Android网络编程学习(1)

作者: weiinter105 | 来源:发表于2019-02-27 22:49 被阅读0次

前言

在Android开发中，网络请求是非常常用的，因此我们需要对Android开发的网络请求有大致的了解；包括应用到的一些基础原理，以及一些常用的开源库

基本原理

在Android App的开发中，用到最多的通信方式是基于Http协议，如果涉及到消息推送，可能会使用到WebSocket等，不管是Http还是WebSocket，其底层实现都是基于Socket；Socket即套接字，是一个对TCP/IP协议进行封装的编程调用接口（API）;对于一般的开发而言，有很成熟的开源库可以使用；但是我们还是要对其原理有基本的了解

TCP

网络是分层的，将网络节点所要完成的数据的发送或转发、打包或拆包、以及控制信息的加载或拆出等工作，分别由不同的硬件和软件模块来完成；常见的是TCP/IP五层分层模型

TCP_IP五层协议.png

传输层有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两种协议；主要用于保证数据的传输

TCP三次握手和四次挥手

tcp标志位,有6种标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)

三次握手

三次握手.png

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据.

四次挥手

四次挥手.png

第一次挥手:客户端A发送一个FIN.用来关闭客户A到服务器B的数据传送

第二次挥手:服务器B收到这个FIN. 它发回一个ACK，确认序号为收到的序号+1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号

第三次挥手:服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A

第四次挥手:客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为序号加1

拓展-四次挥手TIME_WAIT机制

我们知道，在tcp四次挥手中， B发FIN包（第三次挥手）后， A马上回应最后的ACK, 此时， A的socket让然不能立即进入CLOSED的状态，为什么呢？其实这就是在问TIME_WAIT状态存在的理由。

理由之一：
A不能保证最后的ACK能达到B，所以，还应该观望一段时间，护送一段时间。如果最后的ACK丢失，那么B显然收不到, B于是发起了重传FIN的操作，此时如果A处于CLOSED的状态，就没办法给对端发ACK了（实际是发RST），呜呼哀哉。所以A应该等一段时间，这段时间就是所谓的TIME_WAIT，比如，等待一个RTT的时间（实际上，考虑到如下的理由之二就知道， RTT可能不够，用2MSL更靠谱）。

所以， TIME_WAIT存在的理由之一是尽可能护送最后的ACK达到对端。

理由之二：

假设tcp连接是： A(1.2.3.4:8888)------B(6.7.8.9:9999), 这就是一个tcp四元组。当tcp连接关闭后，四元组释放。后面的新连接可能会重用到这个四元组（有这个可能性），那么问题就来了：新四元组和旧四元组完全一致，他们的网络包会混乱吗？所以，可以考虑这样一个机制：让旧四元组对应的所有网络包都消失后（等一段时间），才允许新四元组建立，颇有点锁的味道。那么这个等一段时间究竟是多久呢？多久才合适呢？在前面的文章中，我们讨论过，采用2MSL比较合适，我个人认为，把TIME_WAIT定义为2MSL只是一个通用的经验方法而已，无法从理论上百分之百论证。

所以， TIME_WAIT存在的理由之二是新旧四元组互不干扰

Socket

Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议

socket和http的区别

Http协议：简单的对象访问协议，对应于应用层。Http协议是基于TCP链接的。

tcp协议：对应于传输层

ip协议：对应与网络层

TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而Http是应用层协议，主要解决如何包装数据。而且前面说了socket不是一种协议，而是对传输层协议tcp/ip的包装；

Http连接：http连接就是所谓的短连接，及客户端向服务器发送一次请求，服务器端相应后连接即会断掉。

socket连接：socket连接及时所谓的长连接，理论上客户端和服务端一旦建立连接，则不会主动断掉；但是由于各种环境因素可能会是连接断开，比如说：服务器端或客户端主机down了，网络故障，或者两者之间长时间没有数据传输，网络防火墙可能会断开该链接已释放网络资源。所以当一个socket连接中没有数据的传输，那么为了位置连续的连接需要发送心跳消息，具体心跳消息格式是开发者自己定义的。

http协议

http协议是应用层协议，重点在数据的包装；TCP/IP重点在于数据的传输

http协议的工作流程

HTTP协议定义了客户端发送请求数据的格式以及服务端返回的数据格式，通信双方只需要按照规定的格式来解析数据即可解读数据。HTTP采用请求/响应模式，客户端向服务端发送一个请求报文，请求报文的内容包括请求的方法、URL、协议版本、请求头部和请求数据；服务端以一个状态行作为响应，响应内容包括协议的版本、请求状态响应码、服务器信息、响应头部和响应内容。这中间的数据传输依赖于TCP协议

传输详细步骤如下：

1、客户端连接到服务器

客户端发起一个TCP连接请求，经过三次握手和服务器建立TCP连接；

2、发送请求数据

按照HTTP协议规定的格式组装请求报文，并通过TCP连接向服务端发送请求报文；

3、服务端接收请求报文并处理

服务端通过TCP连接收到客户端发送过来的请求报文后，按照规定格式解析数据，根据解读的数据生成对应的响应报文，生成的响应报文也要遵循HTTP协议；

4、服务端发送响应报文给客户端

服务端将生成的响应报文通过TCP连接发送给客户端

5、关闭TCP连接

服务端将数据发送给客户端后，如果connection模式为close，则服务端主动关闭TCP连接，客户端被动关闭连接，通信结束；如果connection模式为keepalive，则该连接会保持一段时间，则该时间段内可以继续通过连接传输数据；

6、客户端处理响应数据

客户端收到响应报文后，按照HTTP协议规定格式解析响应报文并处理。

http请求报文

HTTP协议的请求报文由请求行、请求头部、空行、请求数据四个部分组成

请求报文范例


POST /lotto/android/v1.0/order-group/queryOrderGroupPersonInfo HTTP/1.1

cache-control: no-cache

Postman-Token: 800ec750-6ee8-4b2b-a879-f5d854115862

Content-Type: application/json

User-Agent: PostmanRuntime/3.0.11-hotfix.2

Accept: */*

Host: sitapp.2ncai.com

accept-encoding: gzip, deflate

content-length: 38

Connection: close

{"seeType":1,"source":1,"userId":"30"}

请求行

在上面的例子中，请求行如下：

POST /lotto/android/v1.0/order-group/queryOrderGroupPersonInfo HTTP/1.1

http请求方法

GET：请求获得Request-URL所标识的资源

POST：在Request-URL所标识的资源后附加新的数据，即可以向服务端发送请求数据

HEAD：请求获取Request-URL所标识的资源的响应消息报头

PUT：请求服务器存储一个资源，并用Request-URL作为其标识

DELETE：请求服务器删除Request-URL所标识的资源

TRACE：请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或者诊断

CONNETC：HTTP1.1中预留的能够将连接改为管道方式的代理服务器

OPTIONS：请求查询服务器性能，或者查询与资源相关的选项或需求

对于我们平时的开发来说，用到最多的就是GET和POST

get和post的区别

GET在浏览器回退时是无害的，而POST会再次提交请求。
GET产生的URL地址可以被Bookmark，而POST不可以。
GET请求会被浏览器主动cache，而POST不会，除非手动设置。
GET请求只能进行url编码，而POST支持多种编码方式。
GET请求参数会被完整保留在浏览器历史记录里，而POST中的参数不会被保留。
GET请求在URL中传送的参数是有长度限制的，而POST没有。
对参数的数据类型，GET只接受ASCII字符，而POST没有限制。
GET比POST更不安全，因为参数直接暴露在URL上，所以不能用来传递敏感信息。
GET参数通过URL传递，POST放在Request body中

参考 GET和POST两种基本请求方法的区别

请求报头

在请求行之后会有0个或者多个请求报头，每个请求报头都包含一个名字和一个值，他们之间用英文冒号（:）分隔，例如上面的例子中请求报头如下


cache-control: no-cache

Postman-Token: 800ec750-6ee8-4b2b-a879-f5d854115862

Content-Type: application/json

User-Agent: PostmanRuntime/3.0.11-hotfix.2

Accept: */*

Host: sitapp.2ncai.com

accept-encoding: gzip, deflate

content-length: 38

Connection: close

关于请求报头我们后面说到消息报头的时候在统一说明

请求数据

请求数据不在GET方法中使用，而是在POST中使用，它表示向服务器附加的请求数据。POST方法使用于需要向服务器提交数据的请求，比如客户填写表单需要提交到服务器就可以使用POST方法发起请求

响应报文

HTTP的响应报文是指服务端返回给客户端的报文，其格式为状态行、响应报头、空行、响应正文

范例如下：


HTTP/1.1 200

Date: Sat, 11 Aug 2018 04:24:25 GMT

Content-Type: application/json;charset=UTF-8

Transfer-Encoding: chunked

Connection: close

X-Application-Context: application:test:8160

Server: my_server

{"success":1,"errorCode":"10001","message":"正确","data":{"userName":"CCCC","userId":30,"headPic":"https://sitres.2ncai.com/_upload_images/user/head/1711181009252.png","winCount":32,"winAmount":2580477.84,"orderCount":249,"orderSucRate":0.36,"customizationCount":0,"winBwCount":0,"winSwCount":7,"winWCount":10,"winQCount":20,"winOtherCount":42,"orderGroupLotteryBOs":[{"lotteryCode":100,"lotteryName":"双色球","lotteryType":1,"grade":0,"orderCount":239,"orderSucRate":0.03,"winCount":3,"winAmount":324800.0}]},"serviceTime":1533961465544}

状态行

状态行的格式：HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF

其中HTTP-Version表示服务器HTTP协议的版本，Status-Code表示响应的状态码，Reason-Phrase表示状态码的文本描述。状态码由三位数字组成，其中首位数字定义了响应的类别，且有5种类别：

100-199：指示信息，收到请求后，需要请求者继续执行操作

200-299：请求成功，请求已被成功接收并处理

300-399：重定向，要完成请求需要进行更进一步操作

400-499：客户端错误，请求有语法错误或者请求无法实现

500-599：服务端错误，服务器执行错误，无法正确处理请求

常见响应状态码

200：请求被正常处理

204：请求被受理但没有资源可以返回

206：客户端只是请求资源的一部分，服务器只对请求的部分资源执行GET方法，相应报文中通过Content-Range指定范围的资源。

301：永久性重定向

302：临时重定向

303：与302状态码有相似功能，只是它希望客户端在请求一个URI的时候，能通过GET方法重定向到另一个URI上

304：发送附带条件的请求时，条件不满足时返回，与重定向无关

307：临时重定向，与302类似，只是强制要求使用POST方法

400：请求报文语法有误，服务器无法识别

401：请求需要认证

403：请求的对应资源禁止被访问

404：服务器无法找到对应资源

500：服务器内部错误

503：服务器正忙

响应报头

与消息报头一起解释

响应正文

服务端返回给客户端的正文数据

消息报头

a、通用首部字段（请求报文与响应报文都会使用的首部字段）

Date：创建报文时间

Connection：连接的管理

Cache-Control：缓存的控制

Transfer-Encoding：报文主体的传输编码方式

b、请求首部字段（请求报文会使用的首部字段）

Host：请求资源所在服务器

Accept：可处理的媒体类型

Accept-Charset：可接收的字符集

Accept-Encoding：可接受的内容编码

Accept-Language：可接受的自然语言

c、响应首部字段（响应报文会使用的首部字段）

Accept-Ranges：可接受的字节范围

Location：令客户端重新定向到的URI

Server：HTTP服务器的安装信息

d、实体首部字段（请求报文与响应报文的的实体部分使用的首部字段）

Allow：资源可支持的HTTP方法

Content-Type：实体主类的类型

Content-Encoding：实体主体适用的编码方式

Content-Language：实体主体的自然语言

Content-Length：实体主体的的字节数

Content-Range：实体主体的位置范围，一般用于发出部分请求时使用

http上层实践-开源库okhhtp

HTTP是现代应用常用的一种交换数据和媒体的网络方式，高效地使用HTTP能让资源加载更快，节省带宽。OkHttp是一个高效的HTTP客户端，它有以下默认特性：

支持HTTP/2，允许所有同一个主机地址的请求共享同一个socket连接
连接池减少请求延时
透明的GZIP压缩减少响应数据的大小
缓存响应内容，避免一些完全重复的请求

简单实例

get

String url = "https://www.baidu.com";
OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient();//创建OkHttpClient实例
final Request request = new Request.Builder()
        .url(url)
        .get()//默认就是GET请求，可以不写
        .build();//创建Request对象
Call call = okHttpClient.newCall(request);//将request对象封装成Call任务对象
call.enqueue(new Callback() {//执行异步任务，call.excute为同步任务
    @Override
    public void onFailure(Call call, IOException e) {
        Log.d(TAG, "onFailure: ");
    }

    @Override
    public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
        Log.d(TAG, "onResponse: " + response.body().string());
    }
});

@Override

public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {

Log.d(TAG, "onResponse: " + response.body().string());

}

});

post

MediaType mediaType = MediaType.parse("text/x-markdown; charset=utf-8");
String requestBody = "I am Jdqm.";
Request request = new Request.Builder()
        .url("https://api.github.com/markdown/raw")
        .post(RequestBody.create(mediaType, requestBody))
        .build();
OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient();
okHttpClient.newCall(request).enqueue(new Callback() {
    @Override
    public void onFailure(Call call, IOException e) {
        Log.d(TAG, "onFailure: " + e.getMessage());
    }
    @Override
    public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
        Log.d(TAG, response.protocol() + " " +response.code() + " " + response.message());
        Headers headers = response.headers();
        for (int i = 0; i < headers.size(); i++) {
            Log.d(TAG, headers.name(i) + ":" + headers.value(i));
        }
        Log.d(TAG, "onResponse: " + response.body().string());
    }
});

简单流程分析

Okhttp初始化


public OkHttpClient() {

this(new Builder());

}

public Builder() {

dispatcher = new Dispatcher(); // 由call代表的请求任务分发器

protocols = DEFAULT_PROTOCOLS; // 默认的协议 http2 http1.1

connectionSpecs = DEFAULT_CONNECTION_SPECS; // 设置连接时支持的tls层协议以及不进行数据加密

eventListenerFactory = EventListener.factory(EventListener.NONE);

proxySelector = ProxySelector.getDefault();

cookieJar = CookieJar.NO_COOKIES;

socketFactory = SocketFactory.getDefault(); // socket生产工厂

hostnameVerifier = OkHostnameVerifier.INSTANCE;

certificatePinner = CertificatePinner.DEFAULT;

proxyAuthenticator = Authenticator.NONE;

authenticator = Authenticator.NONE;

connectionPool = new ConnectionPool(); //连接池 支持多路复用

dns = Dns.SYSTEM;

followSslRedirects = true;

followRedirects = true;

retryOnConnectionFailure = true;

connectTimeout = 10_000;

readTimeout = 10_000;

writeTimeout = 10_000;

pingInterval = 0;

}

然后根据请求报文的格式进行Request对象的构造；紧接着通过 OkHttpClient 和 Request 构造一个 Call对象，它的实现是RealCall，代表请求任务

RealCall请求任务


public Call newCall(Request request) {

return RealCall.newRealCall(this, request, false /* for web socket */);

}

static RealCall newRealCall(OkHttpClient client, Request originalRequest, boolean forWebSocket){

// Safely publish the Call instance to the EventListener.

RealCall call = new RealCall(client, originalRequest, forWebSocket);

call.eventListener = client.eventListenerFactory().create(call);

return call;

}

private RealCall(OkHttpClient client, Request originalRequest, boolean forWebSocket) {

this.client = client;

this.originalRequest = originalRequest;

this.forWebSocket = forWebSocket;

this.retryAndFollowUpInterceptor = new RetryAndFollowUpInterceptor(client, forWebSocket);

}

可以看到在 RealCall 的构造方法中创建了一个RetryAndFollowUpInterceptor，用于处理请求错误和重定向等，这是 Okhttp 框架的精髓 interceptor chain 中的一环，默认情况下也是第一个拦截器，除非调用 OkHttpClient.Builder#addInterceptor(Interceptor) 来添加全局的拦截器。关于拦截器链的顺序参见 RealCall#getResponseWithInterceptorChain() 方法。

RealCall#enqueue(Callback)


public void enqueue(Callback responseCallback) {

synchronized (this) {

//每个请求只能之执行一次

if (executed) throw new IllegalStateException("Already Executed");

executed = true;

}

captureCallStackTrace();

eventListener.callStart(this);

client.dispatcher().enqueue(new AsyncCall(responseCallback));

}

AsyncCall代表异步执行的请求任务，然后调用任务分发器Dispatcher的enqueue方法

Dispatcher


public final class Dispatcher {

private int maxRequests = 64; //最大请求数量

private int maxRequestsPerHost = 5; //每台主机最大的请求数量

private @Nullable Runnable idleCallback;

/** Executes calls. Created lazily. */

private @Nullable ExecutorService executorService; //线程池

/** Ready async calls in the order they'll be run. */

private final Deque<AsyncCall> readyAsyncCalls = new ArrayDeque<>();

/** Running asynchronous calls. Includes canceled calls that haven't finished yet. */

private final Deque<AsyncCall> runningAsyncCalls = new ArrayDeque<>();

/** Running synchronous calls. Includes canceled calls that haven't finished yet. */

private final Deque<RealCall> runningSyncCalls = new ArrayDeque<>();

/** 这个线程池没有核心线程，线程数量没有限制，空闲60s就会回收*/

public synchronized ExecutorService executorService() {

if (executorService == null) {

executorService = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60, TimeUnit.SECONDS,

new SynchronousQueue<Runnable>(), Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false));

}

return executorService;

}

}

任务分发器包括一个线程池，用于执行http请求；三个队列，正在执行的异步任务队列，准备就绪正在排队的异步任务队列，同步任务队列；

Dispatcher#enqueue


synchronized void enqueue(AsyncCall call) {

//正在执行的任务数量小于最大值（64），并且此任务所属主机的正在执行任务小于最大值（5）

if (runningAsyncCalls.size() < maxRequests && runningCallsForHost(call) < maxRequestsPerHost) {

runningAsyncCalls.add(call);

executorService().execute(call); //线程池执行任务

} else {

readyAsyncCalls.add(call); //等待队列

}

}

这里的执行就类似于java中Callable和FutureTask的使用，原理上是类似的；最终执行到AsyncCall的execute

AsyncCall#execute


final class AsyncCall extends NamedRunnable {

//省略...

@Override protected void execute() {

boolean signalledCallback = false;

try {

//调用 getResponseWithInterceptorChain()获得响应内容

Response response = getResponseWithInterceptorChain();

if (retryAndFollowUpInterceptor.isCanceled()) {

//这个标记为主要是避免异常时2次回调

signalledCallback = true;

//回调Callback告知失败

responseCallback.onFailure(RealCall.this, new IOException("Canceled"));

} else {

signalledCallback = true;

//回调Callback，将响应内容传回去

responseCallback.onResponse(RealCall.this, response);

}

} catch (IOException e) {

if (signalledCallback) {

// Do not signal the callback twice!

Platform.get().log(INFO, "Callback failure for " + toLoggableString(), e);

} else {

eventListener.callFailed(RealCall.this, e);

responseCallback.onFailure(RealCall.this, e);

}

} finally {

//不管请求成功与否，都进行finished()操作

client.dispatcher().finished(this); //做队列清理操作，触发队列下面的任务

}

}

}

getResponseWithInterceptorChain


Response getResponseWithInterceptorChain() throws IOException {

// Build a full stack of interceptors.

List<Interceptor> interceptors = new ArrayList<>(); //这是一个List，是有序的

interceptors.addAll(client.interceptors());//首先添加的是用户添加的全局拦截器

interceptors.add(retryAndFollowUpInterceptor); //错误、重定向拦截器

//桥接拦截器，桥接应用层与网络层，添加必要的头、

interceptors.add(new BridgeInterceptor(client.cookieJar()));

//缓存处理，Last-Modified、ETag、DiskLruCache等

interceptors.add(new CacheInterceptor(client.internalCache()));

//连接拦截器

interceptors.add(new ConnectInterceptor(client));

//从这就知道，通过okHttpClient.Builder#addNetworkInterceptor()传进来的拦截器只对非网页的请求生效

if (!forWebSocket) {

interceptors.addAll(client.networkInterceptors());

}

//真正访问服务器的拦截器

interceptors.add(new CallServerInterceptor(forWebSocket));

Interceptor.Chain chain = new RealInterceptorChain(interceptors, null, null, null, 0,

originalRequest, this, eventListener, client.connectTimeoutMillis(),

client.readTimeoutMillis(), client.writeTimeoutMillis());

return chain.proceed(originalRequest);

}

RealInterceptorChain#proceed()


public Response proceed(Request request) throws IOException {

return proceed(request, streamAllocation, httpCodec, connection);

}

public Response proceed(Request request, StreamAllocation streamAllocation, HttpCodec httpCodec,

RealConnection connection) throws IOException {

//省略异常处理...

// Call the next interceptor in the chain.

RealInterceptorChain next = new RealInterceptorChain(interceptors, streamAllocation, httpCodec,

connection, index + 1, request, call, eventListener, connectTimeout, readTimeout,

writeTimeout);

Interceptor interceptor = interceptors.get(index);

Response response = interceptor.intercept(next);

//省略异常处理...

return response;

}

okhttp对于网络请求采用用了一个类似AOP的的拦截器链，链式调用所有拦截器，最后执行请求返回response，而okhttp内置了5个拦截器,分别为：

1.RetryAndFollowUpInterceptor

在网络请求失败后进行重试

当服务器返回当前请求需要进行重定向时直接发起新的请求，并在条件允许情况下复用当前连接

2.BridgeInteceptor

设置内容长度，内容编码

设置gzip压缩，并在接收到内容后进行解压。省去了应用层处理数据解压的麻烦

添加cookie

设置其他报头，如User-Agent,Host,Keep-alive等。其中Keep-Alive是实现多路复用的必要步骤

3.CacheInterceptor

当网络请求有符合要求的Cache时直接返回Cache

当服务器返回内容有改变时更新当前cache

如果当前cache失效，删除

4.ConnectInterceptor

为当前请求找到合适的连接，可能复用已有连接也可能是重新创建的连接，返回的连接由连接池负责决定。

5.CallServerInterceptor

负责向服务器发起真正的访问请求，并在接收到服务器返回后读取响应返回。

示意图如下：

okhttp拦截器.png

5个拦截器的代码可以参考Okhttp3源码分析,这里不再详细叙述了

后续

本文学习了Android网络编程的一些基础知识点，并从一次简单的网络请求来跟踪源码，梳理的一个大致流程，其中对于每个拦截器只是说明作用，其实每个拦截器设计也很巧妙，后续有机会可以深入学习