消息推送技術(shù)研究與未來展望

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起和4G網(wǎng)絡(luò)的普及，通過網(wǎng)絡(luò)獲取信息的成本已經(jīng)大大降低，用戶獲取信息的意愿日益強烈。龐大的互聯(lián)網(wǎng)用戶群體數(shù)量的激增帶來的是商機巨大的移動互聯(lián)網(wǎng)市場。同時，如何能高效地從紛繁復(fù)雜的信息中獲取高價值的信息成為了用戶的痛點，而解決用戶此類痛點成為搶占市場的關(guān)鍵。消息推送作為服務(wù)方向用戶傳遞消息的重要渠道，正是解決此類痛點的有效途徑。通過挖掘用戶需求，利用“消息推送系統(tǒng)”可高效、準確、快速地為用戶推送個性化定制消息，滿足用戶對高價值信息的追求，以提升自身應(yīng)用價值，擴大影響力。

作為與用戶交互的關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)外有多家第三方推送服務(wù)提供商，如國外的亞馬遜推送、國內(nèi)的阿里云推送。而國內(nèi)部分大公司出于對信息保密性的考慮，采用自建推送系統(tǒng)的方式以滿足公司內(nèi)部的推送需求，同時也提供了對外的推送服務(wù)，如平安集團的平安推送、騰訊的信鴿推送等。平安作為國際金融行業(yè)的重要企業(yè)，由于金融行業(yè)的特殊性，平安推送更注重信息的安全性和保密性。

2 推送技術(shù)發(fā)展

“推送”這一概念在1996年由PointCast網(wǎng)絡(luò)公司提出，旨在為用戶提供更準確、更實時的消息推送。Google公司在2009年開發(fā)了C2DM（Cloud to Device Messaging）推送技術(shù)以供Android平臺的應(yīng)用提供方進行消息推送。而后，蘋果公司推出了APNS（Apple Push Notification Service）推送技術(shù)，統(tǒng)一了IOS平臺的推送業(yè)務(wù)。伴隨著推送技術(shù)的發(fā)展，推送技術(shù)主要經(jīng)歷3個階段，從輪詢方式、SMS短信推送方式逐漸發(fā)展到長連接推送方式。

（1）輪詢方式：由客戶端主動發(fā)起請求的推送方式?？蛻舳送ㄟ^與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，以定時任務(wù)的方式詢問服務(wù)器端是否有新的推送消息。這種方式的效率取決于請求頻率的設(shè)計，如果請求頻率過高，會消耗較多的資源；而若請求頻率較低，則消息的延時較高，實時性得不到保證。

（2）SMS短信推送方式：通過運營商的短信通道將消息發(fā)往客戶設(shè)備。通過編碼可以保證消息的保密性，再利用手機系統(tǒng)的短信攔截功能，獲取推送消息，反向解碼后推送給用戶。由于通過運營商渠道，推送的穩(wěn)定性得以保障。但由于要向運營商按推送量進行付費，因此成本較高，通常作為補充手段應(yīng)用。

（3）長連接推送方式：是最為通用也是受到研究最多的推送方式。不同于“輪詢”的消息傳遞方式，服務(wù)方通過保持與客戶端的長連接，掌握了消息推送的主動權(quán)。客戶端按一定頻率向客戶端發(fā)送一個心跳以保持長連接，當消息推送時直接通過長連接發(fā)送消息。長連接的推送方式，保證了消息推送的實時性。相比于“輪詢”方式，長連接推送節(jié)省了客戶端電量、流量等資源消耗。當大量設(shè)備與服務(wù)器保持長連接時，服務(wù)器端的壓力陡增，必須優(yōu)化服務(wù)器以保持高并發(fā)下的良好性能。蘋果公司的APNS推送方式、Google的C2DM推送方式以及基于MQTT協(xié)議或XMPP協(xié)議的推送都是基于長連接的方式進行消息的推送。

3 推送系統(tǒng)需求

推送系統(tǒng)涉及海量的數(shù)據(jù)和客戶，系統(tǒng)的設(shè)計要從多方面考慮。從推送系統(tǒng)基本功能出發(fā)，系統(tǒng)的基本需求可以從以下幾個方面考慮：

（1）系統(tǒng)安全性。推送系統(tǒng)作為影響千萬用戶的消息產(chǎn)品，安全性是其最重要的指標之一。其一，要保證推送系統(tǒng)自身的安全性，保證系統(tǒng)不被非法分子用于傳播惡意信息，完善信息審查；其二，保證APP信息和用戶隱私不被泄漏，做好不同用戶和APP之間的信息隔離。消息發(fā)送過程中需要對消息進行加密處理，對接收方SDK做好合法性認證，以防惡意偽造身份截取信息。

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定性。推送系統(tǒng)受到連接數(shù)、推送量、網(wǎng)絡(luò)狀況等影響，其運行環(huán)境具有一定的復(fù)雜性。為保證推送系統(tǒng)對消息的實時性保障，要求系統(tǒng)具有相當?shù)聂敯粜砸詫箯?fù)雜環(huán)境。系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以從信息存儲安全性、消息送達保障等方面表現(xiàn)。首先，推送系統(tǒng)需要處理千萬級以上用戶的數(shù)據(jù)，大量數(shù)據(jù)的存儲對數(shù)據(jù)庫的性能和安全性有一定要求，在數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，是否有數(shù)據(jù)的備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)方案以保障數(shù)據(jù)的安全性。其次，如何在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，保障消息的送達。在丟包、斷開連接等網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，是否有完善的重發(fā)和確認到達機制，盡可能縮短消息送達延時時間，以保障消息的實時性。最后，通過完善的監(jiān)控、報表和信息反饋機制監(jiān)測推送系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)性能做到心中有數(shù)。

（3）推送系統(tǒng)的易用性。推送系統(tǒng)應(yīng)該提供不同場景的推送服務(wù)，包括但不限于從推送范圍劃分的個人推送和群推送、從推送時間劃分的立即推送和定時推送、從推送目標群體劃分的設(shè)備號推送、標簽推送以及別名推送等。推送系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)消息重要性提供不同優(yōu)先級的推送通道，以保障重要信息準確及時的到達。在消息發(fā)送后，推送系統(tǒng)應(yīng)將推送情況及時反饋給發(fā)送方，提供消息的送達、點擊、屏蔽，以不同維度提供完整的推送效果報表，供業(yè)務(wù)方了解應(yīng)用的推送效果。

4 推送系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

目前，IOS和Android操作系統(tǒng)占移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備90%以上的市場份額，推送系統(tǒng)多數(shù)也基于這兩大平臺。

（1）IOS平臺推送

IOS平臺的消息推送功能由蘋果公司統(tǒng)一管理，應(yīng)用其搭建的APNS服務(wù)器統(tǒng)一推送。APNS服務(wù)器負責(zé)保持與用戶手機端的長連接，通過蘋果手機向APNS服務(wù)器注冊的設(shè)備號唯一識別一臺蘋果手機。當應(yīng)用方需要進行消息推送時，將消息按照蘋果推送服務(wù)的協(xié)議，將推送消息發(fā)給APNS服務(wù)器，由APNS服務(wù)器通過長連接進行推送。

蘋果推送的基本流程如圖1所示：在應(yīng)用蘋果公司的推送服務(wù)之前，應(yīng)用方需要向蘋果公司申請推送服務(wù)，得到開發(fā)者APP對應(yīng)的安全證書，以接入推送服務(wù)。APNS會將設(shè)備的注冊設(shè)備號（DeviceToken）告知應(yīng)用方的APP，可以通過APP傳遞到應(yīng)用方的推送后臺。如果有推送消息時，應(yīng)用方將設(shè)備ID、消息內(nèi)容以及其他參數(shù)配置等發(fā)送請求給APNS，由APNS進行統(tǒng)一的消息推送。若此時應(yīng)用處于非前臺運行的狀態(tài)，設(shè)備將會以角標的形式提示用戶該應(yīng)用有新消息，此時消息以離線消息的形式保存在APNS服務(wù)器中。

APNS通過TLS安全連接以及令牌機制以確保推送的安全性。應(yīng)用服務(wù)器與APNS之間，APNS和設(shè)備之間都需要交換證書以建立TLS連接。設(shè)備令牌是APNS通過設(shè)備的唯一證書信息生成的，設(shè)備在與APNS服務(wù)器連接時需要提供設(shè)備的Token，APNS將驗證設(shè)備證書與設(shè)備Token是否合法匹配。應(yīng)用服務(wù)器通過將Token傳遞給APNS服務(wù)器來確定推送目標設(shè)備。

（2）Android平臺推送

Google也提供了類似于APNS的推送服務(wù)C2DM（Android Cloudto Device Messaging），但由于國內(nèi)的一些政策限制以及覆蓋率偏低的原因，C2DM的推送效果并不好。因此，國內(nèi)應(yīng)用方可以通過自建推送服務(wù)器或使用第三方推送服務(wù)的方式進行消息推送。Android平臺推送系統(tǒng)設(shè)計通常采用長連接推送方式，包括推送服務(wù)器、連接管理服務(wù)器、客戶端SDK以及消息隊列、數(shù)據(jù)庫等組成部分。

圖1 IOS平臺推送

如圖2所示，推送服務(wù)器負責(zé)推送數(shù)據(jù)的打包、校驗、存儲以及消息的發(fā)送，是推送服務(wù)的發(fā)起點，也可以通過開放接口為外部提供推送服務(wù)；連接管理服務(wù)器負責(zé)維護客戶端與推送系統(tǒng)的長連接，保證推送通道的暢通；客戶端SDK負責(zé)設(shè)備信息的收集和上報，接收應(yīng)用服務(wù)器推送的消息并展示以及消息狀態(tài)的返回；消息隊列和數(shù)據(jù)庫負責(zé)消息的緩存和存儲。

圖2 Android平臺推送

5 推送生態(tài)發(fā)展

推送技術(shù)從1996年至今已經(jīng)發(fā)展了20多年的時間，基礎(chǔ)的核心技術(shù)已經(jīng)較為成熟。但隨著技術(shù)的變遷以及用戶的需求不斷提高，推送技術(shù)也需不斷變革，推陳出新，緊跟時代的變化。近年來，針對消息推送的研究主要集中在以下幾個方面：

（1）融合數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)，從分析用戶行為，形成用戶畫像，從多個方面深度挖掘用戶的需求。在信息泛濫的大數(shù)據(jù)時代，從海量數(shù)據(jù)中高效獲取高價值的信息是用戶的根本需求。通過分析用戶行為，篩選過濾用戶感興趣的信息，定制個性化的推送消息。

（2）融入多種媒體技術(shù)，豐富推送場景。從推送的形式來看，推送消息不僅限于文字信息，更可結(jié)合圖片、視頻、語音等多媒體技術(shù)，提供更直觀、更立體的推送。從推送載體來看，推送不限于手機端或PC端，更可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)以及智能家具等硬件技術(shù)，提供全方位的消息推送。

（3）結(jié)合云技術(shù)，提升推送的性能。推送系統(tǒng)是高并發(fā)、高流量的消息系統(tǒng)，同時由于推送消息的實時性，對系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性有一定要求。通過搭建云服務(wù)器，提升系統(tǒng)的并發(fā)量，從而改進系統(tǒng)推送效率和吞吐量，使其提供更大規(guī)模的推送服務(wù)。同時，通過多主機的分布式系統(tǒng)，降低了個別服務(wù)器宕機對系統(tǒng)的損害，提升了推送系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

（4）更規(guī)范的推送生態(tài)圈。Android系統(tǒng)因其開源特性而被廣大用戶稱贊，但同時也帶來了Android生態(tài)圈的不規(guī)范。在推送方面也是如此。各應(yīng)用獨立維持與客戶端之間的連接，無謂增加了客戶的電量和流量消耗。為了優(yōu)化推送效率和客戶端性能，參考APNS由各手機廠商提供統(tǒng)一的系統(tǒng)級的消息推送通道無疑是更有效的推送方案。在工業(yè)和信息化部號召下，國內(nèi)成立“統(tǒng)一推送聯(lián)盟”，制定Android統(tǒng)一的推送標準，優(yōu)化推送通道，提升用戶體驗，促進推送生態(tài)圈良好的發(fā)展。