熟悉網(wǎng)絡(luò)的小伙伴，應(yīng)該都知道下一代的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)HTTP3將有重大轉(zhuǎn)變底層網(wǎng)絡(luò)層的傳輸協(xié)議將會由目前的TCP變成UDP，并基于谷歌開源的QUIC協(xié)議為中間層。我們都知道UDB協(xié)議似乎無序不可靠的協(xié)議，但是其傳輸高效，可以并行傳輸可以極大提高傳輸性能，那么在HTTP3下傳輸?shù)目煽啃跃鸵蠶UIC來保證。QUIC也從最初的實(shí)驗(yàn)，到實(shí)際使用，逐漸成了一個眾所矚目的協(xié)議，谷歌，臉書，亞馬遜，Cloudflare等都有在線上嘗試和使用。本文我們就來學(xué)習(xí)一下Snapchat的QUIC實(shí)踐。

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現(xiàn)狀

Snapchat(色拉布)是由Stanford兩位學(xué)生開發(fā)“閱后即焚”照片分享應(yīng)用站點(diǎn)。使用Snapchat用戶可以拍照、錄制視頻、增加文字描述和圖片，并可以通過網(wǎng)絡(luò)分享給自己好友和粉絲。在其中服務(wù)性能，尤其是網(wǎng)絡(luò)性能是關(guān)鍵，在分享東西時如果延遲就會有很大影響。

根據(jù)他們的分析：在Snapchat 的服務(wù)流程中UI渲染和數(shù)據(jù)磁盤持久化寫入都可以在幾毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而其中瓶頸在于網(wǎng)絡(luò)上的延遲，可能需要幾秒鐘，而且錯誤率和對硬件設(shè)備限制都很高。為了減少網(wǎng)絡(luò)延遲和錯誤，在通過使用減少請求包和響應(yīng)包，減少不必要的同步，利用全球內(nèi)容分發(fā)CDN廠商加速等常規(guī)的做法。當(dāng)然他們也使用了新的傳輸技術(shù)，下一代高速UDP Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議QUIC 。

老架構(gòu)

Snapchatter使用QUIC之前的網(wǎng)絡(luò)棧。以發(fā)送Snap為例，在應(yīng)用層，Snap媒體通過入HTTP2請求傳輸中。使用TLS 在安全層 來保證連接的安全，利用TCP將請求拆分成chunk上傳Snap到服務(wù)器。然而，TCP+TLS+HTTP2 堆棧對于移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來說并不是最理想的。 例如，如果 Snapchatter 在WiFi和 WAN之間切換，TCP 請求將失敗。對于與朋友聊天的用戶，由于連接斷開而無法發(fā)送消息會導(dǎo)致體驗(yàn)下降。

QUIC優(yōu)勢

QUIC是一種互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，由谷歌的工程師開發(fā)。QUIC 是HTTP3的基礎(chǔ)，底層基于UDP，用來取代HTTP2的TCP+TLS+。 QUIC 解決了許多傳輸層和應(yīng)用層問題，同時幾乎不需要應(yīng)用程序開發(fā)人員進(jìn)行更改。如上圖所示，QUIC沒有改變網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也無需更改高層的HTTP協(xié)議。

與HTTP2的TCP+TLS+協(xié)議棧相比，QUIC在以下幾個方面做了改進(jìn)：

• 更快的連接建立：QUIC 握手支持零往返與，在發(fā)送有效載荷之減少TCP+TLS 的1-3 次往返交互 。
• 改進(jìn)的擁塞控制：QUIC具有可插拔的擁塞控制，并且為擁塞控制算法提供比TCP 更豐富的信息。 例如QUIC BBR v1 和QUIC BBR v2 。
• 無隊頭阻塞的多路復(fù)用：對于HTTP2連接，當(dāng)TCP 數(shù)據(jù)包丟失時，該連接上的任何流都無法前進(jìn)，直到數(shù)據(jù)包被遠(yuǎn)端重新傳輸和接收。這會導(dǎo)致延遲增加，并可能降低移動網(wǎng)絡(luò)連接上的用戶體驗(yàn)。 QUIC 消除了在同一連接上復(fù)用的其他流的這種停滯。
• 跨IP地址的連接遷移： 如果IP更改，TCP請求會失敗。 而QUIC連接由QUIC 協(xié)議層隨機(jī)生成的64位標(biāo)識符識別，因此使用QUIC的客戶端可以繼續(xù)進(jìn)行中的請求，在IP地址更改時不會中斷，從而實(shí)現(xiàn)不受干擾的用戶體驗(yàn)。
• 連接丟失檢測： QUIC可以快速檢測連接丟失，避免長時間請求被掛起。
• QUIC的這些優(yōu)勢，非常適合有解決Snapchat的問題，極大地提高了其用戶體驗(yàn)。
• 更快的連接建立：在采用QUIC之前，p90 連接建立需要長達(dá)300毫秒。這種連接設(shè)置延遲轉(zhuǎn)化為用戶等待延遲，并阻止用戶接收快照和查看信息。QUIC更快的連接直接減少了用戶等待延遲并改善了用戶體驗(yàn)。
• 改進(jìn)的堵塞控制：Snapchat上傳的Snap媒體大小可以能會達(dá)到10MB以上。更好的擁塞控制算法可提高吞吐量、降低延遲和錯誤率，尤其是對于大型媒體。
• 多路復(fù)用，無隊頭阻塞： Snapchat具有豐富的短內(nèi)容用例，包括Snaps、Stories、Discover內(nèi)容等。通常有多個下載流使用同一連接。 QUIC消除了HTTP2頭阻塞問題，例如避免發(fā)送消息請求阻塞聚光燈請求。
• 跨 P地址的連接遷移：與朋友一起時，由于wifi連接中斷而無法發(fā)送消息可能會導(dǎo)致體驗(yàn)下降。連接遷移解決了這個痛點(diǎn)。
• 檢測連接丟失： 由于連接丟失而導(dǎo)致的長時間加載微調(diào)器令人不安，尤其是當(dāng) Snapchatter 處于全屏模式欣賞內(nèi)容時。使用 QUIC，當(dāng)請求因連接丟失而失敗時，我們可以檢測并重試，同時提供用戶友好的UI。

效果

Snapchat 的客戶端網(wǎng)絡(luò)堆棧建立在開源移動網(wǎng)絡(luò)庫Cronet之上。Snap利用Cronet實(shí)現(xiàn)QUIC，還通過豐富的指標(biāo)和日志提高了服務(wù)可觀察性，構(gòu)建了客戶端和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)一視圖。

根據(jù)Snapchat不同地區(qū)不同協(xié)議對比。總體上來說，啟用QUIC將 p90/P99 網(wǎng)絡(luò)延遲提高了6-20%，網(wǎng)絡(luò)錯誤降低了3%-8%。對低網(wǎng)絡(luò)連接用戶群還有更多改進(jìn)。

Snapchat于2019年10月廣告服務(wù)上啟用了QUIC。可以觀察到 P90/P99 的延遲和錯誤率大有改善。

如上面所示，所有錯誤代碼的錯誤率都有所改善，包括連接超時、連接丟失、請求超時。在按國家和地區(qū)對延遲改進(jìn)進(jìn)行的進(jìn)一步細(xì)分中，可以觀察到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量相對較差且與服務(wù)的地理距離較遠(yuǎn)的國家和地區(qū)的延遲改進(jìn)更高。

在第二個示例中，在QUIC的基礎(chǔ)上，在客戶端到服務(wù)器路徑上啟用BBR擁塞控制也帶來了顯著的延遲改進(jìn)。更大的請求有效負(fù)載還有更多改進(jìn)。

在最后一個示例中，通過在安卓啟用連接遷移，丟失wifi連接時的網(wǎng)絡(luò)請求成功率提高了20%。

總結(jié)

Snapchat的QUIC實(shí)踐嘗試取得了很好的效果，通過使用新技術(shù)，解決了服務(wù)上的痛點(diǎn)，提高性能，極大提高了用戶的使用體驗(yàn)。通過小協(xié)議解決大問題，這樣的案例，可以直接拿來使用，或者用來作為調(diào)研報告說服領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行架構(gòu)完善。