前言

我們已經開發了一個應用，這裡稱為A應用，類似於天氣weather那種。現在的任務就是如果這些A應用有新版本了，或者天氣出現比較惡劣的狀況，要及時在手機上進行消息的推送，提示有新的應用可以更新了，和天氣將要變遭了，提醒用戶需要注意的情況。及需要實現消息推送機制。

推送方式基礎知識

要獲取服務器上不定時更新的信息，一般來說有兩種方法：第一種是客戶端使用Pull（拉）的方式，就是隔一段時間就去服務器上獲取一下信息，看是否有更新的信息出現。第二種就是 服務器使用Push（推送）的方式，當服務器端有新信息了，則把最新的信息Push到客戶端上。這樣，客戶端就能自動的接收到消息。?

雖然Pull和Push兩種方式都能實現獲取服務器端更新信息的功能，但是明顯來說Push方式比Pull方式更優越。因為Pull方式更費客戶端的網絡流量，更主要的是費電量，還需要我們的程序不停地去監測服務端的變化。??

在開發Android和iPhone應用程序時，我們往往需要從服務器不定的向手機客戶端即時推送各種通知消息。我們只需要在Android或IPhone的通知欄處向下一拉，就展開了Notification Panel，可以集中一覽各種各樣通知消息。目前IOS平台上已經有了比較簡單的和完美的推送通知解決方案，可是Android平台上實現起來卻相對比較麻煩。

現行方案匯總

1.方案一：C2DM雲端推送功能——Google官方

在Android手機平台上，Google提供了C2DM（Cloudto Device Messaging）服務，起初我就是准備采用這個服務來實現自己手機上的推送功能，並將其帶入自己的項目中。?

Android Cloud to Device Messaging (C2DM)是一個用來幫助開發者從服務器向Android應用程序發送數據的服務。該服務提供了一個簡單的、輕量級的機制，允許服務器可以通知移動應用程序直接與服務器進行通信，以便於從服務器獲取應用程序更新和用戶數據。C2DM服務負責處理諸如消息排隊等事務並向運行於目標設備上的應用程序分發這些消息。

下面是C2DM操作過程示例圖:

 

圖1 C2DM操作過程示例圖

經過一番研究發現，這個服務存在很大的問題：

　　1）C2DM內置於Android的2.2系統上，無法兼容老的1.6到2.1系統;

　　2）C2DM需要依賴於Google官方提供的C2DM服務器，由於國內的網絡環境，這個服務經常不可用，如果想要很好的使用，我們的AppServer必須也在國外，這個恐怕不是每個開發者都能夠實現的;

　　3) 不像在iPhone中，他們把硬件系統集成在一塊了。所以對於我們開發者來說，如果要在我們的應用程序中使用C2DM的推送功能，因為對於不同的這種硬件廠商平台，比如摩托羅拉、華為、中興做一個手機，他們可能會把Google的這種服務去掉，尤其像在國內就很多這種，把Google這種原生的服務去掉。買了一些像什麼山寨機或者是華為這種國產機，可能Google的服務就沒有了。而像在國外出的那些可能會內置。

2.方案二：利用MQTT協議，broker做代理服務器

MQTT是一個輕量級的消息發布/訂閱協議，它是實現基於手機客戶端的消息推送服務器的理想解決方案。但是隨著用戶的增多這個方案會有問題，因為broker的連接數有上限，到了一定程度後就無法連接了，這也就導致消息很難發送出去。

總之，連接數量有限制。

 

圖2 MQTT協議架構圖

3.方案三：XMPP協議實現Android推送功能

基於XMPP協議，很多人都建議使用這個，谷歌官方的C2DM也是基於XMPP研發的，使用這個方案不會依賴android系統，也不依賴於谷歌服務器。

事實上Google官方的C2DM服務器底層也是采用XMPP協議進行的封裝。XMPP(可擴展通訊和表示協議)是基於可擴展標記語言（XML）的協議，它用於即時消息（IM）以及在線探測。這個協議可能最終允許因特網用戶向因特網上的其他任何人發送即時消息。androidpn是一個基於XMPP協議的java開源Android push notification實現。它包含了完整的客戶端和服務器端。

androidpn實現意圖如下圖所示：

 

圖3 androidpn實現意圖

androidpn客戶端需要用到一個基於java的開源XMPP協議包asmack，這個包同樣也是基於openfire下的另外一個開源項目smack，不過我們不需要自己編譯，可以直接把androidpn客戶端裡面的asmack.jar拿來使用。客戶端利用asmack中提供的XMPPConnection類與服 務器建立持久連接，並通過該連接進行用戶注冊和登錄認證，同樣也是通過這條連接，接收服務器發送的通知。

androidpn服務器端也是java語言實現的，基於openfire開源工程，不過它的Web部分采用的是spring框架，這一點與 openfire是不同的。Androidpn服務器包含兩個部分，一個是偵聽在5222端口上的XMPP服務，負責與客戶端的 XMPPConnection類進行通信，作用是用戶注冊和身份認證，並發送推送通知消息。另外一部分是Web服務器，采用一個輕量級的HTTP服務器， 負責接收用戶的Web請求。服務器架構如下：

 

圖4 androidpn PushNotification Service示意圖

最上層包含四個組成部分，分別是SessionManager，Auth Manager，PresenceManager以及Notification Manager。SessionManager負責管理客戶端與服務器之間的會話，Auth Manager負責客戶端用戶認證管理，Presence Manager負責管理客戶端用戶的登錄狀態，NotificationManager負責實現服務器向客戶端推送消息功能。

這個解決方案的最大優勢就是簡單，我們不需要象C2DM那樣依賴操作系統版本，也不會擔心某一天Google服務器不可用。利用XMPP協議我們還可以進一步的對協議進行擴展，實現更為完善的功能。 采用這個方案，我們目前只能發送文字消息，不過對於推送來說一般足夠了，因為我們不能指望通過推送得到所有的數據，一般情況下，利用推送只是告訴手機端服務器發生了某些改變，當客戶端收到通知以後，應該主動到服務器獲取最新的數據，這樣才是推送服務的完整實現。 XMPP協議書相對來說還是比較簡單的，值得我們進一步研究。

但是在經過一段時間的測試，我發現關於androidpn也存在一些不足之處：

1. 比如時間過長時，就再也收不到推送的信息了。

2. 性能上也不夠穩定。

3. 如果將消息從服務器上推送出去，就不再管理了，不管消息是否成功到達客戶端手機上。

4.方案四：使用第三方推送服務

通過嵌入SDK使用第三方提供的推送服務，目前主流的有百度雲推送，極光推送，個推，PUBNUB，聚能推等。

優點：穩定，成熟，節省開發和探索時間，相對自己開發成本低，推送管理界面及統計程序完善。

缺點：有程序嵌入顧慮。

其中的極光推送的推送原理參閱：附件一。

5.方案五：自己搭建一個推送平台

這不是一件輕松的工作，當然可以根據各自的需要采取合適的方案。

參考代碼（客戶端、服務端）：附件二。

附件一：

極光推送技術原理：移動無線網絡長連接

移動互聯網應用現狀

因為手機平台本身、電量、網絡流量的限制，移動互聯網應用在設計上跟傳統 PC 上的應用很大不一樣，需要根據手機本身的特點，盡量的節省電量和流量，同時又要盡可能的保證數據能及時到達客戶端。

為了解決數據同步的問題，在手機平台上，常用的方法有2種。一種是定時去服務器上查詢數據，也叫Polling，還有一種手機跟服務器之間維護一個 TCP 長連接，當服務器有數據時，實時推送到客戶端，也就是我們說的 Push。

從耗費的電量、流量和數據送達的及時性來說，Push都會有明顯的優勢，但 Push 的實現和維護成本相對較高。在移動無線網絡下維護長連接，相對也有一些技術上的難度。本文試圖給大家介紹一下我們極光推送在Android 平台上是如何維護長連接。

移動無線網絡的特點

因為 IP v4 的 IP 量有限，運營商分配給手機終端的 IP 是運營商內網的 IP，手機要連接 Internet，就需要通過運營商的網關做一個網絡地址轉換（NetworkAddress Translation，NAT）。簡單的說運營商的網關需要維護一個外網 IP、端口到內網 IP、端口的對應關系，以確保內網的手機可以跟 Internet 的服務器通訊。

NAT 功能由圖中的 GGSN 模塊實現。

大部分移動無線網絡運營商都在鏈路一段時間沒有數據通訊時，會淘汰 NAT 表中的對應項，造成鏈路中斷。

Android 平台上長連接的實現

為了不讓 NAT 表失效，我們需要定時的發心跳，以刷新 NAT 表項，避免被淘汰。

Android 上定時運行任務常用的方法有2種，一種方法用 Timer，另一種是AlarmManager。

Timer

Android 的 Timer 類可以用來計劃需要循環執行的任務，Timer的問題是它需要用 WakeLock 讓 CPU 保持喚醒狀態，這樣會大量消耗手機電量，大大減短手機待機時間。這種方式不能滿足我們的需求。

AlarmManager

AlarmManager 是 Android 系統封裝的用於管理 RTC 的模塊，RTC(Real Time Clock) 是一個獨立的硬件時鐘，可以在 CPU 休眠時正常運行，在預設的時間到達時，通過中斷喚醒 CPU。

這意味著，如果我們用AlarmManager 來定時執行任務，CPU 可以正常的休眠，只有在需要運行任務時醒來一段很短的時間。極光推送的 Android SDK 就是基於這種技術實現的。

服務器設計

當有大量的手機終端需要與服務器維持長連接時，對服務器的設計會是一個很大的挑戰。

假設一台服務器維護10萬個長連接，當有1000萬用戶量時，需要有多達100台的服務器來維護這些用戶的長連接，這裡還不算用於做備份的服務器，這將會是一個巨大的成本問題。那就需要我們盡可能提高單台服務器接入用戶的量，也就是業界已經討論很久了的 C10K 問題。

C2000K

針對這個問題，我們專門成立了一個項目，命名為C2000K，顧名思義，我們的目標是單機維持200萬個長連接。最終我們采用了多消息循環、異步非阻塞的模型，在一台雙核、24G內存的服務器上，實現峰值維持超過300萬個長連接。

後記

穩定維護長連接是推送平台的一個基礎，極光推送團隊將會在這方面長期投入，以保證用戶能有效的節省電量、流量，同時數據能實時送達。

附件二：

android代碼：

import org.apache.http.protocol.HTTP;

import org.json.JSONObject;

import com.taocaiku.gaea.common.TckApp;

import com.taocaiku.gaea.domain.context.Container;

importcom.taocaiku.gaea.service.SettingService;

import com.taocaiku.gaea.util.FileUtil;

import android.annotation.SuppressLint;

import android.os.Bundle;

import android.os.Message;

import android.util.Log;



/**

* 運行Socket通信的線程

*@author TCK-001

*@version 1.0

*/

@SuppressLint("HandlerLeak")

public final class SocketThread extendsThread {



public void run() {

try {

while (true) {

if(!SocketManager.get().isStart()) {

return;

}

ServerSocket sever =SocketManager.get().getSocket();

if (null == sever ||sever.isClosed()) {

return;

}

new ReadSocket(sever.accept()).start();

}

} catch (Exception e) {

Log.e("AbstractActivity", "Socket已經被回收");

}

}



/**

* 讀取Socket並解析

* @author TCK-001

* @version 1.0

*/

public class ReadSocket extends Thread {



private Socket socket;



public ReadSocket(Socket socket) {

this.socket = socket;

}



public void run() {

try {

String jsonStr =FileUtil.get().readFile(socket.getInputStream(), HTTP.UTF_8, 1, false);

socket.close();

JSONObject json = newJSONObject(jsonStr);

if(json.getLong("memberId") == Container.member.getId() &&Container.socketKey.equals(json.getString("socketKey"))

&&SettingService.get().getSetting(SettingService.RECEIVE_MSG)) {

Bundle bundle = newBundle();

bundle.putInt("type", json.getInt("type"));

bundle.putString("data",json.getJSONObject("data").toString());

Message message = newMessage();

message.setData(bundle);

TckApp.get().getLastAct(null).socketHandler.sendMessage(message);

}

} catch (Exception e) {

Log.e("AbstractActivity", "接收Socket消息,解析json",e);

}

}



}



}

服務端代碼：

/**

* 發送一個Socket通信消息

* @param vo

* @return

*/

public static boolean sendSocket(SocketVo vo) {

try {

if (!pingServer(vo.getIp(), 2000)) {return false;}

Socket socket = new Socket(vo.getIp(), vo.getPort());// 創建socket對象，指定服務器端地址和端口號

OutputStream output = socket.getOutputStream();

Writer writer = new OutputStreamWriter(output, CharEncoding.UTF_8);

PrintWriter out = new PrintWriter(writer, true);// 獲取 Client 端的輸出流

vo.setIp(null);vo.setPort(0);

out.print(GsonUtils.toJson(vo));// 填充信息

writer.flush();writer.close();

out.flush();out.close();

output.flush();output.close();

socket.close();

return true;

} catch (Exception e) {

log.error("發送Socket失敗:" + e.getMessage());

return false;

}

}



/**

* 能否ping通IP地址

* @param server IP地址

* @param timeout 超時時長

* @return boolean

*/

public static boolean pingServer(String server, int timeout) {

try {

Process process =Runtime.getRuntime().exec("ping " + server + " -n 1 -w " +timeout);

if (null == process) {return false;}

String info = FileUtil.readFile(process.getInputStream(), ENCODING_GBK,1, false);

return ToolUtil.getStrCharNum(info, "ms") >= 3;

} catch (Exception e) {

return false;

}

}