Android 心跳包心跳串連 如何?android和伺服器長串連呢？推送訊息的原理

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前言：現在的大多數移動端應用都有即時得到訊息的能力，簡單來說，有發送訊息的主動權和接受訊息的被動權。例如：，QQ，天氣預報等等，相信好處和使用者體驗相信大家都知道吧。

 

提出問題：這種功能必須涉及client（用戶端）和server（伺服器），所以到底client如何和server實現即時串連通訊？

 

分析問題：這種功能實際上就是資料同步，同時要考慮手機本身、電量、網路流量等等限制因素，所以通常在移動端上有一下兩個解決方案:
1.一種是定時去server查詢資料，通常是使用HTTP協議來訪問web伺服器，稱Polling（輪詢）；
2.還有一種是移動端和伺服器建立長串連，使用XMPP長串連，稱Push（推送）。（按照本人理解：用戶端的實現時：

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

 

用戶端發出一個“長”請求，如果伺服器發送訊息或者時間out了，用戶端就斷開這個請求，再建立一個長請求

）

從耗費的電量、流量和資料延遲性各方面來說，Push有明顯的優勢。但是使用Push的缺點是：
對於用戶端：實現和維護相對成本高，在移動無線網路下維護長串連，相對有一些技術上的開發難度。
對於伺服器：如何?多核並發，cpu作業調度，數量龐大的長串連並發維護等技術，仍存在開發痛點。

在講述Push方案的原理前，我們先瞭解一下移動無線網路的特點。
移動無線網路的特點：
因為 IP v4 的 IP 量有限，電訊廠商分配給手機終端的 IP 是電訊廠商內網的 IP，手機要串連 Internet，就需要通過電訊廠商的網關做一個網路位址轉譯（Network Address Translation，NAT）。簡單的說電訊廠商的網關需要維護一個外網 IP、連接埠到內網 IP、連接埠的對應關係，以確保內網的手機可以跟 Internet 的伺服器通訊

 

原理圖如下：

 

GGSN（Gateway GPRS Support Node 網關GPRS支援結點）模組就實現了NAT功能。
因為大部分移動無線網路電訊廠商都是為了減少網關的NAT映射表的負荷，所以如果發現鏈路中有一段時間沒有資料通訊時，會刪除其對應表，造成鏈路中斷。（關於NAT的作用及其原理可以查看我的另一篇博文：關於使用UDP(TCP)跨區域網路，NAT穿透的心得）
 
Push在Android平台上長串連的實現：
既然我們知道我們移動端要和Internet進行通訊，必須通過電訊廠商的網關，所以，為了不讓NAT映射表失效，我們需要定時向Internet發送資料，因為只是為了不然NAT映射表失效，所以只需發送長度為0的資料即可。

這時候就要用到定時器，在android系統上，定時器通常有一下兩種：
1.java.util.Timer
2.android.app.AlarmManager

分析：
Timer:可以按照計劃或者時間周期來執行相關的任務。但是Timer需要用WakeLock來讓CPU保持喚醒狀態，才能保證任務的執行，這樣子會消耗大量流量；當CPU處於休眠的時候，就不能喚醒執行任務，所以應用於移動端明顯是不合適。

AlarmManager：AlarmManager類是屬於android系統封裝好來管理RTC模組的管理類。這裡就涉及到RTC模組，要更好地瞭解兩者的區別，就要明白兩者真正的區別。
RTC（Real- Time Clock）即時鬧鐘在一個嵌入式系統中，通常採用RTC 來提供可靠的系統時間，包括時分秒和年月日等;而且要求在系統處於關機狀態下它也能夠正常工作（通常採用後備電池供電），它的外圍也不需要太多的輔助電路，典型的就是只需要一個高精度的32.768KHz 晶體和電阻電容等。（如果對這方面感興趣，可以自己查閱相關資料，這裡就說個大概）
好了，回來正題。所以，AlarmManager又稱全域定時鬧鐘。這意味著，當我用使用AlarmManager來定時執行任務，CPU可以正常地休眠，只有在執行任務是，才喚醒CPU，這個過程是很短時間的。

下面簡單來說明其使用：

1.類似於Timer功能：
//獲得鬧鐘管理器
AlarmManager am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//設定任務執行計畫
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, firstTime, 5*1000, sender);//從firstTime才開始執行，每隔5秒再執行

2.實現全域定時功能：
//獲得鬧鐘管理器
AlarmManager am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//設定任務執行計畫
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, firstTime, 5*1000, sender);//從firstTime才開始執行，每隔5秒再執行

總結：在android用戶端使用Push推送時，應該使用AlarmManager來實現心跳功能，使其真正實現長串連。


在伺服器端的實現：
在伺服器端，可以使用很多語言來實現，如C/C++,java,Erlang等等，如我們國內比較好的極光推送（C開發）,openfire(java開發)等等。
最近我看了極光推送的介紹和原理，下面我就說說他們是遇到什麼難題，然後使用什麼技術或者方案來解決呢。

當有大量的手機終端需要與伺服器維持長串連時，對伺服器的設計會是一個很大的挑戰。


假設一台伺服器維護10萬個長串連，當有1000萬使用者量時，需要有多達100台的伺服器來維護這些使用者的長串連，這裡還不算用於做備份的伺服器，這將會是一個巨大的成本問題。那就需要我們儘可能提高單台伺服器接入使用者的量，也就是業界已經討論很久了的 C10K 問題。
C2000K


針對這個問題，他們專門成立了一個項目，命名為C2000K，顧名思義，他們的目標是單機維持200萬個長串連。最終他們採用了多訊息迴圈、非同步非阻塞的模型，在一台雙核、24G記憶體的伺服器上，實現峰值維持超過300萬個長串連。




最後總結：
        因為我最近用java在做一個PC、伺服器、android的即時通訊系統（說白了就是模仿QQ，後面希望有不同的功能）。我的原則是用別人的原理，自己來實現，這樣才更好深入瞭解一些架構。所以，估計痛點是在通訊開發和伺服器上的開發，必須深刻瞭解多訊息迴圈、非同步非阻塞的模型。之後我會發表關於這方面的實現。
       在現在的android平台上，已經不是android單機的世界了（我不是說做單機遊戲沒有前途）。現在都是依靠發展蓬勃的互連網來支撐整個IT體系，所以，要成為一個android應用開發高手，必須朝著android、硬體、雲端服務這一體系來發展。
參考文檔：http://blog.csdn.net/sunmenggmail/article/details/12008075

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