移动端网络优化：移动端弱网优化篇

Posted 2022-04-14 wecloud1314

弱网优化需要解决的核心问题有两点：

1）移动网络环境如此复杂，我们如何确定当下就是弱网环境；

2）确定为弱网环境下，我们如何提升弱网下的成功率，降低弱网下的时延，进而提升用户的网络体验。

 

判断弱网的指标

首先我们来探讨下都有哪些指标会影响到网络的质量，包括httprtt，tcprtt，throughput，signal strength，bandwidth-delay product。

1）httprtt：

httprtt（http Round-Trip Time）又名TTFB（Time to first

byte），指从客户端请求的第一个字节开始发送到接收到http

header的第一个字节的时间差。httprtt的时间如果过长，一方面是客户端本身接入网络质量的问题，另一方面是服务的延时比较大。

2）tcprtt：

tcprtt（tcp Round-Trip

Time）指客户端tcp信道第一个字节发送到接收第一个字节的时间差。因为HTTP协议底层是基于TCP的，所以在复用同一条tcp连接的前提下，httprtt的时间是包含tcprtt的时间的。大部分情况下httprtt已经可以说明问题的原因。

3）throughput：

throughput，中文名字吞吐量，它是用来衡量单位时间内成功传送数据的数量，是可以比较客观的衡量网络质量的指标。吞吐量

=（获bits结束大小 - 获bits开始大小）/（获bits结束时间 - 获bits开始时间），这里有个细节需要注意，posix

socket的read函数返回值是bytes，所以要乘以8得到bits。通常在httprtt比较小的情况下，网络依然很慢，这个时候就可以使用吞吐量来确定网络的质量。

4）signal strength：

signal

strength，这里指的是无线信号强度，在android上可以通过PhoneStateListener的onSignalStrengthsChanged方法获取到信号强弱，但要注意只能在Android

M以上的版本才生效。ios上暂时没有靠谱的实现。即时通讯开发

5）bandwidth-delay product：

bandwidth-delay

product，中文名带宽时延乘积，指的是一个数据链路的能力（throughput）与来回通信延迟（rtt）的乘积。带宽时延乘积的结果是比特不是位，这个比特值反应出当前网络管道的最大容量。TCP中有一个窗口大小的概念，会限制发送和接收数据的大小，所以TCP窗口大小的调节是直接受带宽时延乘积的影响，根据带宽时延乘积的值去设置套接字的setsockopt方法，设置的option是SO_RCVBUF（接收缓冲区大小）和SO_SNDBUF（发送缓冲区大小）。

通过上面的内容，我们对影响网络质量的指标有了一定了解，对于不同的产品，影响网络质量的指标可以理解成一样的，但对于每个指标的阈值肯定是不一样的，因为这包含着业务场景，比如抖音是视频类网络传输，微信是长连接数据传输，百度是文本图片类数据传输。还包括服务端配备，不同产品线的服务集群能力肯定不一样，比如返回客户端的服务端耗时肯定不一样。所以针对不同的产品弱网指标是基本一致的，但是指标的取值肯定是不一样的。

如何建立弱网标准

建立弱网标准是一个循序渐进的过程，在一穷二白的时候我们应该如何建立这个标准呢？答案分为三个阶段。

1）第一阶段，线下进行测试：获取一些符合我们预期的阈值，这个时候我们需要借助一些网络测试工具，比如苹果的Network Link Conditioner，Facebook的ATC（Augmented Traffic Control），来获取到线下不同网络情况的阈值，一般我们会测试App冷启动的场景，网络切换的场景，DNS故障场景，弱网场景（一般都是配置上下行的带宽，丢包率，延迟，DNS延迟参数，或者更为简单的是使用工具默认的一些弱网配置）。

2）第二阶段，线上进行验证：通过线下充分测试获取到的阈值，在线上可以获取到弱网的比例，在这里百度App是针对特定场景的，比如Feed刷新，搜索落地页打开等，就算是在移动时代被大家公认的网络体验好的微信，也只是在信令传输（收发消息）上做到极致优化，所以针对场景搜集弱网数据很重要。

3）第三阶段，线上的反复试验：想做到理想的弱网效果，少不了线上反复的阈值调整，通过调整阈值比较针对场景的网络请求的成功率、耗时、连接复用率等指标，使我们获得趋向于针对场景的合理阈值。

网络探测的整体架构和实现

网络探测是弱网检测的基础，是否能即时，正确的检测出网络质量，是我们首先要解决的问题。我们把网络探测划分为两部分，主动网络探测和被动网络采集。

主动网络探测

所谓主动探测，就是在触发了某些条件后，主动的进行网络探测，并按照一定的条件检查出是否是弱网状态。

策略层：

探测策略层通过多种策略的组合，使主动探测的即时性和准确性得以大大提高，我们结合上面的策略层图来解释下检测维度的意义。

我们分别在网络请求成功和失败的时候触发了弱网检测的逻辑。

主要分为如下三种逻辑：

1）成功时，如何判断进入弱网状态？检查weakhttprtt的阈值，这个值取决于业务的设置（一般这个值会针对特殊场景的请求取95分位或者更大分位的值），大于这个值就会进入弱网检测，为了防止频繁触发探测加了时间间隔维度，目前定义的是10分钟。从线下模拟测试来看，只要大于这个阈值，检测结果必然是弱网状态。

2）成功时，如何判断退出弱网状态？检查goodhttprtt的阈值，这个值取决于业务的设置（一般这个值会取整体网络的95分位或者更大分位的值），小于这个值证明要切换回正常网络状态，为了防止频繁触发探测加了时间间隔维度，目前定义的是30秒。从线下模拟测试来看，只要小于这个阈值，检测结果必然是正常状态。如果大于或者等于这个阈值，也不能证明一定不是正常网络，所以也需要发起网络探测，但是由于这是在成功回调里，频次会很高，所以我们加上时间间隔的限制30秒，还加入了次数的限制，连续成功次数%次数阈值（4次）等于0。但这看起来还是频次有点高，所以我们引入了阶梯递增机制，随着次数的增长，成60秒几何倍数增长。

3）失败时，如何判断进入弱网状态？首先会判断连续失败次数，连续失败次数/次数阈值（2次）等于1并且连续失败次数%次数阈值（2次）等于0，相比成功，失败的次数检查较为苛刻，主要还是考虑多次触发网络检测损耗性能。

进入弱网状态后，就会触发基础能力层的ping和dns query的探测。

础能力层：

探测基础能力层，主要提供弱网检测的手段，一是dns query，一是ping，百度App使用C++实现了这两个能力。

为什么要选用这两种手段呢？

判断出弱网状态后，会将结果提供给接口层。

接口层：

接口层主要提供主动探测出来的网络状态，目前包括GOOD，BAD，UNKNOWN，OFFLINE。

1）GOOD：dns查询成功并且ping也成功，即标记为GOOD状态；

2）BAD：ping失败一次标记为BAD状态；

3）UNKNOWN：初始状态或者识别不出来状态为UNKNOWN状态；

4）OFFLINE：dns server错误（没有获取到要发送的DNS server地址），网关错误（读取/proc/net/route文件内容失败），发送dns错误（发送dns数据出错），ping读写错误（ping的过程中读写错误），接收dns错误（接收dns数据出错），ping地址错误（ping地址是空），dns未知域名错误（dns没有查询到域名错误），初始化icmp错误（初始化icmp失败），dns udp错误（创建UDP socket失败），即标记为OFFLINE状态。