一秒钟法则：来自腾讯无线研发的经验分享

在 2014 年 4 月 11 日的腾讯分享日活动上， 来自腾讯 MIG 的移动互联网事业群运营总监 /T4 专家，负责运营 QQ 手机浏览器、腾讯 PC 浏览器、腾讯手机安全管家、腾讯电脑管家产品的刘昕介绍了移动无线产品研发中的“一秒钟法则”。本文根据该演讲内容整理形成。

移动互联网的一个很大问题在于无线网络跟以前的有线网络不一样，无论是网络的组织形态、架构、通讯机制，跟有线网络都有很大差异，这带来很多挑战。今天介绍的“一秒钟法则”就是根据我们在移动互联网研发、运营过程中总结出来的一条解决的原则。

手机接入服务器的流程

首先，手机要通过无线网络协议，从基站获得无线链路分配，才能跟网络进行通讯。

无线网络基站、基站控制器这方面，会给手机进行信号的分配，已完成手机连接和交互。

获得无线链路后，会进行网络附着、加密、鉴权，核心网络会检查你是不是可以连接在这个网络上，是否开通套餐，是不是漫游等。核心网络有 SGSN 和 GGSN，在这一步完成无线网络协议和有线以太网的协议转换。

再下一步，核心网络会给你进行 APN 选择、IP 分配、启动计费。

再往下面，才是传统网络的步骤：DNS 查询、响应，建立 TCP 链接，HTTP GET，RTTP RESPONSE 200 OK，HTTP RESPONSE DATA，LAST HTTP RESPONSE DATA，开始 UI 展现。

这是手机通过无线网络接入服务器的全过程。整个过程当中有几个困扰开发者的问题：

1. 无线网络是怎么给手机分配到无线链路的？
2. 核心网络有接入点（APN），这里的 CMNET 和 CMWAP 有什么区别，仅仅是协议不同吗吗？数据转发又有什么区别？一个数据包在不同网络上传输有不同吗？
3. 用户怎么最快的找到正确的服务器？内容怎么快速有效的加载，在第一时间显示出来？

这几个问题的重点在于其中的几个连接点：

1. 无线链路分配。这是一个物理实连接。
2. IP 层链接。这是一个逻辑虚连接。
3. TCP 层链接。这是一个逻辑虚连接。
4. HTTP 层链接。这是一个逻辑虚连接。
5. 用户在线。这是一个逻辑虚连接。

即使 TCP 连接建立，看到用户在线，也必须在手机获得无线链路分配的情况下，一个完整的通信才能真正完成，上行下行数据才能发送。这是移动互联网非常重要的特性。在现实中，手机已经分配 ip 也可能是没有无线链路，为什么？无线网络的资源是有限的，必须有效利用，这里由无线网络的信令机制完成无线网络资源的分配与释放。

以用手机打电话的场景示例：用户在手机上拨号出去后，手机会跟网络申请无线链路，呼叫申请会发给电路域的核心网，通过电话交换机找寻被叫电话，被叫方接通电话，无线链路建立；完成通话，挂断的时候，手机给网络发送指令，表示服务使用结束，把已经分配的无线链路释放。

上网的情况就比较复杂一些了。什么时候决定无线链路的分配？什么时候决定通讯完成？对于这两个时间点，不同的网络制式、不同的运营商都是不同的，不过大致上有几个区间值：

在 2G Edge 网络下，差不多是 1 秒钟不传数据，就释放物理连接，回收给其他人备用。3G 网络会延长几秒钟。

这样的设定是有原因的。比如现在我们这个会场里有 200 人，那么我们 200 人同时上网的前提是共享同一个基站的资源，共享资源必须要有规则，比如要有排序，根据资源情况、用户链接活跃决定分配还是回收，这都是通过无线网络信令控制的。

给一个手机分配无线信道的信令又有好几个情况，比如基站跟手机，基站跟基站控制器、核心网。举个例子，服务器从后台发送 push 消息，移动网络可能不知道这个手机是否活跃，不知道在哪个小区，移动网络就会发一个寻呼，在各个小区找这个手机，当然这个不能基于 IP，而是其他的网络标识。找到了之后，这个手机再去申请信道资源，然后才能接受 push。所以，这种场景下信令的消耗可能会在很多小区产生。

根据以上情况，就形成无线网络的一大特点：秒级状态管理，秒级状态转换。这两个操作都在几百 ms 到几秒之间进行，对于维持连接来说时间太短，对于从无连接到有连接的转换来说时间又太长。

相比之下，有线网络的状态管理如 ip 分配、tcp 连接释放，都是分钟级，而状态转换则是毫秒级。

这些通讯机制，同时加上无线网络的高延迟、高丢包。如何保证移动互联网的产品提供稳定的、可预期的服务质量，成为非常大的挑战：

• 2G 网络上无线部分数据传输的延迟有几百 ms，4G 网络上无线部分传输延迟减少到几十 ms，核心网状态转换、协议转换 30~100ms，IP 骨干网上的延迟又跟物理距离以及运营商互联互通质量有关，跨运营商 50-400ms，同运营商 5-80ms，这个还要取决于网络拥塞的情况。
• 无线网络误码率比有线高两个数量级，在不同时间段的波动也非常巨大。

怎么基于移动网络的特性去优化服务？这就是我们总结的一秒钟法则：在一秒内要完成的规定动作。

• 2g 网络：1 秒内完成 dns 查询、和后台服务器建立连接
• 3g 网络：1 秒内完成首字显示（首字时间）
• wifi 网络：1 秒内完成首屏显示（首屏时间）

这些指标需要在终端度量，必须跟用户体验相关：首字时间、首屏时间都必须是用户可以直观感受到的。

优化思路

接入调度优化

接入调度优化首先要考虑的是减少 DNS 的影响。移动网络的 DNS 有如下特点：

1. 骨干网无法识别移动用户在哪个城市，东西南北各个地方的调度没有充分调用。目前有一部分全国范围的 DNS 承载了超过 40% 的全网用户
2. 很多山寨机的终端 local dns 设置是错误的

另外还有一些有线网络也一样会遇到的问题，如终端 DNS 解析滥用、域名劫持、DNS 污染、老化、脆弱等。不过对于这些问题，桌面的自愈性会比较好，而在手机上则比较难以解决。

对于 DNS 的问题，有两条主要的解决思路：

1. 减少 DNS 的请求、查询、更新，也就是做 DNS 缓存
2. 在终端配置 server list，直接访问 IP，不用 DNS

但仅仅这么做还不够，因为用户可能来自国内外不同的运营商，还需要进一步优化调度策略：

1. DNS 缓存需要多建立接入点，用不同域名区分
2. IP 列表需要更新以适应不同网络情况，要做到主动调度。好比最早我们只服务好移动用户就行，保证移动用户的接入质量优先，因为绝大多数用户集中在移动；现在国内有三个运营商，用户分布的比例在慢慢接近，要区分清楚；智能手机会用 wifi，接入的是电信、联通还是哪个运营商，不知道，所以你不可能预先设置场景再 if then，必须通过后台调度能力来解决。

再进一步优化，就产生一种融合的方式：

1. 先做域名解析，客户端直接连接解析的 IP，可以用 http 协议，也可以用 tcp socket
2. 多端口、多协议组合：不同协议有不同的限制，有些只能 http，有些只能 tcp socket，各种环境都要适应，客户端不能只支持一种协议
3. 终端测速：接入点越来越多，接入哪个合适，要选择，可以通过终端测速来选择最快的。你当然可以每一次新建连接都做测速，但是这样建立连接时间可能会很长；我们可以给用户先建立连接后，在后台根据长期速度监控、当前测速的结果，来做动态调度。也就是说，第一次连接可能不是最优，连接建立后动态测速，再转移到最快接入点。更进一步就是建立网络 profile，终端学习的思路。

测速采样的粒度我也说一下，移动互联网取 IP 段是没用的，比较好的粒度是到网元级别，比如广东有 20 多个 wap 网关，每一个网关的情况都不一样，这就是一个比较合适的粒度。

另外我们后面还有一个 SET 模型，可以就近提供服务。

最后想强调一个所有的接入调度原则：不要把调度逻辑写死在客户端，一定要由后台完成。

协议优化

协议参数优化这块就简单列一下，是我们长期运营过程中总结的一些经验，在启动移动互联网服务时作为运营的规范，可以少走很多弯路：

• 关闭 TCP 快速回收
• Init RTO 不低于 3 秒
• 初始拥塞控制窗口不小于 10。因为大部分页面在 10kB 以下，很多请求在慢启动阶段已经结束，改为 10 可以降低小页面资源传输时延。内容越大，这个选项的效果就比较不明显。
• Socket buffer > 64k
• TCP 滑动窗口可变
• 控制发包大小在 1400 字节以下，避免分片

协议优化的原则总结下来是这么几条：

• 连接重用
• 并发连接控制
• 超时控制
• 包头精简
• 内容压缩
• 选择更高效率的协议。无论是 TCP、HTTP、UDP、长连接、GZIP、SPDY、WUP 还是 WebP，每一种协议、方案都有其道理，没有最优，只有是否适合你的产品和服务特点，需要大家在运营过程验证和取舍。

WAP 接入点优化

关于 WAP 接入点优化，可能有些人会说，我们的 App 是高端大气上档次的应用，是不是就不用做 WAP 优化？实际上我们的统计显示，目前有 5%-20% 的用户选择的接入点是＊WAP（CMWAP、3GWAP、CTWAP），这甚至包括一些 iPhone 终端。实际上，WAP 网关本质是个代理，不完全是落后的东西，随着技术的进步也在演进，以后在组网架构中可能有综合网关、内容计费网关来取代目前的 WAP 网关，所以建议也要一并考虑。以下是做 WAP 优化需要注意的一些问题：

• 资费提醒页面
• 302 跳转处理
• X-Online-Host 使用与处理
• 包大小限制
• 劫持与缓存
• 正确获取资源包大小

业务逻辑优化

简化逻辑：交互繁琐的内容尽量用标识更新。举一个例子，我们在老版的手机 QQ 上做过一个测试：假如我有 100 个好友，用手机 QQ 完成登陆，完成好友列表更新一遍，需要 3.5 分钟。这肯定是不合理的。建议用信令状态来通知是否需要更新，同时合理利用缓存。在比如玩游戏，好友给你送了很多星星，是让用户一次一次点还是批量点？从优化的角度肯定是批量点，从用户体验的角度这也更加舒服。

另一方面，延长域名图标的缓存时间也可以有效地优化访问次数。我们把手机腾讯网图标的缓存时长从 120 分钟延长到 2 天后，访问次数优化了差不多 35%。

柔性可用：这个意思就是在网络质量好的时候给高清大图，不好的时候先给用户看小图，点一下再拉取原图。举一个极端的例子，比如万一地震了，基站毁掉 20%，用户要给家人报平安，这时候产品上就必须优化，比如只发送文字，合理降低网络消耗。另外在响应很慢的时候，需要给用户一些合理的页面提示，比如提示用户再过 5 秒会发送，所以你不要一直刷屏，这也可以减少访问对后台服务、对网络的冲击。

其实腾讯公司的很多产品在业务逻辑优化，更好的适应移动互联网场景上，有很多非常好的思路，今天由于时间关系就不再展开来。

最后谈谈对优化方法的实践和结果的评估。QQ 手机浏览器从 4.5 版本、5.0 版本到 5.1 版本，我们对 2G 网络下的连接时间、3G 网络下的首字耗时、wifi 网络下的首屏耗时进行持续监控，耗时降到一秒钟以下还在不断的改进，每个新的版本平均值均有所压缩。这个结果是从每天用户实际使用的运营数据中得到的，覆盖到绝大多数的手机终端和网络环境。不过平均值只是一方面，我们另一方面还要看“有多少比例的数据满足了一秒钟法则”这个维度，因为无线网络的长尾数据波动很大，这一个维度也非常重要。目前现状是我们 2G 网络做到 79%，3G 网络做到 73%，wifi 网络做到 69%。目前我们的目标是达到 80%，实现之后，再进一步挑战 90% 的比例，不断追求极致。

感谢杨赛对本文的整理。