力的移動(dòng)端應(yīng)用（尤其是即時(shí)通訊這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高度敏感的應(yīng)用）有很大的挑戰(zhàn)性。

我們平時(shí)看到的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要有如下三個(gè)典型特點(diǎn)：

1）移動(dòng)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定，高時(shí)延、易抖動(dòng)丟包、通道狹窄；

2）移動(dòng)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)接入類(lèi)型和接入點(diǎn)變化頻繁；

3）移動(dòng)狀態(tài)用戶(hù)使用高頻化、碎片化、非WIFI流量敏感。

（▲ 上述文字，引用自《移動(dòng)端IM開(kāi)發(fā)者必讀(一)：通俗易懂，理解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的“弱”和“慢”》）

正是由于上述特點(diǎn)，移動(dòng)端應(yīng)用在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信時(shí)會(huì)面臨各種復(fù)雜多變的問(wèn)題。

無(wú)論后面的技術(shù)有多復(fù)雜，但對(duì)于普通用戶(hù)使用APP來(lái)說(shuō)，能順暢的完成網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，是理所當(dāng)然的事。換句話(huà)說(shuō)，APP網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率，重要性直接體現(xiàn)在它能直接決定APP服務(wù)的可用性，直接影響到數(shù)據(jù)通信、視頻播放、廣告展現(xiàn)、支付便捷等服務(wù)質(zhì)量。

本文將以愛(ài)奇藝的iOS端APP為例，分享對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率優(yōu)化方面的技術(shù)實(shí)踐之路。

本文將同時(shí)發(fā)布于“即時(shí)通訊技術(shù)圈”公眾號(hào)，歡迎關(guān)注：

（本文已同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-2981-1-1.html）

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3、導(dǎo)致移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求失敗的因素

想要優(yōu)化移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率，先來(lái)了解移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求全鏈條可能導(dǎo)致請(qǐng)求失敗的環(huán)節(jié)有哪些。

這些環(huán)節(jié)往往由以下兩類(lèi)因素導(dǎo)致：

 

 

第一類(lèi)：不可改善因素：

1）iOS系統(tǒng)對(duì)APP的網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限控制、飛行模式或者無(wú)網(wǎng)絡(luò)連接。檢測(cè)和識(shí)別這三種情況，通過(guò)適當(dāng)方式提示用戶(hù)；

2）路由器故障。

第二類(lèi)：可以改善因素：

1）蜂窩/Wifi信號(hào)的強(qiáng)弱、連接擁堵的假連接狀態(tài)；

2）DNS故障（比如DNS劫持等）；

3）運(yùn)營(yíng)商局部節(jié)點(diǎn)故障；

4）自有運(yùn)營(yíng)負(fù)載均衡故障；

5）業(yè)務(wù)服務(wù)器故障：HTTP響應(yīng)錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)APM的HTTP響應(yīng)錯(cuò)誤率；

6）業(yè)務(wù)邏輯錯(cuò)誤：監(jiān)控子類(lèi)解析結(jié)果，對(duì)應(yīng)APM的解析錯(cuò)誤率監(jiān)控。

對(duì)于不可改善因素：目前只能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)診斷識(shí)別出故障類(lèi)型，引導(dǎo)用戶(hù)手動(dòng)去授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)或者連接可用網(wǎng)絡(luò)。

其中，如果是路由器故障，可以引導(dǎo)用戶(hù)重啟路由器或者切換4G。通過(guò)愛(ài)奇藝APP的數(shù)據(jù)監(jiān)控，大致可以看到用戶(hù)無(wú)網(wǎng)連接的時(shí)長(zhǎng)占比有3.8%左右，這說(shuō)明提供好的無(wú)網(wǎng)提示變得十分重要，而從用戶(hù)使用蜂窩信號(hào)的弱信號(hào)(0格和1格信號(hào))時(shí)長(zhǎng)占比有9%左右時(shí)長(zhǎng)，也可以看出移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性。

 

 

針對(duì)可以改善的因素，解決方法可大致分為三類(lèi)：

1）網(wǎng)絡(luò)層錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)因素1到4。主要體現(xiàn)為超時(shí)報(bào)錯(cuò)；

2）HTTP響應(yīng)錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)因素5。HTTP狀態(tài)碼為400及以上；

3）解析錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)因素6。由基線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)定義的重載接口進(jìn)行監(jiān)控。

為了提高網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率，首先需要建立監(jiān)控體系，從而使得基線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)模塊向APM投遞各種維度的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)。有了APM的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后，才能有效的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致端上網(wǎng)絡(luò)失敗的原因，進(jìn)而解決問(wèn)題。

除此之外，由于端上網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)巨大，存儲(chǔ)空間的限制使得APM只能采樣2%的用戶(hù)，因此針對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求（比如首頁(yè)）則進(jìn)行了全量采集，從而對(duì)成功率的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)更客觀(guān)全面的評(píng)估。

4、在基線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)這一層針對(duì)不同業(yè)務(wù)提供不同的補(bǔ)償思路

在優(yōu)化之前，通過(guò)APM的歸類(lèi)分析可以得出：請(qǐng)求失敗的主要報(bào)錯(cuò)是超時(shí)(-1001)的占比達(dá)到九成，與此同時(shí)SSL錯(cuò)誤，DNS解析錯(cuò)誤占比緊隨其后。根據(jù)這一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，重試成為最主要的請(qǐng)求成功率優(yōu)化的措施。

經(jīng)過(guò)不斷探索和實(shí)踐總結(jié)，基線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求提供了四種不同的重試手段。

1）IP直連重試，通過(guò)配置直連IP數(shù)來(lái)控制重試次數(shù)：

Scheme不變，Host改為直接使用IP(消除域名解析風(fēng)險(xiǎn))。由于此舉需要各個(gè)業(yè)務(wù)線(xiàn)自己提供直連的IP，目前接入的業(yè)務(wù)主要是登錄等強(qiáng)制要求HTTPS連接的業(yè)務(wù)。

2）超級(jí)管道重試，可以配置1~3次重試：

公司自研基于HTTP的網(wǎng)關(guān)代理服務(wù)(類(lèi)似于遠(yuǎn)程charles代理)。Host改為代理IP(消除域名解析風(fēng)險(xiǎn))，Scheme改為HTTP(消除SSL風(fēng)險(xiǎn)，h2降級(jí)為HTTP1.1)。由于該措施需要付出流量成本，目前接入的業(yè)務(wù)都是關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)，比如首頁(yè)等。

3）HTTP重試，可以配置1~3次重試：

Scheme修改為HTTP(消除SSL風(fēng)險(xiǎn)，h2降級(jí)為HTTP1.1)，其他不變。鑒于其為普惠性重試手段，目前接入非關(guān)鍵核心的一般業(yè)務(wù)。

4）原url重試，可以配置1~3次重試：

Scheme和host等都不變，通常意義上理解的重試，單純的再請(qǐng)求一次。此舉目前不是推薦重試手段，由業(yè)務(wù)方自主決定。

 

 

除了單個(gè)重試手段可以重試多次，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)也支持多種重試手段的組合，四種重試手段的優(yōu)先次序?yàn)椋篒P直連重試 > 超級(jí)管道重試 > HTTP重試 > 原URL重試。扣除無(wú)網(wǎng)情況，首頁(yè)推薦頁(yè)CARD接口成功率通過(guò)組合重試在2020第一季度末達(dá)到了99.76%。

 

5、其它影響移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率的因素

除了重試，還有以下因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功率有直接影響。

1）HTTP/2 vs HTTP/1.1：推薦的請(qǐng)求策略是首次請(qǐng)求走H2，當(dāng)失敗重試時(shí)走HTTP/1.1：

HTTP/2對(duì)HTTP/1.1最大改進(jìn)是共用一個(gè)TCP連接（詳見(jiàn)《從HTTP/0.9到HTTP/2：一文讀懂HTTP協(xié)議的歷史演變和設(shè)計(jì)思路》），其在網(wǎng)絡(luò)順暢時(shí)，為HTTP/2帶來(lái)了速度上的優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變壞時(shí)，TCP包的絕對(duì)順序編號(hào)會(huì)導(dǎo)致一個(gè)包的丟失而堵住后面所有的請(qǐng)求。這樣單TCP連接反而擴(kuò)大了擁堵，增大了請(qǐng)求失敗的可能性。

NSURLSession是HTTP協(xié)議自適應(yīng)的，不能控制請(qǐng)求使用HTTP/2或者HTTP/1.1。不過(guò)由于業(yè)界事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)要求HTTP/2必須是HTTPs的，這樣通過(guò)將URL Scheme改為HTTP可以間接降級(jí)到HTTP/1.1。

2）適當(dāng)?shù)某瑫r(shí)設(shè)置是一個(gè)重要影響因素：

NSURLSession的超時(shí)實(shí)際上是TCP的包間超時(shí)，并不是整體請(qǐng)求耗時(shí)的超時(shí)。

 

推薦的超時(shí)設(shè)置策略是：首次請(qǐng)求的超時(shí)可以小一點(diǎn)，而重試的超時(shí)應(yīng)該大一些。

3）接口請(qǐng)求過(guò)于密集并發(fā)可能降低請(qǐng)求成功率：

比如播放記錄的upload接口在加上多次重試后，成功率仍然只有98.2%。APM監(jiān)控此接口在IPv4環(huán)境失敗率只有0.47%，而IPv6失敗率高達(dá)7.07%。通過(guò)端上優(yōu)化請(qǐng)求策略，降低接口的并發(fā)密度后，IPv6環(huán)境和IPv4環(huán)境同時(shí)提高到99.85%的成功率。

4）接口數(shù)據(jù)體積越小，請(qǐng)求成功率越高：

HTTP/2和HTTP/1.1都是基于TCP連接的，接口數(shù)據(jù)體積越小，需要傳輸?shù)腡CP包越少，傳輸失敗的概率也就降低了。目前愛(ài)奇藝APP正在從gzip轉(zhuǎn)向壓縮率更高的br（指的是Brotli壓縮算法，詳見(jiàn)：《啟用 Brotli 壓縮算法，對(duì)比 Gzip 壓縮 CDN 流量再減少 20%》）。

6、提高魯棒性并防止故障的優(yōu)化措施

在經(jīng)過(guò)各種優(yōu)化措施提高網(wǎng)絡(luò)成功率后，我們還通過(guò)下面幾個(gè)措施成功的防止線(xiàn)上故障造成的成功率瞬時(shí)下降，提高了網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的魯棒性。

1）超級(jí)管道本身的魯棒性：

下面案例顯示使用了超級(jí)管道重試的接口錯(cuò)誤率只有3.95%，而沒(méi)有使用超級(jí)管道重試的接口錯(cuò)誤率高達(dá)28.96%。這個(gè)案例的時(shí)間點(diǎn)還沒(méi)有使用異地容災(zāi)IP，在疊加異地容災(zāi)IP之后，錯(cuò)誤率曲線(xiàn)幾乎可以抹平。

 

 

2）HTTP重試和原URL重試在v4v6雙棧環(huán)境下，優(yōu)先IPv4：

由于IPv6仍在建設(shè)中，有些接口在IPv6的表現(xiàn)弱于IPv4，那么可以指定重試走IPv4。

3）TLS1.3– 1RTT的節(jié)省：

TLS1.3將SSL握手2個(gè)RTT降為1個(gè)RTT，降低了SSL握手失敗的概率。iOS12.2開(kāi)始，NSURLSession支持TLS1.3。只需要服務(wù)器升級(jí)支持TLS1.3即可，端上無(wú)須改動(dòng)。

4）IP復(fù)合連接競(jìng)速：

使用TCP連接測(cè)速，目的是剔除壞IP，選擇最優(yōu)IP，從而提高請(qǐng)求的成功概率。

經(jīng)上述措施的持續(xù)優(yōu)化，愛(ài)奇藝APP在2020Q1末，扣除無(wú)網(wǎng)情況后，業(yè)務(wù)成功率達(dá)到了99.7%，而網(wǎng)絡(luò)層成功率達(dá)到了99.77%。

▲ 業(yè)務(wù)成功率 = 網(wǎng)絡(luò)層成功率+HTTP響應(yīng)成功率+解析成功率

在完成優(yōu)化后，愛(ài)奇藝APP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)的構(gòu)成如下：

 

如上圖所示，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)各模板的功能作用如下：

1）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)庫(kù)：提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口層，所有業(yè)務(wù)接口都對(duì)接使用網(wǎng)絡(luò)接口層；

2）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)庫(kù)：提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)封裝層，對(duì)接了iOS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層NSURLSession、ASIHTTPRequest(基于CFNetwork)、和公司自研的長(zhǎng)連接網(wǎng)關(guān)；

3）網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)模塊：將從業(yè)務(wù)調(diào)用開(kāi)始到回調(diào)給業(yè)務(wù)方的各個(gè)環(huán)節(jié)的耗時(shí)及狀態(tài)值，變成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，上傳到APM匯合；

4）網(wǎng)絡(luò)診斷模塊：對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)進(jìn)行診斷，包括dns解析，ping，tcpconnect，trace等工具對(duì)具體IP進(jìn)行分析，分析結(jié)果上傳到APM匯合；

5）弱網(wǎng)檢測(cè)模塊：通過(guò)借鑒Facebook的弱網(wǎng)檢測(cè)是基于網(wǎng)速擬合的網(wǎng)絡(luò)等級(jí)分級(jí)，分為網(wǎng)絡(luò)情況非常差(2G或者無(wú)網(wǎng))、網(wǎng)絡(luò)情況較差(3G)、網(wǎng)絡(luò)情況一般、網(wǎng)絡(luò)情況較好、網(wǎng)絡(luò)情況非常好五個(gè)等級(jí)；

6）HTTPDNS模塊：有效的解決了運(yùn)營(yíng)商劫持問(wèn)題；

7）超級(jí)管道重試：基于HTTP的網(wǎng)關(guān)代理，具有異地容災(zāi)代理能力；

8）ipv4/ipv6模塊：識(shí)別端上是ipv4 only環(huán)境、v4/v6雙棧還是ipv6 only環(huán)境；

9）復(fù)合連接模塊：可以在server IP緩存池選出最佳IP，手段包括目標(biāo)IP連接競(jìng)速，IP歷史請(qǐng)求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)排序；

10）網(wǎng)絡(luò)日志模塊：記錄了最近發(fā)生的失敗網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求詳細(xì)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)診斷數(shù)據(jù)。隨反饋一并提交，可以便捷的排查線(xiàn)上網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

7、未來(lái)的目標(biāo)與可能的優(yōu)化措施

為了持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)成功率，下一步目標(biāo)是扣除無(wú)網(wǎng)情況，重點(diǎn)業(yè)務(wù)成功率達(dá)到99.9%。后續(xù)考慮的優(yōu)化措施如下。

1）Multipath：

當(dāng)Wifi假連接的時(shí)可以走蜂窩流量，iOS 7開(kāi)始支持Multipath特性（詳見(jiàn)：《揭開(kāi) iOS 7 之 Multipath TCP 的面紗》）。

2）QUIC：

QUIC是基于UDP的，由于運(yùn)營(yíng)商對(duì)UDP有針對(duì)性的丟包，實(shí)測(cè)QUIC并沒(méi)有體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。然而，考慮到libcurl在2019已提供完整QUIC能力，NSURLSession不久也會(huì)支持QUIC。隨著運(yùn)營(yíng)商對(duì)UDP包的干擾減少，QUIC的優(yōu)勢(shì)將得到體現(xiàn)。

如果對(duì)QUIC協(xié)議感興趣，可以讀一讀下面這些文章：

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3）智能調(diào)度并發(fā)：

更精準(zhǔn)更靈敏的弱網(wǎng)識(shí)別，弱網(wǎng)下對(duì)關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)進(jìn)行傾斜。

4）HTTPDNS的push能力：

HTTPDNS打通APM的質(zhì)量監(jiān)控體系后，通過(guò)push及時(shí)下線(xiàn)故障IP。

關(guān)于移動(dòng)端DNS問(wèn)題上的優(yōu)化，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有了很多總結(jié)，有興趣可以深入研究：

《全面了解移動(dòng)端DNS域名劫持等雜癥：技術(shù)原理、問(wèn)題根源、解決方案等》

《美圖App的移動(dòng)端DNS優(yōu)化實(shí)踐：HTTPS請(qǐng)求耗時(shí)減小近半》

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《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議》

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《TCP/IP詳解 - 第21章·TCP的超時(shí)與重傳》

《技術(shù)往事：改變世界的TCP/IP協(xié)議（珍貴多圖、手機(jī)慎點(diǎn)）》

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《理論聯(lián)系實(shí)際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過(guò)程》

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