作者 | 百度音讯中台团队

导读

在过去的十年里，移动端技能飞速开展，移动运用逐步成为首要的快捷拜访和运用互联网的办法，承接了越来越多的事务和功用，这也意味着对移动端和服务器之间的通讯功率和安稳性提出了更高的要求。为了完结更高效的实时通讯和数据同步，长衔接逐步成为一种关键技能，经过坚持客户端和服务器之间的耐久衔接，完结了两边实时数据交换，避免了频频的建连和断连开支，然后进步用户体验、服务安稳性、可靠性等方面的体现。

本文旨在讨论长衔接技能在移动端的实践，针对百度iOS端在建造长衔接进程中的技能选型和全体架构逻辑将做要点打开。一起结合IM即时通讯事例的介绍和剖析，展现长衔接是怎么在移动运用范畴为类似事务场景供给解决计划的。

本文将分为五个首要部分。首先，对长衔接技能进行概述，包含界说、与短衔接的对比以及在移动互联网范畴的常见运用。接下来，会简略介绍百度长衔接服务，包含树立的布景以及建成后供给的服务中心干流程。然后，将要点讨论百度iOS端长衔接SDK树立进程中的应战和解决计划，包含协议的挑选、DNS解析优化、长衔接保活机制的规划等。紧接着，以IM即时通讯场景中的长衔接实践为例，展现了长衔接SDK是怎么为事务完结恳求数据转发、接纳服务器自动推送等功用的。最终，对本文的首要内容做了总结，以及对长衔接在移动端运用中未来的开展趋势和远景进行了展望。

全文7193字，预计阅览时刻18分钟。

01 长衔接简介

1.1 知道长衔接

长衔接，指在一个衔接上能够连续发送多个数据包，在衔接坚持期间，假如没有数据包发送，需求两边发链路检测包。

1.2 长衔接与短衔接对比

1.3 长衔接在移动互联网范畴的运用

长衔接在移动互联网范畴有广泛的运用，特别是在完结实时通讯和音讯推送等功用方面发挥了关键作用。例如，常见的微信、QQ这样的即时通讯软件，便是经过坚持客户端和服务器的长衔接，完结即时传输信息的需求。又如一些网络游戏、定位服务、新闻推送等，也会运用长衔接，实时推送新的动态或许音讯给用户。这样，无论用户在何时何地，只需衔接到互联网，就能够接纳到最新的信息，极大地进步了运用者的体验度而且使得移动互联网愈加快捷。

总的来说，对实时性、数据传输功率、频频通讯等有强需求的运用，长衔接都是一个好的挑选。

02 百度长衔接服务简介

2.1 树立一致长衔接的布景

此前，百度移动端都是由各事务自运维的长衔接，往往树立和保护成本都偏高，且可复用性不大，因此计划完结一套高并发、低时延、高触达的一致长衔接组件，能够更灵活高效地支撑各事务接入，能够对百度系的各APP独立输出长衔接服务满足各事务的诉求，然后进步服务质量，降低资源成本。

2.2 长衔接服务干流程图

百度长衔接服务包含客户端的长衔接SDK和服务端的长衔接接入层两个部分，长衔接接入层又包含拜访操控模块和接入模块，担任保护长衔接办理及事务数据转发。下图描述了长衔接建连及心跳保活进程，事务登录和登录后推送进程，以及最终长衔接SDK触发断连的进程。后文将针对iOS端长衔接SDK的详细完结解决计划，和长衔接SDK在百度APP中的事务运用落地进行更为详细的讨论。

03 百度iOS端树立长衔接SDK的解决计划

3.1 客户端树立长衔接的应战点概述

客户端从0到1树立一套完好的长衔接SDK，这个进程涉及到多个技能点的考虑，包含但不限于：衔接的创立和保护，网络协议的挑选，运用加密传输、验证数据来源等办法保证长衔接的安全性，经过数据传输格式挑选、数据压缩等办法削减数据量进步传输功率，过错反常处理机制等，需求开发者依据实际情况进行最优完结计划的挑选。在这之中，最中心的能够拆解为以下两个部分：

1、衔接的创立：完好建连流程的规划，网络协议的挑选，规划时需求考虑长衔接建连的成功率、时延等中心指标；

2、衔接的保护：保证建连成功是第一步，长衔接还需求坚持保护两边衔接才可达到持续通讯的目的，这包含：在长时刻无数据交互的情况下，需求定时发送心跳包进行衔接的保活，以及长衔接衔接断开后需求及时进行断线重连恢复衔接在线状况。

3.2 中心逻辑一：衔接的创立

长衔接建连即客户端与服务器树立衔接，是长衔接SDK要做的第一件事，一切事务方数据的传输（上下行）都要依据长衔接建连成功的这个条件。长衔接建连并不是一个单一简略的操作，而是一个分阶段进行的进程。本末节将首要讨论在规划开发长衔接建连模块之前，需求要点考虑确认的几个技能点和完结计划，以及百度iOS端长衔接SDK最终完结的长衔接建连完好进程的架构。

3.2.1 应战①：协议的挑选

问题点：UDP仍是TCP

关于网络编程这个论题，运用哪种数据传输层协议来完结通讯是一个十分根底但一直争论不休的问题。UDP和TCP各有各的运用场景，TCP能供给可靠的数据传输，UDP则有更高的传输功率，此处不再赘述TCP与UDP的区别，最终挑选哪种协议完结，是一个见仁见智的问题，需结合全体运用场景、开发代价、部署和运营成本等方面归纳考虑。

解决计划：TCP为主，一起小流量探索QUIC的潜力

百度iOS端长衔接SDK中现有两套数据传输计划：

计划一：在长衔接SDK建造初期，依据业内老练技能计划选型的调研成果，及开发成本、保护快捷性的考虑，第一个计划是参阅CocoaAsyncSocket结构改写的，依据Socket原生开发，运用TCP协议，支撑TLS/SSL安全传输，而且是线程安全的，该计划较为老练，运用快捷，建连成功率较高。现在百度APP iOS端中90%的用户流量都是走的该计划完结的长衔接逻辑。

计划二：一般安稳网络传输都是经过TCP，但在网络基建自身现已越来越完善的情况下，TCP一些规划自身的问题便暴露了出来，加之TCP是在操作内核和中间固件中完结的，因此对TCP进行重大更改几乎是很难的工作，类似建连进程握手耗时长、队头堵塞等问题没有得到很好地解决，让我们开端考虑一些新的或许性。长衔接SDK后续引入了依据QUIC协议完结的第二套计划。QUIC协议是树立在UDP之上，而且完结了可靠传输，比较HTTP2+TCP+TLS协议，QUIC具有不少长处：削减了TCP三次握手及TLS握手时刻，改进了拥塞操控，而且没有队头堵塞的多路复用，支撑衔接迁移等。百度iOS长衔接SDK现在经过NWConnection引入了QUIC协议的完结。QUIC的协议虽然比较先进，但这也意味着在工程完结方面有更多可优化的空间，现在计划二还处于小流量试验阶段，仍有许多优化工作有待后续进一步去落地。就当时放量所得到的数据来看，在长衔接建连成功率及时延指标上，QUIC完结计划都有较好的体现。

3.2.2 应战②：DNS解析优化

问题点：国内移动端网络所面对的DNS疑难杂症

国内各ISP运营商的LocalDNS因为域名缓存、解析转发、LocalDNS递归出口NAT的原因，简单引起DNS被劫持形成服务不可用、DNS调度不精确导致性能退化等问题。DNS解析的功率和精确性，直接影响长衔接建连的质量，然后影响公司的事务。

解决计划：HTTPDNS

因此在百度iOS端长衔接SDK中，选用当时业界比较干流的解决计划：HTTPDNS，来代替LocalDNS解析。HTTPDNS是运用HTTP协议与DNS服务器进行交互，绕开了运营商的LocalDNS服务，有用防止了域名劫持，进步域名解析功率。

3.2.3 完好解决计划：百度iOS端长衔接建连全体流程

建连时机

在百度APP中，一致保护了一系列体系事件和生命周期供各个组件监听。iOS长衔接SDK依据百度APP的事务特性，挑选在环境树立完结事件后触发长衔接建连，即等候APP发动必要数据比如主页资源等加载完结后，开端触发长衔接建连。

建连完好进程

下图展现了长衔接SDK建连的四个进程：

获取Token：

• 获取Token的含义：狭义上Token指的是长衔接拜访操控模块回来的access-token，后续随长衔接登录恳求上行到长衔接接入层，由接入层向长衔接拜访操控模块进行鉴权用。广义上随此次Token恳求下发的，还有传输协议及拜访点等数据，包含但不限于：长衔接协议运用QUIC仍是TCP，是否优先ipv6，衔接域名和端口，日志打点小流量开关等。

• 获取Token的机制：获取Token优先走本地缓存，当本地缓存无有用数据时，才宣布网络恳求，该恳求是依据NSURLSession完结的短衔接恳求；Token在服务端和客户端均有缓存，存在过期时刻，若Token过期，会在下图中阶段四经过长衔接登录恳求失败体现，这时会清空本地Token缓存并触发重新建连。

DNS域名解析：如前所述，长衔接SDK中运用HTTPDNS代替LocalDNS来防止DNS劫持、进步解析功率。一起在iOS Release环境下，为进步DNS解析功率，本地树立了缓存机制，HTTPDNS解析成果回来后会更新本地缓存，下次建连进程优先取缓存，缓存不合法才走网络恳求。

树立Socket衔接：Socket建连进程涉及到传输协议的挑选，依据前面介绍，iOS长衔接SDK现在是经过小流量试验的办法，10%的用户走QUIC建连，90%的用户走TCP建连。

长衔接登录恳求：携带Token中获取的access-token上行恳求完结鉴权，长衔接登录恳求回来成功意味着整个建连进程完结，事务层可开端正常运用长衔接进行通讯，若登录回来报错，则会触发重连。

顺利完结这四个阶段后，长衔接会在该链路上持续发送心跳包进行衔接保活，在反常断连或压后台等触发的自动断连之前，一直坚持衔接在线状况，为各个事务的数据传输供给通路。

3.3 中心逻辑二：衔接的保护

3.3.1 保护衔接的含义

上个末节介绍了长衔接衔接树立的全进程，长衔接建连成功后，实际已处于可用状况，即各事务依据长衔接的通讯现已能够正常进行。但在此之后，坚持长衔接的可用性也是十分重要的。假如长衔接无法很好地坚持，在衔接现已失效的情况下服务端持续推送下行告诉而端却收不到，形成资源的糟蹋，一起无法及时重新建连，对事务形成丢失。

3.3.2 保护长衔接的解决计划

针对或许导致长衔接断开的几种首要原因，长衔接SDK树立了对应的机制来保证衔接的安稳性，可总结为两点：心跳保活和断线重连。

解决计划①：心跳保活

心跳保活的界说：完结长衔接保活的办法一般是选用运用层心跳，经过心跳包的超时或报错等来执行重连操作。心跳一般是指某端（一般是客户端）每隔必定时刻向另一端（一般是服务端）发送自界说指令，以判别两边是否存活，因其依照必定距离发送，类似于心跳，故被称为心跳保活。

百度iOS端长衔接SDK心跳保活机制：长衔接登陆恳求成功后，解析回来数据，若服务端下发了心跳包的距离时刻，则以服务端下发的时刻距离持续发送心跳包进行衔接保活，若没有下发心跳包距离时刻，客户端会默许60s距离时刻来触发心跳包的发送。详细心跳保活进程见下图。

解决计划②：断线重连

断线重连原理：在长衔接或许被断开的场景（压后台重进APP、网络状况变更等），检测长衔接的可用状况，监测到衔接不可用时，及时触发重连机制。

百度iOS端长衔接SDK断线重连机制：详细触发断线重连的时机见下图，iOS长衔接SDK内部保护有串行行列和一致的长衔接状况监测记载，不会导致重复建连的产生。

04 长衔接在百度APP中的运用与实践

4.1 长衔接在百度APP中的事务落地

长衔接是客户端到服务端的一种全双工衔接，建连完结后，能够为事务方供给恳求转发、服务端自动推送等服务。在百度APP中，包含在线健康治疗、高考志愿填报咨询、情感心理辅导等一系列实时咨询服务，发送直播弹幕、加入某大V粉丝群谈天、私信好友等多种用户实时沟通场景的落地，以及完结用户在线情况下云端可及时自动下发配置操控端的根底才能建造，都离不开长衔接的支撑。长衔接为各个事务与自己服务端的数据交互供给了安稳快捷的办法和途径。

下图为百度APP中长衔接与落地事务的结构示意图。完好的长衔接模块包含了客户端的长衔接SDK和服务端的长衔接接入层两个部分，作为各个事务与自己服务端数据沟通的中间途径，处理了包含衔接树立与保活、完结各事务客户端与自己服务端的数据双向互发等逻辑。下面将要点关注长衔接在IMSDK实时谈天通讯场景中的实践。

4.2 长衔接在IM即时通讯场景中的实践

4.2.1 布景介绍

IMSDK，即百度音讯中台为百度APP及百度系其他产品打造的具备运用内即时通讯才能的客户端SDK，包含多种用户沟通场景：私聊、群聊、谈天室、直播弹幕等，并帮助事务推送音讯告诉触达用户，树立B端和C端的沟通途径。现在主功用比如拉取会话列表、拉取音讯、发送音讯、音讯已读等均为长衔接完结。本末节将经过介绍用户发送音讯、用户收到新音讯告诉这两个IM及时通讯中的常见场景，展现长衔接供给的数据转发和服务器自动推送才能是怎么在事务场景落地的。

4.2.2 实践1：实时谈天场景下用户发送音讯

实践场景

实时谈天场景下，用户在谈天框向自己好友发送一条音讯，音讯假如发送失败了，运用一般会在本条音讯气泡旁展现一个红叹号，这个运用场景关于互联网用户应该都十分熟悉。从技能角度看，本质上是事务客户端向自己的服务器上行一个恳求，服务器再将恳求成果回来给客户端。这是一个典型的需求频频点到点通讯的场景，十分合适依据长衔接来完结。长衔接SDK对外供给了封装好的长衔接恳求类，外部事务方比如IMSDK在上行长衔接恳求时经过创立该类的实例，将上行所需参数和数据赋值给恳求实例，并设置回调闭包用于接纳和处理恳求回执数据和成果，最终将恳求宣布。事务不需求考虑数据传输及转发等逻辑，长衔接会充当事务客户端和服务器之间的通路，黑盒处理这个进程。

技能难点

关于长衔接SDK而言，在这条通路上最重要也是比较复杂的逻辑点在于，各个事务方的上行恳求和下行告诉都是并发进行的，长衔接SDK怎么有序地办理数据流向。上行恳求即写流，接纳下行数据即读流，下面就读写流的办理，与恳求同回执数据的匹配问题的解决计划作扼要的介绍。

技能完结

长衔接SDK内就读写数据保护有两个行列：读行列和写行列，以及保护了一个缓存池用作恳求实例和恳求回执数据的匹配。事务方上行一个长衔接恳求，实际上是将恳求使命增加到写行列中，假如此刻处于可写流状况，还会触发写流。当socket建连成功今后，会取出写行列队头的使命，开端写流，写流结束会查看写行列是否为空，不为空持续取队头使命执行，直至写行列为空为止。一起socket建连成功还会增加一次读使命到读行列中，并查看假如此刻处于可读状况，便取出队头第一个读使命，开端读流，读流成功后会持续增加一个读使命到读行列，循环读流操作。

读流得到的服务端下行回来数据，经过serviceId（事务编号）+ methodId（长衔接恳求办法编号）+ 恳求发起的时刻戳组成唯一键值，去缓存区匹配到下行回来数据对应的恳求体，经过回调的办法，将恳求成果回来到调用方。该恳求一旦被回调过一次，其实例将从缓存区被删去，及时开释缓存区内存，而且保证一次恳求不会产生多次回调的情况。

4.2.3 实践2：实时谈天场景下用户收到新音讯告诉

实践场景

实时谈天场景下，用户是怎么收到别的用户发送给他的新音讯告诉的呢？其实是依托服务器的下行告诉到客户端。长衔接不仅供给为事务客户端转发上行恳求的才能，还供给了服务端自动推送的服务。比如在IM事务中，依托IM服务器下行新音讯告诉，来完结音讯的实时接纳和拉取。这些告诉又是怎么抵达IMSDK的呢？其实它与上一末节IMSDK上行长衔接恳求的进程类似。

技能完结

在IMSDK的长衔接办理类初始化阶段，会对需求接纳的下行告诉办法进行注册，这儿的注册实际上指的便是上行多个长衔接恳求，每个恳求有对应的serviceID（事务编号）和methodID（需求注册的告诉办法号码）。跟上一末节长衔接恳求不同的点在于，这些恳求在收到回执数据后不会从长衔接SDK恳求缓存区里移除，而是会长期存在，只需读流时读到了对应methodID的数据，就能在恳求缓存区找到对应恳求，将下行数据传到IMSDK了。这样一来，只需长衔接在线，事务方就能实时接纳到其服务器下行的告诉音讯了。

05 结语

长衔接服务的中心大致可分为：建连进程、衔接坚持进程以及数据传输进程。本文给出了树立长衔接服务进程中面对的一些应战和解决计划，并结合长衔接功用在百度APP即时通讯场景下的实践，扼要介绍了百度iOS端长衔接SDK的全体架构。

在移动端，长衔接技能的运用远景十分宽广。随着5G和6G等高速移动网络的开展，将使得移动运用程序能够愈加高效地运用长衔接技能，然后完结愈加实时和高效的数据交换。这也为对实时数据交换有强需求的运用场景供给了更宽广的幻想空间，比如物联网、智能家居、虚拟实际和增强实际等技能，长衔接都将在其中发挥愈加重要的作用。

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