Android进阶之光——网络编程

网络编程

网络分层

网络分层有不同的模型，有的分为7层，有的分为5层。

5层网络分层

• 物理层 该层负责比特流在节点间的传输，即负责物理传输。通俗来讲就是把计算机连接起来的物理手段
• 数据链路层 该层控制网络层和物理层之间的通信
• 网络层 该层决定如何将数据从发送方路由到接收方
• 传输层 该层为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。传输层有两个传输协议：TCP/UDP
• 应用层 应用层收到传输层数据后，对数据进行解读。解读必须事先规定好格式。应用层是规定应用程序的数据格式的，主要协议有HTTP、FTP、Telnet、SMTP、POP3等

TCP的三次握手与四次挥手

TCP传输

TCP三次握手与四次挥手的过程

三次握手与四次挥手

连接复用 keepalive connections

连接复用

HTTP协议原理

• HTTP URL的格式

http://host[":"post][abs_path]

HTTP请求报文

请求报文的一般格式

HTTP响应报文

响应报文

源码解析OkHttp

OkHttp的请求网络流程

• 当我们要请求网络的时候需要用OkHttpClient.newCall(request)进行execute或者enqueue操作。当调用newCall方法时，我们从源码中可以看出调用了如下代码

@Override
public Call newCall(Request request) {
return new RealCall(this, request)；
}

可以看到实际返回的是一个RealCall类。我们调用enqueue异步请求网络实际上是调用RealCall的enqueue方法

void enqueue(Callback responseCallback, boolean forWebSocket) {
synchronized (this) {
if (executed) throw new IllegalStateException(＂Already Executed＂)；
executed = true；
}
client.dispatcher().enqueue(new AsyncCall(responseCallback, forWebSocket))；
}

从这可以看出最终的请求是dispatcher来完成的，我们来看看dispatcher

• Dispatcher 任务调度
  Dispatcher主要用于控制并发的请求，它主要维护了以下变量

/＊＊ 最大并发请求数＊/
private int maxRequests = 64；
/＊＊ 每个主机的最大请求数＊/
private int maxRequestsPerHost = 5；
/＊＊ 消费者线程池 ＊/
private ExecutorService executorService；
/＊＊ 将要运行的异步请求队列 ＊/
private final Deque＜AsyncCall＞ readyAsyncCalls = new ArrayDeque＜＞()；
/＊＊正在运行的异步请求队列 ＊/
private final Deque＜AsyncCall＞ runningAsyncCalls = new ArrayDeque＜＞()；
/＊＊ 正在运行的同步请求队列 ＊/
private final Deque＜RealCall＞ runningSyncCalls = new ArrayDeque＜＞()；

来看Dispatcher的构造方法

public Dispatcher(ExecutorService executorService) {
this.executorService = executorService；
}
public Dispatcher() {
}
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；
}

从dispathcer的构造方法中可以看到，dispathcer中持有一个线程池，这个线程池可以使用自己设定的线程池。如果没有设定线程池，则会在请求网络前自己创建默认线程池。这个线程池比较适合执行大量的耗时比较少的任务。来看它的enqueue方法

synchronized void enqueue(AsyncCall call) {
if (runningAsyncCalls.size() ＜ maxRequests && runningCallsForHost(call)
＜ maxRequestsPerHost) {
runningAsyncCalls.add(call)；
executorService().execute(call)；
} else {
readyAsyncCalls.add(call)；
}
}

当正在运行的异步请求队列中的数量小于64并且正在运行的请求主机数小于5时，把请求加载到runningAsyncCalls中并在线程池中执行，否则就加入到readyAsyncCalls中进行缓存等待。
来看AsyncCall的execute方法

@Override
protected void execute() {
boolean signalledCallback = false；
try {
Response response = getResponseWithInterceptorChain(forWebSocket)；//1
if (canceled) {
signalledCallback = true；
responseCallback.onFailure(RealCall.this, new IOException(＂Canceled＂))；
} else {
signalledCallback = true；
responseCallback.onResponse(RealCall.this, response)；
}
} catch (IOException e) {
if (signalledCallback) {
logger.log(Level.INFO, ＂Callback failure for ＂ + toLoggableString(), e)；
} else {
responseCallback.onFailure(RealCall.this, e)；
}
} finally {
client.dispatcher().finished(this)；
}
}

我们可以看到 getResponseWithInterceptorChain方法返回了Response，这说明正在请求网络

• Interceptor拦截器
  接下来我们再看看getResponseWithInterceptorChain方法

private Response getResponseWithInterceptorChain(boolean forWebSocket)
throws IOException {
Interceptor.Chain chain = new ApplicationInterceptorChain(0, originalRequest,
forWebSocket)；
return chain.proceed(originalRequest)；
}

在这个方法中创建了ApplicationInterceptorChain。这是一个拦截器链，这个类也是RealCall的内部类，接下来执行了它的proceed方法

public Response proceed(Request request) throws IOException {
if (index ＜ client.interceptors().size()) {
Interceptor.Chain chain = new ApplicationInterceptorChain(index + 1,
request, forWebSocket)；
//从拦截器列表中取出拦截器
Interceptor interceptor = client.interceptors().get(index)；
Response interceptedResponse = interceptor.intercept(chain)；//1
if (interceptedResponse == null) {
throw new NullPointerException(＂application interceptor ＂ + interceptor
+ ＂ returned null＂)；
}
return interceptedResponse；
}
return getResponse(request, forWebSocket)；
}

可以看到proceed方法每次从拦截器列表中取出拦截器。当存在多个拦截器时都会//1处阻塞，并等待下一个拦截器的调用返回。

拦截器的使用场景

拦截器时一种能够监控、重写、重试调用的机制。拦截器用来添加、移除、转换请求和响应的头部信息。我们可以看到return getResponse(request,forWebSocket)如果没有更多拦截器的话，就会执行网络请求。

我们看下getResponse方法

Response getResponse(Request request, boolean forWebSocket) throws
IOException {
...
engine = new HttpEngine(client, request, false, false, forWebSocket,
null, null, null)；
int followUpCount = 0；
while (true) {
if (canceled) {
engine.releaseStreamAllocation()；
throw new IOException(＂Canceled＂)；
}
boolean releaseConnection = true；
try {
engine.sendRequest()；
engine.readResponse()；
releaseConnection = false；
} catch (RequestException e) {
throw e.getCause()；
} catch (RouteException e) {
...
}
}

在获取网络响应的方法中 我们可以看到创建了HttpEngine类，并调用了HttpEngine的sendRequest方法和readResponse方法

• 缓存策略
  我们先来看HttpEngine的sendRequest方法

public void sendRequest() throws RequestException, RouteException, IOException {
if (cacheStrategy != null) return； // Already sent.
if (httpStream != null) throw new IllegalStateException()；
Request request = networkRequest(userRequest)；
//获取 client 中的 Cache， 同时 Cache 在初始化时会读取缓存目录中曾经请求过的所有信息
InternalCache responseCache = Internal.instance.internalCache(client)；
Response cacheCandidate = responseCache != null
? responseCache.get(request)： null；//1
long now = System.currentTimeMillis()；
cacheStrategy = new CacheStrategy.Factory(now, request, cacheCandidate).
get()；
//网络请求
networkRequest = cacheStrategy.networkRequest；
//缓存的响应
cacheResponse = cacheStrategy.cacheResponse；
if (responseCache != null) {
//记录当前请求是网络发起还是缓存发起
responseCache.trackResponse(cacheStrategy)；
}
if (cacheCandidate != null && cacheResponse == null) {
closeQuietly(cacheCandidate.body())；
}
//不进行网络请求并且缓存不存在或者过期， 则返回 504 错误
if (networkRequest == null && cacheResponse == null) {
userResponse = new Response.Builder()
.request(userRequest)
.priorResponse(stripBody(priorResponse))
.protocol(Protocol.HTTP_1_1)
.code(504)
.message(＂Unsatisfiable Request (only-if-cached)＂)
.body(EMPTY_BODY)
.build()；
return；
}
// 不进行网络请求而且缓存可以使用， 则直接返回缓存
if (networkRequest == null) {
userResponse = cacheResponse.newBuilder()
.request(userRequest)
.priorResponse(stripBody(priorResponse))
.cacheResponse(stripBody(cacheResponse))
.build()；
userResponse = unzip(userResponse)；
return；
}
//需要访问网络时
boolean success = false；
try {
httpStream = connect()；
httpStream.setHttpEngine(this)；
...
}
}

这里可以看出缓存是基于Map的 key就是请求中url的md5，value是在文件中查询到的缓存，页面置换基于LRU算法。

接着来看HttpEngine的readResponse方法

public void readResponse() throws IOException {
...
else{
//读取网络响应
networkResponse = readNetworkResponse()；
}
receiveHeaders(networkResponse.headers())；
if (cacheResponse != null) {
//检查缓存是否可用。 如果可用， 就用当前缓存的 Response，关闭网络连接，释放连接
if (validate(cacheResponse, networkResponse)) {//1
userResponse = cacheResponse.newBuilder()
.request(userRequest)
.priorResponse(stripBody(priorResponse))
.headers(combine(cacheResponse.headers(), networkResponse.
headers()))
.cacheResponse(stripBody(cacheResponse))
.networkResponse(stripBody(networkResponse))
.build()；
networkResponse.body().close()；
releaseStreamAllocation()；
InternalCache responseCache = Internal.instance.internalCache(client)；
responseCache.trackConditionalCacheHit()；
responseCache.update(cacheResponse, stripBody(userResponse))；
userResponse = unzip(userResponse)；
return；
} else {
closeQuietly(cacheResponse.body())；
}
}
userResponse = networkResponse.newBuilder()
.request(userRequest)
.priorResponse(stripBody(priorResponse))
.cacheResponse(stripBody(cacheResponse))
.networkResponse(stripBody(networkResponse))
.build()；
if (hasBody(userResponse)) {
maybeCache()；
userResponse = unzip(cacheWritingResponse(storeRequest, userResponse))；
}
}

这个方法主要用来解析HTTP响应报头，如果有缓存可用，则用缓存的数据并更新缓存，否则就用网络请求返回的数据

OkHttp的请求流程图

解析Retrofit

Retrofit是Square公司开发的一款针对Android网络请求的框架。Retrofit的底层是基于OkHttp实现的，它更多使用运行时注解的方式提供功能
我们在使用Retrofit请求网络时，首先需要写请求接口

public interface IpService {
@GET(＂getIpInfo.php?ip=59.108.54.37＂)
Call＜IpModel＞ getIpMsg()；

接着我们创建Retrofit

Retrofit retrofit = new Retrofit.Builder()
.baseUrl(url)
.addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())
.build()；

可以看出来Retrofit是通过建造者模式构建出来的，我们看一下Builder方法做了什么

public Builder() {
this(Platform.get())；
}
private static final Platform PLATFORM = findPlatform()；
static Platform get() {
return PLATFORM；
}
private static Platform findPlatform() {
try {
Class.forName(＂android.os.Build＂)；
if (Build.VERSION.SDK_INT != 0) {
return new Android()；
}
} catch (ClassNotFoundException ignored) {
}
try {
Class.forName(＂java.util.Optional＂)；
return new Java8()；
} catch (ClassNotFoundException ignored) {
}
try {
Class.forName(＂org.robovm.apple.foundation.NSObject＂)；
return new IOS()；
} catch (ClassNotFoundException ignored) {
}
return new Platform()；
}

可以看到Platform的get方法最终调用的是findPlatform方法，会根据不同的运行平台来提供不同的线程池，接下来看build方法

public Retrofit build() {
if (baseUrl == null) {//1
throw new IllegalStateException(＂Base URL required.＂)；
}
okhttp3.Call.Factory callFactory = this.callFactory；//2
if (callFactory == null) {
callFactory = new OkHttpClient()；//3
}
Executor callbackExecutor = this.callbackExecutor；
if (callbackExecutor == null) {
callbackExecutor = platform.defaultCallbackExecutor()；//4
}
List＜CallAdapter.Factory＞ adapterFactories = new ArrayList＜＞(this.
adapterFactories)；//5
adapterFactories.add(platform.defaultCallAdapterFactory
(callbackExecutor))；
List＜Converter.Factory＞ converterFactories = new ArrayList＜＞(this.
converterFactories)；//6
return new Retrofit(callFactory, baseUrl, converterFactories, adapterFactories,
callbackExecutor, validateEagerly)；
}

这里1处可看出baseUrl是必须指定的

Call的创建过程

我们创建Retrofit实例并调用如下代码来生成接口的动态代理对象

IpService ipService = retrofit.create(IpService.class)；

我们看下Retrofit的create方法

public ＜T＞ T create(final Class＜T＞ service) {
Utils.validateServiceInterface(service)；
if (validateEagerly) {
eagerlyValidateMethods(service)；
}
return (T) Proxy.newProxyInstance(service.getClassLoader(), new Class＜?＞[]
{ service },
new InvocationHandler() {
private final Platform platform = Platform.get()；
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object... args)
throws Throwable {
if (method.getDeclaringClass() == Object.class) {
return method.invoke(this, args)；
}
if (platform.isDefaultMethod(method)) {
return platform.invokeDefaultMethod(method, service, proxy, args)；
}
ServiceMethod serviceMethod = loadServiceMethod(method)；//1
OkHttpCall okHttpCall = new OkHttpCall＜＞(serviceMethod, args)；
return serviceMethod.callAdapter.adapt(okHttpCall)；
}
})；
}

我们可以看到create方法返回了一个动态代理对象。当我们调用IpService的getIpMsg方法时，最终会调用InvocationHandler的invoke方法