一、背景

个别状况下，咱们都是用一些封装好的网络框架去申请网络，对底层实现不甚关注，而大部分状况下也不须要特地关注解决。得益于因特网的协定，网络分层，咱们能够只在应用层去解决业务就行。然而理解底层的一些实现，有益于咱们对网络加载进行优化。本文就是对于依据http的连贯复用机制来优化网络加载速度的原理与细节。

二、连贯复用

对于一个一般的接口申请，通过charles抓包，查看网络申请Timing栏信息，咱们能够看到相似如下申请时长信息：

  • Duration 175 ms
  • DNS 6 ms
  • Connect 50 msTLS Handshake 75 ms
  • Request 1 ms
  • Response 1 ms
  • Latency 42 ms

同样的申请，再来一次，时长信息如下所示：

  • Duration 39 ms
  • DNS -
  • Connect -
  • TLS Handshake -
  • Request 0 ms
  • Response 0 ms
  • Latency 39 ms

咱们发现，整体网络申请工夫从175ms升高到了39ms。其中DNS，Connect，TLS Handshake 前面是个横线，示意没有时长信息，于是整体申请时长极大的升高了。这就是Http(s)的连贯复用的成果。那么问题来了，什么是连贯复用，为什么它能升高申请工夫？

在解决这个疑难之前，咱们先来看看一个网络申请发动，到收到返回的数据，这两头产生了什么？

  • 客户端发动网络申请
  • 通过DNS服务解析域名，获取服务器IP （基于UDP协定的DNS解析）
  • 建设TCP连贯（3次握手）
  • 建设TLS连贯（https才会用到）
  • 发送网络申请request
  • 服务器接管request，结构并返回response
  • TCP连贯敞开（4次挥手）

下面的连贯复用间接让下面2,3,4步都不须要走了。这两头省掉的时长应该怎么算？如果咱们定义网络申请一次发动与收到响应的一个来回（一次通信来回）作为一个RTT（Round-trip delay time）。

1）DNS默认基于UDP协定，解析起码须要1-RTT;

2）建设TCP连贯，3次握手，须要2-RTT;

（图片起源自网络）

3）建设TLS连贯，依据TLS版本不同有区别，常见的TLS1.2须要2-RTT。

 Client                                               ServerClientHello                  -------->                                                ServerHello                                               Certificate*                                         ServerKeyExchange*                                        CertificateRequest*                             <--------      ServerHelloDoneCertificate*ClientKeyExchangeCertificateVerify*[ChangeCipherSpec]Finished                     -------->                                         [ChangeCipherSpec]                             <--------             FinishedApplication Data             <------->     Application Data                   TLS 1.2握手流程（来自 RFC 5246）
注：TLS1.3版本相比TLS1.2，反对0-RTT数据传输（可选，个别是1-RTT），但目前支持率比拟低，用的很少。

http1.0版本，每次http申请都须要建设一个tcp socket连贯，申请实现后敞开连贯。前置建设连贯过程可能就会额定破费4-RTT，性能低下。

http1.1版本开始，http连贯默认就是长久连贯，能够复用，通过在报文头部中加上Connection:Close来敞开连贯 。如果并行有多个申请，可能还是须要建设多个连贯，当然咱们也能够在同一个TCP连贯上传输，这种状况下，服务端必须依照客户端申请的先后顺序顺次回送后果。

注：http1.1默认所有的连贯都进行了复用。然而闲暇的长久连贯也能够随时被客户端与服务端敞开。不发送Connection:Close不意味着服务器承诺连贯永远放弃关上。

http2 更进一步，反对二进制分帧，实现TCP连贯的多路复用，不再须要与服务端建设多个TCP连贯了，同域名的多个申请能够并行进行。

（图片起源自网络）

还有个容易被忽视的是，TCP有拥塞管制，建设连贯后有慢启动过程（依据网络状况一点一点的进步发送数据包的数量，后面是指数级增长，前面变成线性），复用连贯能够防止这个慢启动过程，疾速发包。

三、预连贯实现

客户端罕用的网络申请框架如OkHttp等，都能残缺反对http1.1与HTTP2的性能，也就反对连贯复用。理解了这个连贯复用机制劣势，那咱们就能够利用起来，比方在APP闪屏期待的时候，就事后建设首页详情页等要害页面多个域名的连贯，这样咱们进入相应页面后能够更快的获取到网络申请后果，给予用户更好体验。在网络环境偏差的状况下，这种预连贯实践上会有更好的成果。

具体如何实现？

第一反馈，咱们能够简略的对域名链接提前发动一个HEAD申请（没有body能够省流量），这样就能提前建设好连贯，下次同域名的申请就能够间接复用，实现起来也是简略不便。于是写了个demo，试了个简略接口，完满，粗略统计首次申请速度能够晋升40%以上。

于是在游戏核心App启动Activity中退出了预连贯相干逻辑，跑起来试了下，居然没成果...

抓包剖析，发现连贯并没有复用，每次进去详情页后都从新创立了连贯，预连贯可能只是省掉了DNS解析工夫，demo上的成果无奈复现。看样子剖析OkHttp连贯复用相干源码是跑不掉了。

四、源码剖析

OKHttp通过几个默认的Interceptor用于解决网络申请相干逻辑，建设连贯在ConnectInterceptor类中；

public final class ConnectInterceptor implements Interceptor {  @Override public Response intercept(Chain chain) throws IOException {    RealInterceptorChain realChain = (RealInterceptorChain) chain;    Request request = realChain.request();    StreamAllocation streamAllocation = realChain.streamAllocation();    // We need the network to satisfy this request. Possibly for validating a conditional GET.    boolean doExtensiveHealthChecks = !request.method().equals("GET");    HttpCodec httpCodec = streamAllocation.newStream(client, chain, doExtensiveHealthChecks);    RealConnection connection = streamAllocation.connection();    return realChain.proceed(request, streamAllocation, httpCodec, connection);  }}

RealConnection即为前面应用的connection，connection生成相干逻辑在StreamAllocation类中；

public HttpCodec newStream(      OkHttpClient client, Interceptor.Chain chain, boolean doExtensiveHealthChecks) {  ...     RealConnection resultConnection = findHealthyConnection(connectTimeout, readTimeout,        writeTimeout, pingIntervalMillis, connectionRetryEnabled, doExtensiveHealthChecks);    HttpCodec resultCodec = resultConnection.newCodec(client, chain, this);  ...}private RealConnection findHealthyConnection(int connectTimeout, int readTimeout,      int writeTimeout, int pingIntervalMillis, boolean connectionRetryEnabled,      boolean doExtensiveHealthChecks) throws IOException {    while (true) {      RealConnection candidate = findConnection(connectTimeout, readTimeout, writeTimeout,          pingIntervalMillis, connectionRetryEnabled);    ...      return candidate;    }}    /**   * Returns a connection to host a new stream. This prefers the existing connection if it exists,   * then the pool, finally building a new connection.   */  private RealConnection findConnection(int connectTimeout, int readTimeout, int writeTimeout,      int pingIntervalMillis, boolean connectionRetryEnabled) throws IOException {    ...        // 尝试从connectionPool中获取可用connection    Internal.instance.acquire(connectionPool, address, this, null);    if (connection != null) {    foundPooledConnection = true;    result = connection;    } else {    selectedRoute = route;    }       ...       if (!foundPooledConnection) {      ...       // 如果最终没有可复用的connection，则创立一个新的        result = new RealConnection(connectionPool, selectedRoute);    }  ...}
这些源码都是基于okhttp3.13版本的代码，3.14版本开始这些逻辑有批改。

StreamAllocation类中最终获取connection是在findConnection办法中，优先复用已有连贯，没可用的才新建设连贯。获取可复用的连贯是在ConnectionPool类中；

/** * Manages reuse of HTTP and HTTP/2 connections for reduced network latency. HTTP requests that * share the same {@link Address} may share a {@link Connection}. This class implements the policy * of which connections to keep open for future use. */public final class ConnectionPool {  private final Runnable cleanupRunnable = () -> {    while (true) {      long waitNanos = cleanup(System.nanoTime());      if (waitNanos == -1) return;      if (waitNanos > 0) {        long waitMillis = waitNanos / 1000000L;        waitNanos -= (waitMillis * 1000000L);        synchronized (ConnectionPool.this) {          try {            ConnectionPool.this.wait(waitMillis, (int) waitNanos);          } catch (InterruptedException ignored) {          }        }      }    }  };  // 用一个队列保留以后的连贯  private final Deque<RealConnection> connections = new ArrayDeque<>();      /**   * Create a new connection pool with tuning parameters appropriate for a single-user application.   * The tuning parameters in this pool are subject to change in future OkHttp releases. Currently   * this pool holds up to 5 idle connections which will be evicted after 5 minutes of inactivity.   */  public ConnectionPool() {    this(5, 5, TimeUnit.MINUTES);  }  public ConnectionPool(int maxIdleConnections, long keepAliveDuration, TimeUnit timeUnit) {  ...  }    void acquire(Address address, StreamAllocation streamAllocation, @Nullable Route route) {    assert (Thread.holdsLock(this));    for (RealConnection connection : connections) {      if (connection.isEligible(address, route)) {        streamAllocation.acquire(connection, true);        return;      }    }  }

由下面源码可知，ConnectionPool默认最大维持5个闲暇的connection，每个闲暇connection5分钟后主动开释。如果connection数量超过最大数5个，则会移除最旧的闲暇connection。

最终判断闲暇的connection是否匹配，是在RealConnection的isEligible办法中；

/**   * Returns true if this connection can carry a stream allocation to {@code address}. If non-null   * {@code route} is the resolved route for a connection.   */  public boolean isEligible(Address address, @Nullable Route route) {    // If this connection is not accepting new streams, we're done.    if (allocations.size() >= allocationLimit || noNewStreams) return false;    // If the non-host fields of the address don't overlap, we're done.    if (!Internal.instance.equalsNonHost(this.route.address(), address)) return false;    // If the host exactly matches, we're done: this connection can carry the address.    if (address.url().host().equals(this.route().address().url().host())) {      return true; // This connection is a perfect match.    }    // At this point we don't have a hostname match. But we still be able to carry the request if    // our connection coalescing requirements are met. See also:    // https://hpbn.co/optimizing-application-delivery/#eliminate-domain-sharding    // https://daniel.haxx.se/blog/2016/08/18/http2-connection-coalescing/    // 1. This connection must be HTTP/2.    if (http2Connection == null) return false;    // 2. The routes must share an IP address. This requires us to have a DNS address for both    // hosts, which only happens after route planning. We can't coalesce connections that use a    // proxy, since proxies don't tell us the origin server's IP address.    if (route == null) return false;    if (route.proxy().type() != Proxy.Type.DIRECT) return false;    if (this.route.proxy().type() != Proxy.Type.DIRECT) return false;    if (!this.route.socketAddress().equals(route.socketAddress())) return false;    // 3. This connection's server certificate's must cover the new host.    if (route.address().hostnameVerifier() != OkHostnameVerifier.INSTANCE) return false;    if (!supportsUrl(address.url())) return false;    // 4. Certificate pinning must match the host.    try {      address.certificatePinner().check(address.url().host(), handshake().peerCertificates());    } catch (SSLPeerUnverifiedException e) {      return false;    }    return true; // The caller's address can be carried by this connection.  }

这块代码比拟直白，简略解释下比拟条件：

如果该connection已达到承载的流下限（即一个connection能够承载几个申请，http1默认是1个，http2默认是Int最大值）则不合乎；

如果2个Address除Host之外的属性有不匹配，则不合乎（如果2个申请用的okhttpClient不同，复写了某些重要属性，或者服务端端口等属性不一样，那都不容许复用）；

如果host雷同，则合乎，间接返回true（其它字段曾经在上一条比拟了）；

如果是http2，则判断无代理、服务器IP雷同、证书雷同等条件，如果都合乎也返回true；

整体看下来，出问题的中央应该就是ConnectionPool 的队列容量太小导致的。游戏核心业务简单，进入首页后，触发了很多接口申请，导致连接池间接被占满，于是在启动页做好的预连贯被开释了。通过调试验证了下，进入详情页时，ConnectionPool中确实曾经没有之前预连贯的connection了。

五、优化

在http1.1中，浏览器个别都是限定一个域名最多保留5个左右的闲暇连贯。然而okhttp的连接池并没有辨别域名，整体只做了默认最大5个闲暇连贯，如果APP中不同功能模块波及到了多个域名，那这默认的5个闲暇连贯必定是不够用的。有2个批改思路：

重写ConnectionPool，将连接池改为依据域名来限定数量，这样能够完满解决问题。然而OkHttp的ConnectionPool是final类型的，无奈间接重写外面逻辑，另外OkHttp不同版本上，ConnectionPool逻辑也有区别，如果思考在编译过程中应用ASM等字节码编写技术来实现，老本很大，危险很高。

间接调大连接池数量和超时工夫。这个简略无效，能够依据本人业务状况适当调大这个连接池最大数量，在构建OkHttpClient的时候就能够传入这个自定义的ConnectionPool对象。

咱们间接选定了计划2。

六、问答

1、如何确认连接池最大数量值？

这个数量值有2个参数作为参考：页面最大同时申请数，App总的域名数。也能够简略设定一个很大的值，而后进入APP后，将各个次要页面都点一遍，看看以后ConnectionPool中留存的connection数量，适当做一下调整即可。

2、调大了连接池会不会导致内存占用过多？

经测试：将connectionPool最大值调成50，在一个页面上，用了13个域名链接，总共反复4次，也就是一次发动52个申请之后，ConnectionPool中留存的闲暇connection均匀22.5个，占用内存为97Kb，ConnectionPool中均匀每多一个connection会占用4.3Kb内存。

3、调大了连接池会影响到服务器吗？

实践上是不会的。连贯是双向的，即便客户端将connection始终保留，服务端也会依据理论连贯数量和时长调整，主动敞开连贯的。比方服务端罕用的nginx就能够自行设定最大保留的connection数量，超时也会主动敞开旧连贯。因而如果服务器定义的最大连接数和超时工夫比拟小，可能咱们的预连贯会有效，因为连贯被服务端敞开了。

用charles能够看到这种连贯被服务端敞开的成果：TLS大类中Session Resumed外面看到复用信息。

这种状况下，客户端会从新建设连贯，会有tcp和tls连贯时长信息。

4、预连贯会不会导致服务器压力过大？

因为进入启动页就发动了网络申请进行预连贯，接口申请数增多了，服务器必定会有影响，具体须要依据本人业务以及服务器压力来判断是否进行预连贯。

5、如何最大化预连贯成果？

由下面第3点问题可知，咱们的成果理论是和服务器配置非亲非故，此问题波及到服务器的调优。

服务器如果将连贯超时设置的很小或敞开，那可能每次申请都须要从新建设连贯，这样服务器在高并发的时候会因为一直创立和销毁TCP连贯而耗费很多资源，造成大量资源节约。

服务器如果将连贯超时设置的很大，那会因为连贯长时间未开释，导致服务器服务的并发数受到影响，如果超过最大连接数，新的申请可能会失败。

能够思考依据客户端用户拜访到预连贯接口均匀用时来调节。比方游戏核心详情页接口预连贯，那能够统计一下用户从首页均匀浏览多长时间才会进入到详情页，依据这个时长和服务器负载状况来适当调节。

七、参考资料

1.一文读懂 HTTP/1HTTP/2HTTP/3

2.TLS1.3VSTLS1.2，让你明确TLS1.3的弱小

3.https://www.cnblogs.com

作者：vivo互联网客户端团队-Cao Junlin