前段时间项目没那么忙的时候，抽出一些实践对App的性能做了一些优化，由于我们的应用核心功能在拍照上传，所以重点优化了图片上传的网络性能，这里对网络性能优化做了一些总结。
一、移动网络的特点
与有线网络通信相比，无线网络通信受环境影响比较大（例如高层建筑、用户移动、环境噪音、相对封闭环境等等），网络的服务质量相对来说不是非常稳定，导致用户经常会在弱信号的网络环境下通信。而当用户在这种网络环境下通信时，则存在较多的丢包、误码、超时、连接中断以及难以接入网络等情况。通信除了受环境影响以外，网络覆盖和室分系统不完善、邻区漏配、导频污染、过载控制等原因也都会产生无线呼叫掉线、服务质量下降等问题。
移动网络有三个特点:
- 移动状态网络信号不稳定，高时延、易抖动丢包、通道狭窄；
- 移动状态网络接入类型和接入点变化频繁；
- 移动状态用户使用高频化、碎片化、非WIFI流量敏感；
二、一次网络请求的流程
我们可以先看一下一次网络请求的流程：
- DNS Lookup (DNS解析，请求DNS服务器获取IP)
- TCP HandShake (TCP的三次握手)
- TSL Handshake (TSL的握手，安全协议的同步流程)
- TCP/HTTP Request/Response （发送TCP/HTTP请求以及受到响应）
三、存在的问题
我们清楚网络请求的流程，我们可以有针对性对每一步来进行优化。我们可以看一下每个步骤可能存在的问题：
1. DNS解析
DNS解析首先会从本地系统缓存获取，接着是最近的DNS服务器获取，再往后是到主域名服务器获取，每一层都有缓存，每一层缓存都有过期时间。
这种DNS解析机制存在以下缺点：
- DNS解析过程不受控制，速度取决于运营商
- 域名劫持，容易被中间人攻击
- 一次请求只能解析一个域名
2. TCP连接
DNS拿到IP之后发起TCP连接，因为TCP的连接好事也是网络性能的关键因素，常见的问题有TCP端口被封，TCP连接超时时长问题，会导致如下结果：
- 端口被封，则TCP无法连接
- 在超时时间过长，那么可能导致用户等待时间太长
- 在超时时间过短，那么在低速网络上可能总是无法连接
3. TSL握手带来的耗时问题
标准协议TLS保证了网络传输的安全，类似HTTPS就是HTTP协议加上TLS安全协议。目前比较常见的就是TLS1.2,但是TLS1.2每次建立一个安全连接需要2RTT(round-trip time),这么这对用户的延迟的影响是相当明显的。
4. Request/Response的问题
在图片上传的网络请求中，不同图片压缩算法对Request数据量影响很大。
四、优化的方向
1. 接入调度优化
对于DNS的问题，有两条主要的解决思路：
- 减少DNS的请求、查询、更新，也就是做DNS缓存
- 在终端配置server list，直接访问IP，不用DNS
具体的优化方案是，通过指定的地址从服务端拉取域名与IP地址映射表，并进行缓存，在有效期内，通过IP地址与服务器进行直连。这样就解决了DNS 解析耗时的问题，顺便把一部分安全问题 (DNS 劫持)也解决了。
2. TCP连接优化
HTTP协议里面有个keep-alive,HTTP1.1默认开启，字面是连接保活的意思，原理是请求完成后不会立即释放连接，而是放入连接池中，若这是有另外一个请求要发出，请求的域名以及端口是一样的，那么直接从连接池中拿出连接进行发送和接受数据，减少了建立连接的耗时。
现有的客户端默认是开启了Keep-alive，但是这个keep-alive的连接只能发送接受一个请求，一个请求处理完成之前，无法接收新的请求。
HTTP2的多路复用机制则优化了这个问题，HTTP2的多路复用机制一样是复用连接，但是它复用的连接支持同事处理多条请求，所有的请求都可以并发的在这条连接上进行，从而解决了HTTP1.1的问题。
Http1.1的协议里，传送数据都是串行顺序发送的，必须等上一个请求全部处理完后，下一个请求才能进行处理。 Http2中的多路复用协议解决了这些问题，它把传输的数据都封装成一个个stream,每一个stream都有标识，stream的发送和接受可以是乱序的，不依赖顺序，接收端可以根据stream的标识去区分属于哪一个请求，再进行数据拼接。
3. TLS优化
标准协议TLS保证了网络传输的安全，常见的HTTPS就是在HTTP协议基础上加上了TLS安全协议。我们现在比较用的比较多的是TLS1.2X协议，但是TLS1.2每次建立一个安全连接都需要额外的2RTT,这种RTT对用户的影响是很明显的，为此我们该如何解决？
我们可以参考MMTLS方案，使用ECDH来做密钥协商，ECDSA进行签名验证，AES-GCM作为对称加密算法来对业务数据进行认证加密，使用HKDF进行密钥扩展，摘要算法为SHA256。
由于我们图片存储对加密没有要求，这里我们将https改为了http，减少了TLS的消耗。
4. Request优化
我们这次的优化以图片上传为主，我们主要在减少数据包大小着重做了优化，我们在上传之前将图片格式从jpg转换为webp，图片压缩率达47%，大幅减少上传的数据量。
结语
这篇文章主要从实践层面阐述了网络性能优化，中间查阅了很多资料，调研了很多方案，包括微信开源的网络库mars，chrome的开源库cronet，这些方案在TCP连接优化做到了极致，在技术层面上极大可能的提升了网络连接性能。
这次简单的对优化的内容做个总结，后续另开文章，专门针对TCP层更加底层的优化进行分析。
