Android 心跳包心跳连接 如何实现android和服务器长连接呢？推送消息的原理

Posted 2020-08-03 全球顶尖骇客

前言：现在的大多数移动端应用都有实时得到消息的能力，简单来说，有发送消息的主动权和接受消息的被动权。例如：微信，QQ，天气预报等等，相信好处和用户体验相信大家都知道吧。

 

提出问题：这种功能必须涉及client（客户端）和server（服务器），所以到底client如何和server实现实时连接通讯？

 

分析问题：这种功能实际上就是数据同步，同时要考虑手机本身、电量、网络流量等等限制因素，所以通常在移动端上有一下两个解决方案:
1.一种是定时去server查询数据，通常是使用HTTP协议来访问web服务器，称Polling（轮询）；
2.还有一种是移动端和服务器建立长连接，使用XMPP长连接，称Push（推送）。（按照本人理解：客户端的实现时：

1 while(true) {
2 
3  request(timeout);
4 
5  request(timeout);
6 
7 }

 

客户端发出一个“长”请求，如果服务器发送消息或者时间out了，客户端就断开这个请求，再建立一个长请求

）

从耗费的电量、流量和数据延迟性各方面来说，Push有明显的优势。但是使用Push的缺点是：
对于客户端：实现和维护相对成本高，在移动无线网络下维护长连接，相对有一些技术上的开发难度。
对于服务器：如何实现多核并发，cpu作业调度，数量庞大的长连接并发维护等技术，仍存在开发难点。

在讲述Push方案的原理前，我们先了解一下移动无线网络的特点。
移动无线网络的特点：
因为 IP v4 的 IP 量有限，运营商分配给手机终端的 IP 是运营商内网的 IP，手机要连接 Internet，就需要通过运营商的网关做一个网络地址转换（Network Address Translation，NAT）。简单的说运营商的网关需要维护一个外网 IP、端口到内网 IP、端口的对应关系，以确保内网的手机可以跟 Internet 的服务器通讯

 

原理图如下：

 

GGSN（Gateway GPRS Support Node 网关GPRS支持结点）模块就实现了NAT功能。
因为大部分移动无线网络运营商都是为了减少网关的NAT映射表的负荷，所以如果发现链路中有一段时间没有数据通讯时，会删除其对应表，造成链路中断。（关于NAT的作用及其原理可以查看我的另一篇博文：关于使用UDP(TCP)跨局域网，NAT穿透的心得）
 
Push在Android平台上长连接的实现：
既然我们知道我们移动端要和Internet进行通信，必须通过运营商的网关，所以，为了不让NAT映射表失效，我们需要定时向Internet发送数据，因为只是为了不然NAT映射表失效，所以只需发送长度为0的数据即可。

这时候就要用到定时器，在android系统上，定时器通常有一下两种：
1.java.util.Timer
2.android.app.AlarmManager

分析：
Timer:可以按照计划或者时间周期来执行相关的任务。但是Timer需要用WakeLock来让CPU保持唤醒状态，才能保证任务的执行，这样子会消耗大量流量；当CPU处于休眠的时候，就不能唤醒执行任务，所以应用于移动端明显是不合适。

AlarmManager：AlarmManager类是属于android系统封装好来管理RTC模块的管理类。这里就涉及到RTC模块，要更好地了解两者的区别，就要明白两者真正的区别。
RTC（Real- Time Clock）实时闹钟在一个嵌入式系统中，通常采用RTC 来提供可靠的系统时间，包括时分秒和年月日等;而且要求在系统处于关机状态下它也能够正常工作（通常采用后备电池供电），它的外围也不需要太多的辅助电路，典型的就是只需要一个高精度的32.768KHz 晶体和电阻电容等。（如果对这方面感兴趣，可以自己查阅相关资料，这里就说个大概）
好了，回来正题。所以，AlarmManager又称全局定时闹钟。这意味着，当我用使用AlarmManager来定时执行任务，CPU可以正常地休眠，只有在执行任务是，才唤醒CPU，这个过程是很短时间的。

下面简单来说明其使用：

1.类似于Timer功能：
//获得闹钟管理器
AlarmManager am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//设置任务执行计划
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, firstTime, 5*1000, sender);//从firstTime才开始执行，每隔5秒再执行

2.实现全局定时功能：
//获得闹钟管理器
AlarmManager am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//设置任务执行计划
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, firstTime, 5*1000, sender);//从firstTime才开始执行，每隔5秒再执行

总结：在android客户端使用Push推送时，应该使用AlarmManager来实现心跳功能，使其真正实现长连接。


在服务器端的实现：
在服务器端，可以使用很多语言来实现，如C/C++,java,Erlang等等，如我们国内比较好的极光推送（C开发）,openfire(java开发)等等。
最近我看了极光推送的介绍和原理，下面我就说说他们是遇到什么难题，然后使用什么技术或者方案来解决呢。

当有大量的手机终端需要与服务器维持长连接时，对服务器的设计会是一个很大的挑战。


假设一台服务器维护10万个长连接，当有1000万用户量时，需要有多达100台的服务器来维护这些用户的长连接，这里还不算用于做备份的服务器，这将会是一个巨大的成本问题。那就需要我们尽可能提高单台服务器接入用户的量，也就是业界已经讨论很久了的 C10K 问题。
C2000K


针对这个问题，他们专门成立了一个项目，命名为C2000K，顾名思义，他们的目标是单机维持200万个长连接。最终他们采用了多消息循环、异步非阻塞的模型，在一台双核、24G内存的服务器上，实现峰值维持超过300万个长连接。




最后总结：
        因为我最近用java在做一个PC、服务器、android的即时通讯系统（说白了就是模仿QQ，后面希望有不同的功能）。我的原则是用别人的原理，自己来实现，这样才更好深入了解一些框架。所以，估计难点是在通讯开发和服务器上的开发，必须深刻了解多消息循环、异步非阻塞的模型。之后我会发表关于这方面的实现。
       在现在的android平台上，已经不是android单机的世界了（我不是说做单机游戏没有前途）。现在都是依靠发展蓬勃的互联网来支撑整个IT体系，所以，要成为一个android应用开发高手，必须朝着android、硬件、云服务这一体系来发展。
参考文档：http://blog.csdn.net/sunmenggmail/article/details/12008075