【Android开源框架面试题】谈谈OkHttp框架的原理_上

谈谈OkHttp框架的原理（B站）

详细讲解

享学课堂移动互联网系统课程：设计思想解读开源框架《网络访问框架解析与封装实战》

基于OkHttp 版本：3.10.0

OkHttp介绍

OkHttp是当下Android使用最频繁的网络请求框架，由Square公司开源。Google在Android4.4以后开始将源码中的HttpURLConnection底层实现替换为OKHttp，同时现在流行的Retrofit框架底层同样是使用OKHttp的。

优点:

• 支持Http1、Http2、Quic以及WebSocket
• 连接池复用底层TCP(Socket)，减少请求延时
• 无缝的支持GZIP减少数据流量
• 缓存响应数据减少重复的网络请求
• 请求失败自动重试主机的其他ip，自动重定向
• …….

使用流程

在使用OkHttp发起一次请求时，对于使用者最少存在OkHttpClient、Request与Call三个角色。其中OkHttpClient和Request的创建可以使用它为我们提供的Builder（建造者模式）。而Call则是把Request交给OkHttpClient之后返回的一个已准备好执行的请求。

建造者模式：将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。实例化OKHttpClient和Request的时候，因为有太多的属性需要设置，而且开发者的需求组合千变万化，使用建造者模式可以让用户不需要关心这个类的内部细节，配置好后，建造者会帮助我们按部就班的初始化表示对象

同时OkHttp在设计时采用的门面模式，将整个系统的复杂性给隐藏起来，将子系统接口通过一个客户端OkHttpClient统一暴露出来。

OkHttpClient中全是一些配置，比如代理的配置、ssl证书的配置等。而Call本身是一个接口，我们获得的实现为:RealCall

static RealCall newRealCall(OkHttpClient client, Request originalRequest, boolean forWebSocket) {
    
    
    // Safely publish the Call instance to the EventListener.
    RealCall call = new RealCall(client, originalRequest, forWebSocket);
    call.eventListener = client.eventListenerFactory().create(call);
    return call;
}

Call的execute代表了同步请求，而enqueue则代表异步请求。两者唯一区别在于一个会直接发起网络请求，而另一个使用OkHttp内置的线程池来进行。这就涉及到OkHttp的任务分发器。

分发器

Dispatcher，分发器就是来调配请求任务的，内部会包含一个线程池。可以在创建OkHttpClient时，传递我们自己定义的线程池来创建分发器。

这个Dispatcher中的成员有:

//异步请求同时存在的最大请求
private int maxRequests = 64;
//异步请求同一域名同时存在的最大请求
private int maxRequestsPerHost = 5;
//闲置任务(没有请求时可执行一些任务，由使用者设置)
private @Nullable Runnable idleCallback;

//异步请求使用的线程池
private @Nullable ExecutorService executorService;

//异步请求等待执行队列
private final Deque<AsyncCall> readyAsyncCalls = new ArrayDeque<>();

//异步请求正在执行队列
private final Deque<AsyncCall> runningAsyncCalls = new ArrayDeque<>();

//同步请求正在执行队列
private final Deque<RealCall> runningSyncCalls = new ArrayDeque<>();

同步请求

synchronized void executed(RealCall call) {
    
    
	runningSyncCalls.add(call);
}

因为同步请求不需要线程池，也不存在任何限制。所以分发器仅做一下记录。

异步请求

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

当正在执行的任务未超过最大限制64，同时runningCallsForHost(call) < maxRequestsPerHost同一Host的请求不超过5个，则会添加到正在执行队列，同时提交给线程池。否则先加入等待队列。

加入线程池直接执行没啥好说的，但是如果加入等待队列后，就需要等待有空闲名额才开始执行。因此每次执行完一个请求后，都会调用分发器的finished方法

//异步请求调用
void finished(AsyncCall call) {
    
    
	finished(runningAsyncCalls, call, true);
}
//同步请求调用
void finished(RealCall call) {
    
    
	finished(runningSyncCalls, call, false);
}

private <T> void finished(Deque<T> calls, T call, boolean promoteCalls) {
    
    
	int runningCallsCount;
	Runnable idleCallback;
	synchronized (this) {
    
    
        //不管异步还是同步，执行完后都要从队列移除(runningSyncCalls/runningAsyncCalls)
		if (!calls.remove(call)) throw new AssertionError("Call wasn't in-flight!");
		if (promoteCalls) promoteCalls();
        //异步任务和同步任务正在执行的和
		runningCallsCount = runningCallsCount();
		idleCallback = this.idleCallback;
	}
	// 没有任务执行执行闲置任务
	if (runningCallsCount == 0 && idleCallback != null) {
    
    
		idleCallback.run();
	}
}

需要注意的是 只有异步任务才会存在限制与等待，所以在执行完了移除正在执行队列中的元素后，异步任务结束会执行promoteCalls()。很显然这个方法肯定会重新调配请求。

private void promoteCalls() {
    
    
    //如果任务满了直接返回
	if (runningAsyncCalls.size() >= maxRequests) return; 
    //没有等待执行的任务，返回
	if (readyAsyncCalls.isEmpty()) return; 
    //遍历等待执行队列
	for (Iterator<AsyncCall> i = readyAsyncCalls.iterator(); i.hasNext(); ) {
    
    
		AsyncCall call = i.next();
        //等待任务想要执行，还需要满足：这个等待任务请求的Host不能已经存在5个了
		if (runningCallsForHost(call) < maxRequestsPerHost) {
    
    
			i.remove();
			runningAsyncCalls.add(call);
			executorService().execute(call);
		}

		if (runningAsyncCalls.size() >= maxRequests) return; // Reached max capacity.
	}
}

在满足条件下，会把等待队列中的任务移动到runningAsyncCalls并交给线程池执行。所以分发器到这里就完了。逻辑上还是非常简单的。

请求流程

用户是不需要直接操作任务分发器的，获得的RealCall 中就分别提供了execute与enqueue来开始同步请求或异步请求。

@Override public Response execute() throws IOException {
    
    
    synchronized (this) {
    
    
      if (executed) throw new IllegalStateException("Already Executed");
      executed = true;
    }
    captureCallStackTrace();
    eventListener.callStart(this);
    try {
    
    
      //调用分发器
      client.dispatcher().executed(this);
      //执行请求
      Response result = getResponseWithInterceptorChain();
      if (result == null) throw new IOException("Canceled");
      return result;
    } catch (IOException e) {
    
    
      eventListener.callFailed(this, e);
      throw e;
    } finally {
    
    
      //请求完成
      client.dispatcher().finished(this);
    }
}

异步请求的后续同时是调用getResponseWithInterceptorChain()来执行请求

@Override
public void enqueue(Callback responseCallback) {
    
    
	synchronized (this) {
    
    
		if (executed) throw new IllegalStateException("Already Executed");
		executed = true;
	}
	captureCallStackTrace();
	eventListener.callStart(this);
    //调用分发器
	client.dispatcher().enqueue(new AsyncCall(responseCallback));
}

如果该RealCall已经执行过了，再次执行是不允许的。异步请求会把一个AsyncCall提交给分发器。

AsyncCall实际上是一个Runnable的子类,使用线程启动一个Runnable时会执行run方法，在AsyncCall中被重定向到execute方法:

final class AsyncCall extends NamedRunnable {
    
    
	private final Callback responseCallback;

	AsyncCall(Callback responseCallback) {
    
    
		super("OkHttp %s", redactedUrl());
		this.responseCallback = responseCallback;
	}

    //线程池执行
	@Override
	protected void execute() {
    
    
	 boolean signalledCallback = false;
      try {
    
    
        Response response = getResponseWithInterceptorChain();
       //.......
      } catch (IOException e) {
    
    
       //......
      } finally {
    
    
        //请求完成
        client.dispatcher().finished(this);
      }
    }
}

public abstract class NamedRunnable implements Runnable {
    
    
    protected final String name;

    public NamedRunnable(String format, Object... args) {
    
    
        this.name = Util.format(format, args);
    }

    @Override
    public final void run() {
    
    
        String oldName = Thread.currentThread().getName();
        Thread.currentThread().setName(name);
        try {
    
    
            execute();
        } finally {
    
    
            Thread.currentThread().setName(oldName);
        }
    }

    protected abstract void execute();
}

同时AsyncCall也是RealCall的普通内部类，这意味着它是持有外部类RealCall的引用，可以获得直接调用外部类的方法。

可以看到无论是同步还是异步请求实际上真正执行请求的工作都在getResponseWithInterceptorChain()中。这个方法就是整个OkHttp的核心：拦截器责任链。但是在介绍责任链之前，我们再来回顾一下线程池的基础知识。

分发器线程池

前面我们提过，分发器就是来调配请求任务的，内部会包含一个线程池。当异步请求时，会将请求任务交给线程池来执行。那分发器中默认的线程池是如何定义的呢？为什么要这么定义？

public synchronized ExecutorService executorService() {
    
    
    if (executorService == null) {
    
    
      executorService = new ThreadPoolExecutor(
          					0,   				//核心线程
                            Integer.MAX_VALUE,  //最大线程
                            60,					//空闲线程闲置时间
                            TimeUnit.SECONDS,	//闲置时间单位
                            new SynchronousQueue<Runnable>(), //线程等待队列
                            Util.threadFactory("OkHttp Dispatcher", false) //线程创建工厂
      );
    }
    return executorService;
}

在OkHttp的分发器中的线程池定义如上，其实就和Executors.newCachedThreadPool()创建的线程一样。首先核心线程为0，表示线程池不会一直为我们缓存线程，线程池中所有线程都是在60s内没有工作就会被回收。而最大线程Integer.MAX_VALUE与等待队列SynchronousQueue的组合能够得到最大的吞吐量。即当需要线程池执行任务时，如果不存在空闲线程不需要等待，马上新建线程执行任务！等待队列的不同指定了线程池的不同排队机制。一般来说，等待队列BlockingQueue有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue与SynchronousQueue。

假设向线程池提交任务时，核心线程都被占用的情况下：

ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，初始化需要指定固定大小。

​ 当使用此队列时，向线程池提交任务，会首先加入到等待队列中，当等待队列满了之后，再次提交任务，尝试加入队列就会失败，这时就会检查如果当前线程池中的线程数未达到最大线程，则会新建线程执行新提交的任务。所以最终可能出现后提交的任务先执行，而先提交的任务一直在等待。

LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列，初始化可以指定大小，也可以不指定。

​ 当指定大小后，行为就和ArrayBlockingQueu一致。而如果未指定大小，则会使用默认的Integer.MAX_VALUE作为队列大小。这时候就会出现线程池的最大线程数参数无用，因为无论如何，向线程池提交任务加入等待队列都会成功。最终意味着所有任务都是在核心线程执行。如果核心线程一直被占，那就一直等待。

SynchronousQueue : 无容量的队列。

​ 使用此队列意味着希望获得最大并发量。因为无论如何，向线程池提交任务，往队列提交任务都会失败。而失败后如果没有空闲的非核心线程，就会检查如果当前线程池中的线程数未达到最大线程，则会新建线程执行新提交的任务。完全没有任何等待，唯一制约它的就是最大线程数的个数。因此一般配合Integer.MAX_VALUE就实现了真正的无等待。

但是需要注意的时，我们都知道，进程的内存是存在限制的，而每一个线程都需要分配一定的内存。所以线程并不能无限个数。那么当设置最大线程数为Integer.MAX_VALUE时，OkHttp同时还有最大请求任务执行个数: 64的限制。这样即解决了这个问题同时也能获得最大吞吐。

拦截器责任链

OkHttp最核心的工作是在getResponseWithInterceptorChain()中进行，在进入这个方法分析之前，我们先来了解什么是责任链模式，因为此方法就是利用的责任链模式完成一步步的请求。

责任链顾名思义就是由一系列的负责者构成的一个链条，类似于工厂流水线，你们懂的，很多同学的男朋友/女朋友就是这么来的。

责任链模式

为请求创建了一个接收者对象的链。这种模式给予请求的类型，对请求的发送者和接收者进行解耦。在这种模式中，通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，那么它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。比如：

七夕节刚过去。周周同学（我也不知道为什么第一个想到的就是周周同学）在读书的时候就是单身狗一条，看到自习室每天都很多美女后，每天晚上跑去自习都干同一件事情。

周周每天晚上都坐到自习室最后一排，找张纸条写上：“Hi,可以做我的女朋友吗？我的特长就是特别的长，如果不愿意请向前传”。纸条就一个接一个的传上去了，最后传给了扫地阿姨。最后和扫地阿姨过上了幸福的生活，这真是一个…令人高兴的故事。

那整个过程是什么样子的呢？

//传送者
abstract class Transmit{
    
    
    //责任链中下一个传递者
    protected Transmit nextTransmit;
    
    boolean request(String msg);
    
    public void setNextTransmit(Transmit transmit){
    
    
        nextTransmit = transmit;
    }
}

public class Zero extends Transmit{
    
    
    public boolean request(String msg){
    
    
        System.out.println("路哥 接到纸条,会心一笑");
        boolean resp = nextTransmit.request(msg); 
        return resp;
    }
}

public class Alvin extends Transmit{
    
    
    public boolean request(String msg){
    
    
        System.out.println("Alvin接到纸条,伤心欲绝”);
        boolean resp = nextTransmit.request(); 
        return resp;
    }
}

public class Lucy extends Transmit{
    
    
    public boolean request(String msg){
    
    
	   System.out.println("Derry 王翠花阿姨接到纸条，兴高采烈");
       return true;
    }
}
                           
private static Transmit getTransmits(){
    
    
 
      Transmit zero = new Zero();
      Transmit alvin = new Alvin();
      Lucy lucy = new Lucy();
 
      zero.setNextTransmit(alvin);
      alvin.setNextTransmit(lucy);
 
      return errorLogger;  
   }
 
public static void main(String[] args) {
    
    
      Transmit transmit = getTransmits();
 
      transmit.request("享学课堂，发起请求操作");
}

在责任链模式中，每一个对象对其下家的引用而接起来形成一条链。请求在这个链上传递，直到链上的某一个对象决定处理此请求。客户并不知道链上的哪一个对象最终处理这个请求，系统可以在不影响客户端的 情况下动态的重新组织链和分配责任。处理者有两个选择：承担责任或者把责任推给下家。一个请求可以最终不被任何接收端对象所接受。

最后

我整理了一套Android面试题合集，除了以上面试题，还包含【Java 基础、集合、多线程、虚拟机、反射、泛型、并发编程、Android四大组件、异步任务和消息机制、UI绘制、性能调优、SDN、第三方框架、设计模式、Kotlin、计算机网络、系统启动流程、Dart、Flutter、算法和数据结构、NDK、H.264、H.265.音频编解码、FFmpeg、OpenMax、OpenCV、OpenGL ES】

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