移动端IM开发者必读(三)：爱奇艺移动端跨国弱网通信的优化实践

本文由爱奇艺技术团队分享，作者isno，原题“爱奇艺海外App的网络优化实践”，即时通讯网进行了排版和内容优化等。

1、引言

做海外市场，特别目标是面向全球的用户，网络的重要性不言而喻。试想一个移动端应用，比如即时通讯IM，聊天消息的本质就是人跟人在说话，一条消息从发送到接受需要10秒的时间，这恐怕会让用户崩溃，随之就是被无情地卸载，开拓海外市场那就是做梦了。

本次分享的文章内容，基于爱奇艺面向全球用户推出的国际版，在海外跨国网络环境复杂的前提下，针对性地做了一系列弱网优化实践，取得了不错的效果，在此总结分享我们的一些做法和优化思路，希望对你有所帮助。

总结下来，跨国弱网优化实践的几个核心就是：

• 1）能不请求网络就不请求；
• 2）请求的链接目标 0-RTT；
• 3）请求的内容越小越好。
  

正文内容我们将逐个技术点展开了分享。

2、系列文章

本文是系列文章中的第 3 篇，本系列文章的大纲如下：

• 《移动端IM开发者必读(一)：通俗易懂，理解移动网络的“弱”和“慢”》
• 《移动端IM开发者必读(二)：史上最全移动弱网络优化方法总结》
• 《移动端IM开发者必读(三)：爱奇艺移动端跨国弱网通信的优化实践》（* 本文）
  

如果您是IM开发初学者，强烈建议首先阅读《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》。

3、 跨国弱网样本摸底

在 App 初期版本内增加请求链路的采样。样本数足够的情况下，可以清楚你要推广的市场是怎样的环境。样本数据让我们清楚发现了各个国家、地区网络的问题，在大规模宣传和投入前，做好 App 的基础工作非常重要。

海外用户至海外数据中心的网络延迟（这是监测节点数据，用户端延迟更高）：


海外主要国家、地区移动网络情况：


在调研阶段，我们发现了以下问题比较明显，切实影响我们的运营及 App 体验。

这些问题主要是：

• 1）运营商劫持严重，DNS 劫持、HTTP 劫持；
• 2）移动端网络复杂 ，东南亚的网络基础建设还待改善；
• 3）低端 Android 机有一定的占比，数量级别影响决策；
• 4）国际网络用户端到服务器的延迟高。
  

在初期阶段，技术工作的核心是解决以上问题，为后续的运营做好基础建设。因为业务接口大部分为 HTTP 形式，就开始围绕 HTTPS 进行针对性改进。

一个HTTPS请求阶段分析：


一个 HTTPS 在第一请求会有 5 个 RTT：

1RTT(DNS)+ 1RTT(TCP 握手)+ 2RTT(TLS1.2)+ 1RTT(HTTP 链接)

如果以端到服务 50ms 延迟为例：

一个 HTTPS 的接口延迟 =  350ms =  50*5+ 100ms（服务端）

如果目标是一个非国内用户，打开首页需要 1.1s, 这个时间显然有点长。

下面开始进行技术改进的正文，以下是概括技术性优化的关键点：

4、基础链路的改进优化

4.1DNS 优化调整

DNS 的解析改为 HTTPDNS，DNS 的改进上线后观察初始连接请求提升 17% 的效率。

目的主要是：

• 1）解决域名劫持问题 （东南亚地区回传的数据显示有不少劫持）；
• 2）解决 LocalDNS 非就近分配问题；
• 3）结合业务可以做解析预热。
  

4.2传输层的优化调整

MTU 的问题 ：

• 1）Client 端和 Server 端不同的 MTU 值会导致丢包率过高。AWS 某些场景实例默认巨型帧：MTU 是 9001，但接收端默认 1500，这时候就会出现一些丢包的现象；
• 2）如果你用了多个云商服务，用 VPN 组网，IP隧道封装的数据临界 1500，又会造成丢包、包重传问题；
• 3）最严重的情况：部分网络封杀 ICMP 协议，导致 MTU 无法自动协商。
  

TCP 拥塞控制优化：

拥塞窗口 CongWin 是未接收到接收端确认情况下连续发送的字节数; 。CongWin 是动态调整，取决于带宽和延迟的积，比如 100MB 的带宽 100ms 的延迟环境。

时延带宽积 = 100Mbps*100ms = (100/8)*(100/1000) = 1.25MB

理论上 CongWin 窗口可以最大化到 1.25MB。CentOS 默认CongWin = 20*MSS，在 29KB 左右，离上限 1.26MB 差太多了，默认值上调TCP的启动会更快。

TCP 快速打开 (TCP Fast Open：TFO)：

TCP 的 keepalive 下依然会有链接断掉重建的情况，TFO 是针对这种情况的优化。

TFO 的原理机制：


在我们观察中开启 TFO 机制，海外业务一个 RTT 通常时间在 100ms 以上，HTTP 请求效率提升了 12% 左右。

5、应用层的改进优化

5.1HTTP 的优化

HTTP1.1 有个 keep-alive 作用是复用 TCP 链接，减少新建的消耗，对于浏览器的业务比较适用，但对于移动端这种时间分散的请求，大部分请求还是新建连接。

HTTP1.1 的串行机制有头部阻塞的问题。

5.2SSL 层优化

尽量升级到 TLS1.3（微信的TLS1.3实践：《微信新一代通信安全解决方案：基于TLS1.3的MMTLS详解》），利用 Pre-shared Key 机制，开启 ssl_early_data 可以进一步优化 “0-RTT ”，如果无法升级 TLS 版本，优化密钥算法为 ECDHE，运算速度快，握手的消息往返由 2-RTT 减少到 1-RTT，能达到与 TLS1.3 类似的效果。

TLS 版本的区别：


TLS1.3 经过优化后，一个 HTTP 请求由之前的 4 个 RTT 减少为 3 个 RTT。

5.3升级 HTTP2.0

几个重要的改进点：

• 1）分帧传输；
• 2）多路复用；
• 3）头部压缩。
  

多路复用：

在 HTTP/2 中，两个非常重要的概念：帧（frame）和流（stream）。帧代表着最小的数据单位，每个帧会标识出该帧属于哪个流，流也就是多个帧组成的数据流。多路复用，就是在一个 TCP 连接中可以存在多条流。这些改进可以避免 HTTP 队头阻塞问题，提高传输性能。

头部压缩：

开发人员如果不注意对 header 内容的控制，会造成 header 内容失控的现象，客户端极容易存储一个非常大的 Cookie。

HTTP2 的分帧传输机制：

5.4边缘节点动态加速

这个是非常有效的方式。

尽可能离用户最近，利用边缘节点对路由、链路进行优化，提高动态服务的效率。相较于直连模式，使用动态加速后，P90 的接口延迟效率提升了 60%。

爱奇艺海外动态加速的效果提升（请求时间为秒）：

5.5启用兜底机制

对于失败的请求，启用兜底的协议 QUIC 或者 kcp。

客户端的失败率在 3% 左右，对这部分请求使用 UDP 协议兜底尝试，在我们的观察成功率提升了 45%。

6、传输内容的优化

6.1应用 Brotli

因为预置了字典，在同等级别的压缩率下，对比 gzip 至少提升了 17% 的压缩比，接口平均的 Content-Size 由 30KB，降至 18KB。

6.2接口由 JSON 改为 Google Protobuf

应用 Protobuf 的重要原因是解析效率比 JSON 至少高四五倍，在节点深度和数据量大的情况下更明显。

但注意 Protobuf 内部的 varint 压缩，只对小于 128 的数字进行可变长压缩。实际效果不大，生产环境如果数据量大，外层的压缩如 gzip 不可少。

PS：关于Protobuf的资料，可以进一步阅读《IM通讯协议专题学习》。

6.3图片格式升级为 WebP

在应用 WebP 的同时，降低海报图片的质量，实践看海报的 quality 设置为 85% 肉眼难以分辨，相对同质量的 JPEG 或者 PNG ，可以最大减小 45% 的体积。

应用效果明显。App 打开首页图片的加载提升肉眼可见。

7、业务层面的优化改进

7.1减少不必要请求：

一些通用内容，如导航、频道，通常由运营人员主动更新。

如下图：增加一个启动阶段请求的接口，里面放入内容更新的时间戳，与本地 cache 的时间戳有差异，则异步请求更新。

7.2区别用户网络，适应不同的策略

具体作法是：

• 1）对于视频，非 WiFi 默认启播码率为 360P；
• 2）对于海报，后端接口提供两种质量的 Url，WiFi 高质，4G 低质。
  

7.3更多的业务优化

增加请求重试、调整 HTTP 的超时时间，请求缓存等等  这些可以根据业务的需求进行调整。

8、本文小结

爱奇艺海外版APP经过一系列细节优化，用户体验持续上升。用户接口延迟、客户端失败率、视频播放成功率一系列的关键指标得到很大的改善。这也助力爱奇艺在东南亚多个国家的应用市场排名升至 TOP 1。

另外 App 优化、Server 延迟优化、产品体验的改进，这一系列只有相辅相成才可以最大化提升用户体验。

9、参考资料

[1] TCP/IP详解 - 第17章·TCP：传输控制协议
[2] 网络编程懒人入门(三)：快速理解TCP协议一篇就够
[3] 新手入门一篇就够：从零开发移动端IM
[4] 现代移动端网络短连接的优化手段总结：请求速度、弱网适应、安全保障
[5] 全面了解移动端DNS域名劫持等杂症：技术原理、问题根源、解决方案等
[6] 美图App的移动端DNS优化实践：HTTPS请求耗时减小近半
[7] 百度APP移动端网络深度优化实践分享(一)：DNS优化篇
[8] 百度APP移动端网络深度优化实践分享(二)：网络连接优化篇
[9] 百度APP移动端网络深度优化实践分享(三)：移动端弱网优化篇
[10] 爱奇艺移动端网络优化实践分享：网络请求成功率优化篇
[11] 美团点评的移动端网络优化实践：大幅提升连接成功率、速度等
[12] 淘宝移动端统一网络库的架构演进和弱网优化技术实践
[13] 谈谈移动端 IM 开发中登录请求的优化
[14] 移动端IM开发需要面对的技术问题（含通信协议选择）
[15] 简述移动端IM开发的那些坑：架构设计、通信协议和客户端
[16] 微信对网络影响的技术试验及分析（论文全文）
[17] 腾讯原创分享(二)：如何大幅压缩移动网络下APP的流量消耗（上篇）
[18] IM开发者的零基础通信技术入门(十二)：上网卡顿？网络掉线？一文即懂！
[19] 微信新一代通信安全解决方案：基于TLS1.3的MMTLS详解
[20] IM通讯协议专题学习(一)：Protobuf从入门到精通，一篇就够！