國內APP訊息推送機制以及微信訊息延遲問題剖析
阿新 • • 發佈：2018-11-20
轉自：https://club.huawei.com/thread-15878044-1-1.html
一、前言
隨著安卓手機以及QQ/微信/支付寶/滴滴出行/美圖外賣等一大批行動通訊/移動消費應用的日益普及，我們無時無刻不在享受著這些移動產品帶來的便利；但同時也會遇到一些困擾，比如QQ/微信/支付寶訊息延遲、微信/支付寶收款無語音播報、滴滴出行/美圖外賣商家版在後臺不能及時接單等問題，這些問題歸根到底還是Android應用訊息推送服務體驗差。
移動網際網路時代，訊息推送是移動應用的一項重要功能，今天我們來聊聊聊APP訊息推送機制，順帶著為大家解決微信訊息延遲問題。
二、國內APP訊息推送機制
目前中國安卓系統生態環境尚不成熟，裝置碎片化現象嚴重，導致不同應用與作業系統在適配性方面產生了一系列問題，訊息推送服務也會遇到各種障礙。
1、使用第三方推送SDK
這是谷歌服務在國內執行情況不佳的產物，國內有多家第三方推送服務比如騰訊信鴿，百度，極光，個推，小米等，需要APP接入SDK，但是第三方推送服務可能會被系統殺掉，所以不同手機系統中不同第三方推送的訊息到達率/及時率參差不齊。
2、接入廠商統一推送
為了優化訊息推送成功率，降低電量和流量消耗，很多手機廠商也開始為開發者提供系統級推送服務，比如EMUI系統的華為推送、MIUI系統的小米推送、Flyme系統的魅族推送等，部分開發者為了提升訊息及時性會選擇整合主流的幾家推送，根據裝置進行區分，小米裝置使用小米推送、華為裝置使用華為推送、其他裝置使用第三方推送。
3、開發團隊自研發推送功能
開發團隊自研發推送功能需要投入開發成本、伺服器/頻寬成本，以及後期維護成本，而且推送效率並不一定比第三方高，大部分開發團隊會選擇介入第三方推送。
當前像微信這種超級應用，毋庸置疑肯定會選擇自研發。接下來，我們看下微信的訊息推送機制。
三、微信訊息推送機制
在Android下，不管是GCM還是微信，都是通過TCP長連線來進行推送訊息的，TCP長連線存活，訊息Push就及時。
所以，微信想要做到訊息及時推送，不止微信客戶端要後臺保活，TCP長連線也要保活。
1、如何保活TCP長連線
1）網路狀態變化時及時重連
網路狀態發生變化比如手機網路和WIFI網路切換、網路斷開和連上時，TCP長連線變為無效連線，所以微信會監聽網路狀態變化事件，及時重建長連線。
2）及時發心跳包防止NAT超時
因為IP v4的IP（即公網IP）有限，無法滿足人類使用（中國人用都不夠），所以運營商分配給手機終端的IP是運營商內網的IP，手機要連線Internet，就需要通過運營商的閘道器做一個網路地址轉換(NAT)。簡單的說運營商的閘道器需要維護一個外網IP、埠到內網IP、埠的對應關係，以確保內網的手機可以跟Internet的伺服器通訊。
大部分網路運營商在鏈路一段時間（幾分鐘或者十幾分鍾）沒有資料通訊時，會淘汰NAT表中的對應項（即NAT超時），從而內、外網IP之間再無法對應，造成TCP長連線無效。說到這裡，可能大家都想到了防止NAT超時的方法：客戶端間隔一定時間傳送一個心跳包給伺服器，及時重新整理NAT表，並告知伺服器客戶端當前的狀態；所以心跳包的主要作用是防止NAT超時，其次是探測連線是否斷開。
2、微信智慧心跳方案
為了保證微信收訊息及時性的體驗，當微信處於前臺活躍狀態時，會使用固定心跳；當微信進入後臺（或者前臺滅屏）時，微信會使用智慧心跳。
智慧心跳實際上就是先用幾次最小心跳維持長連結，然後動態的探測到最大的NAT超時時間，再選定合適的心跳間隔區間去傳送心跳包，同時在網路狀況發生變化的時候能夠動態的調整心跳間隔時間。
如果心跳間隔不合適，例如心跳間隔過短，那麼可能導致頻繁的喚醒手機發送心跳包，增加耗電；心跳間隔過長，可能導致這條TCP連線已經無效但是無法及時的檢測到，只能等待下一個心跳包傳送的時候才能感知到，所以會導致訊息接收延遲。
所以探測到一個合適的心跳間隔是非常重要的，把耗電和訊息接收及時性綜合折中來取得一個最佳的體驗，這個也是微信使用智慧心跳的原因。
四、微信延遲問題原因揭祕
上文有提到，微信想要做到訊息及時推送，不止微信客戶端要後臺保活，TCP長連線也要保活（及時傳送心跳），當然保持網路始終連線是前提條件。
原因1：鎖屏斷網
各大廠商均為使用者提供了"休眠狀態下是否保持網路連線"的開關，如果對微信訊息及時性要求高的同學，可以選擇"始終"。
以華為EMUI5.X系統為例，設定路徑為：
1）進入手機設定>WLAN>配置>在休眠狀態下保持WLAN連線，選擇始終；
2）進入手機設定>更多>行動網路>始終連線資料業務，開啟開關；
不過我發現，現在華為最新EMUI8.X系統上，即使不選擇“始終”，微信也可以及時收到訊息，應該是華為意識到微信訊息的重要性，對微信加了白名單。
原因2：運營商NAT超時時間較短
根據微信官方文件介紹，最小心跳為4.5min，但是國內有些地區有些運營商設定的NAT超時時間比較短（小於4.5min）。在這種網路下，如果是滅屏狀態，微信的TCP長連線基本上每隔幾分鐘就會斷開，直到重連後才可以收到訊息，加上目前各大廠商的省電策略，本身應用在後臺就非常不活躍，可能無法及時重連，這個就導致微信延遲概率更高、延遲時間更久。
這種網路很容易識別，如果你在4G網路下/其他運營商WiFi下不會延遲，只在特定網路下比如家裡的WiFi下高概率延遲，並且多個系列的安卓機都會延遲，那麼很可能是因為你使用網路的NAT超時時間比較短。
針對這類網路，曾經在貼吧見過網友給過一個解決辦法：打電話給運營商客服，要求把寬頻帳號加到外網。不過很多網友質疑可行性，然後樓主說是找在電信的朋友給加的。這個操作雖然理論上可以解決延遲問題，但是的確沒有可行性......
所以，遇到這種網路，如果不想換網路，但是又希望微信訊息及時接收的話，只能祈禱微信縮短最小心跳間隔，並且手機廠商不進行管控（所以我說了一堆廢話......）。
原因3：後臺清理微信
待機時長是使用者挑選機型時首要考慮的一個因素，手機發熱耗電快也是使用者吐槽非常多的一個問題。所以電池大小、充電速度、系統省電策略也是谷歌包括各大廠商在不斷改進（有可能越改越瞎）的事情。
當應用進入後臺或者系統滅屏時，能殺的全都殺掉：不在使用者保護名單裡，殺！高耗電應用，殺！不聽話應用，殺！
如果對微信訊息及時性要求高的同學，最好把微信加入清理白名單。
以華為EMUI5.X系統為例，設定路徑為：手機管家>剩餘xx%>鎖屏清理應用，將微信設定成鎖屏後不清理；
不過微信現在作為超級應用，基本沒有廠商敢在後臺殺微信的了，而且基本都會將微信加入受保護白名單，想一鍵清理也清理不掉，只有停止執行微信才可以，估計也有部分使用者會覺得很鬧心。
原因4：谷歌省電策略
1）Android 5.0：JobSchedule（對齊喚醒機制）
在待機狀態下，如果系統和App沒有發出動作，安卓其實是很省電的。不過，安卓App頻頻喚醒後臺，令安卓耗電大增。App每次喚醒裝置1到2秒，待機時間就會減少2分鐘。這並不僅僅指的是點亮螢幕，還有系統在處理應用的後臺任務。
谷歌在Android 5.0上提出API JobScheduler，系統可以批處理一些應用喚醒要求，減少電量消耗，也叫做對齊喚醒機制。
當然，谷歌的這個對齊喚醒機制需要應用主動呼叫，並且是針對不需要準時執行並且希望批量處理的任務，所以並不會影響微信訊息的及時推送。
2）Android 6.0：Doze模式、App Stanbdy
谷歌在Android 6.0上提出了兩個省電特性（Doze模式、App Stanbdy）以延長電池使用時間。
如果一個使用者斷開充電連線，滅屏不動手機一段時間之後，系統會嘗試延緩app後臺的CPU和網路活動（延緩應用的任務、同步和標準alarms，阻止應用訪問網路）減少電量的消耗。
當然應用可以通過適配來保證基本功能正常執行，使用者也可以選擇將應用加入白名單。
以華為EMUI8.X系統為例，設定路徑為：設定>應用和通知>應用管理>設定>特殊訪問許可權>忽略電池優化>微信，設定為允許。
原因5：廠商省電策略
各大廠商的省電策略相比谷歌省電策略，更加複雜粗暴，並且應用根本無法適配。目前瞭解到的廠商省電策略主要有如下幾種：
1）後臺斷網/後臺清理
上文提到，估計除了超級應用可以倖免於此了。並且有些APP即使加入白名單，依舊會被清理。
2）對齊喚醒機制
上文提到，谷歌在Android 5.0上提出的對齊喚醒機制並不會影響微信訊息的及時推送；但是廠商的對齊喚醒機制比較粗暴，會將所有應用在一定時間段內的多次喚醒合併成一次喚醒，減少系統被喚醒次數，增加待機時間。
而微信心跳就依靠這個定時器，在喚醒的時候傳送心跳給伺服器，如果被廠商對齊喚醒，心跳間隔就會比原本設定的長（比如從4.5min變成10min），那麼使用網路NAT超時時間<10min的這部分使用者就會出現NAT超時，微信訊息出現延遲。
而不同廠商的針對不同應用、在不同時間段的對齊時間可能還不一樣。
情況1：如果你白天不會延遲，只有晚上/半夜會延遲，那麼很可能是廠商在夜間做了省電策略，夜間對齊喚醒時間間隔比較久。
情況2”如果你在4G網路下/其他運營商WiFi下不會延遲，只在特定網路下比如家裡的WiFi下高概率延遲，並且其他系列手機均不會延遲，那麼很可能是因為你使用的這款機型的對齊喚醒時間間隔比較久（當然前提是手機上所有開關都設定好）。
手機廠商的這種做法，雖然為使用者節省了功耗，但是卻沒有給使用者足夠的選擇權，因為有些使用者相比節省功耗優先會選擇訊息及時性。
值得鼓勵的是華為EMUI8.X系統在近期更新的版本上給了使用者選擇權，當用戶選擇允許後臺活動後，不再對微信做對齊喚醒等管控。設定路徑為：
在設定>電池>啟動管理，找到微信，關閉"自動管理"，開啟"手動管理"的三個開關"允許自啟動""允許關聯啟動""允許後臺活動"。
不過當前已經支援的版本並不多，只看到了P20系列 B108版本、Mate10系列 B129sp03版本。不過各位使用華為手機的朋友還是可以期待下，畢竟旗艦產品已經帶了，其他產品肯定也會陸續帶上~
五、微信訊息延遲問題-華為手機相關開關彙總
由於本人使用華為機比較多，針對華為手機統一整理了相關開關，其他廠商機型可以自行百度。
場景1：如果開啟微信沒有地球介面，說明微信在後臺沒有被殺，你需要進行如下設定：
如果是EMUI8.X產品：
1.允許微信後臺活動可以通過設定允許微信後臺活動，提升微信接收訊息及時性，操作步驟：
在設定>電池>啟動管理，找到微信，關閉“自動管理”，開啟"手動管理"的三個開關“允許自啟動”“允許關聯啟動”“允許後臺活動”。
注：當前已支援產品與版本有P20系列 B108版本、Mate10系列 B129sp03版本；其他EMUI8.X產品後續應該會陸續推送版本
2.將網路設定為始終連線
1）進入手機設定>無線和網路>WLAN>配置>在休眠狀態下保持WLAN連線，選擇始終；
2）進入手機設定>無線和網路>行動網路>高階>始終連線資料業務，開啟開關；
3）進入手機設定>無線和網路>行動網路>高階>WLAN/移動資料連線切換提示,選擇自動使用移動資料連線。
3.將微信設為忽略電池優化 設定>應用和通知>應用管理>設定>特殊訪問許可權>忽略電池優化>微信，設定為允許。
4.關閉省電模式 點選手機管家>剩餘xx%，關閉省電模式和超級省電的開關。
5.關閉省流量模式 手機管家>流量管理>省流量模式，關閉省流量模式；如果需要使用省流量模式，請開啟微信應用的開關，關閉後將無法在後臺接收新訊息。
6.開啟系統的通知功能 在設定>應用和通知>通知管理中找到微信，根據需要設定允許通知，以及通知方式（在狀態列、橫幅、鎖屏顯示通知）。
7.開啟微信應用內部的通知功能 在微信我>設定>新訊息提醒，開啟“接收新訊息通知”開關，並根據需要開啟或關閉“通知顯示訊息詳情”、“聲音”、“震動”。
如果是EMUI5.X產品：
1.將網路設定為始終連線
1）進入手機設定>WLAN>配置>在休眠狀態下保持WLAN連線，選擇始終；
2）進入手機設定>更多>行動網路>始終連線資料業務，開啟開關；
3）進入手機設定>更多>行動網路>WLAN/移動資料連線切換提示,選擇自動使用移動資料連線；
2.將微信設為忽略電池優化 設定>應用管理>設定>特殊訪問許可權>忽略電池優化>微信，設定為允許；
3.關閉省電模式 點選手機管家>剩餘xx%，關閉省電模式和超級省電的開關。
4.關閉省流量模式 手機管家>流量管理>省流量模式，關閉省流量模式；如果需要使用省流量模式，請開啟微信應用的開關，關閉後將無法在後臺接收新訊息。
5.開啟系統的通知功能 在設定>通知欄和狀態列>通知管理中找到微信，根據需要設定允許通知，以及通知方式（在狀態列、橫幅、鎖屏顯示通知）；
6. 開啟微信應用內部的通知功能 在微信我>設定>新訊息提醒，開啟“接收新訊息通知”開關，並根據需要開啟或關閉“通知顯示訊息詳情”、“聲音”、“震動”。 :
場景2：如果開啟微信有地球介面，說明微信在後臺被殺，所以你無法及時收到訊息，你需要進行如下設定：
如果是EMUI8.X產品：
1.將微信設定為自動管理的應用：手機管家>剩餘xx%>啟動管理，將微信設定成自動管理。
2.系統提示微信高耗電提醒時，不要將應用直接關閉；
3.在使用手機管家>剩餘xx%中一鍵省電時，如果清理了微信，需要手動再次開啟微信。
4.超級省電模式下，微信會被關閉，如果手機電量充足，不需要使用超級省電時，最好關閉超級省電（手機管家>剩餘xx%）
如果是EMUI5.X產品：
1.將微信設定為後臺活躍應用和允許自啟動應用
後臺活躍設定：手機管家>剩餘xx%>鎖屏清理應用，將微信設定成鎖屏後不清理；
自啟動應用設定：手機管家>自啟管理，將微信勾選成允許開機自動啟動；
2.系統提示微信高耗電提醒時，不要將應用直接關閉；
3.在使用手機管家>剩餘xx%中一鍵省電時，如果清理了微信，需要手動再次開啟微信。
4.超級省電模式下，微信會被關閉，如果手機電量充足，不需要使用超級省電時，最好關閉超級省電（手機管家>剩餘xx%）
六、結束語
想要徹底解決微信訊息延遲問題，除了配置上面的相關開關外，還需要微信、運營商網路、廠商省電策略這三個模組統一進行優化。這麼一看，還是2017年10月份工信部牽頭成立的"安卓統一推送聯盟"比較靠譜點。
按照工信部泰爾終端實驗室的說法，未來將由終端廠商提供系統級推送服務，不再允許各 app 在後臺保留常連線。與此同時，各終端廠商實現推送通道介面和功能統一，方便開發者接入。在新標準下，訊息將通過統一的伺服器推送至使用者裝置，而不必喚醒應用，與 iOS 的機制類似。
雖道阻且長，但相信國內安卓環境會越來越好！