本文為投稿文章，作者：iOS程序犭袁 （博客）

前言：

APNs 協議在近兩年的 WWDC 上改過兩次，2015年12月17日更是推出了革命性的新特性。但在國內傳播的博客、面試題裡關於APNs的答案全都是舊的、錯的。

正文：

對 APNs 的吐槽

APNs 是 Apple Push Notification service 的簡稱（注意 APNs 的大小寫, s不需要大寫）。

以下是我收集的一些關於 APNs 的吐槽，你先看下哪些吐槽比較“到位”：

答案會穿插在下文中。

APNs新聞

2014年6月份WWDC搭載iOS8及以上系統的iOS設備，能夠接收的最大playload大小提升到2KB。低於iOS8的設備以及OS X設備維持256字節。參考文檔：What's New in Notifications - WWDC 2014 - Session 713 - iOS

2015年6月份WWDC宣布將在不久的將來發布 “基於 HTTP/2 的全新 APNs 協議”，並在大會上發布了僅僅支持測試證書的版本。參考文檔：What's New in Notifications - WWDC 2015 - Session 720 - iOS, OS X 

2015年12月17日起，發布 “基於 HTTP/2 的全新 APNs 協議”,iOS 系統以及 OS X 系統，統一將最大 playload 大小提升到4KB。參考文檔：Apple Push Notification Service Update 12-17 2015

新舊 APNs 協議工作示意圖對比

接下來我們分別對新舊協議進行一下介紹：

反人類的舊APNs協議設計

在介紹新版 APNs 前，讓我們來吐槽下舊的基於二進制的 APNs 協議設計是多麼反人類：

在理論上，推送分發的服務器要打開一個同 APNs 網關服務器的

連接，並保持這個連接。但在舊的協議下，APNs 服務卻不保證 socket 能維持這個連接。如果通道上沒有消息往來，空閒下來到話，socket將被路由掐斷。也就是說：APNs 連接說斷就斷，而你無能為力。有意思的是：在舊的協議下，如果服務器響應成功的話，你將不會收到任何回應，但是如果服務器響應失敗（例如，使用了一個非法的 Push token），服務器將返回了一個錯誤編碼，並關閉這個socket。最重要的是，你必須重新發送使用這個無效 token 以後發送的所有推送（詳情見示意圖）。因此，你可能一直不能確定你的推送是否成功的被 APNs 服務器接收。

成功了不響應，失敗了才響應，這個是最大的反人類。於是許多開發者想到了一個很 tricky 的辦法：利用這個“漏洞”，比如在每發送10條後故意發送一個錯誤的token，如果APNs有響應了，就可以確認 APNs 是處在可用狀態的，進而確認這10條消息是發送成功的。如果沒有響應就說明可能連接已經中斷，那麼這10條消息很可能是丟失的，然後做進一步的處理。但代價顯而易見：將導致你們的推送系統性能低下。（本文中所說到“你們的推送系統”，如果是使用的第三方的SDK完成的推送服務，那麼就是指SDK提供商所搭建的推送系統。如果是你們公司自己搭建的推送系統，那麼就是指你們自己的推送系統。）蘋果有一個名為"feedback"的服務，我們可以定時調用這個服務來獲取invalid tokens的列表。這個服務你只要調用一次就可以獲得所有的invalid tokens 列表。所以，如果一個應用使用了很多不同公司的推送SDK，他們將會爭奪資源去輪詢查找invalid tokens列表。invalid token越多，你們的推送系統性能將越低。而且 APNs 只要一發生錯誤就關閉這個連接，然後重新連接。也就是“重啟” socket 連接。

示意圖：

圖中的 PN2 去哪裡了？它被放到了 feedback 列表裡，等待下次你調用 feedback 服務，然後重發。

為什麼Apple要在舊APNs中設計出“重啟”的策略？為了效率。就像PC機出問題，我們總說“重啟能解決90%的問題”。

為了理解“重啟”策略，我們可以類比下，熟悉 Erlang/OTP 的朋友可能知道， Erlang/OTP 在處理錯誤方面有獨到之處：監督樹（supervision trees）。大致來說，每一個 Erlang 進程都由一個監督進程發起並監視。當一個進程遇到了問題的時候，它就會退出。當進程退出的時候，其監督進程會將其重啟。

（這些監督進程由一個引導進程（bootstrap process）發起，當監督進程遇到錯誤的時候，引導進程會將其重啟）

其思想是，快速的失敗然後重啟比去處理錯誤要快。像這樣的錯誤處理看起來跟直覺相反 —— 當錯誤發生的時候通過放棄處理來獲得可靠性。但是重啟的確是解決暫時性錯誤的靈丹妙藥。

這也可能讓你想到 DNS 服務發展史：

DNS 在設計之初是基於 UDP 的，顯然這樣的設計不能滿足當今社會的准確性的需求，於是湧現了如 DNSPod 這樣的基於 HTTP 的 DNS 解析服務。但是當時為什麼這樣設計，實際也很好理解，UDP 效率高，一來一回網絡上傳輸的只有兩個包，而 HTTP則需要三次握手三個包，再一拆包，就需要四個包。這是受限於當時整個社會的帶寬水平較低，而現在沒人會感激 UDP 所節省的流量，所有人都在诟病DNS污染問題。這樣你也許就理解了，為什麼舊的 APNs 設計如此反人類。這個是必經階段。

那麼接下來就讓我們看看Apple為解決這些問題而推出的基於 HTTP/2 的全新 APNs 協議。

基於 HTTP/2 的全新 APNs 協議

來看下新版的 APNs 的新特性：

1）Request 和 Response 支持JSON網絡協議

2）APNs支持狀態碼和返回 error 信息

• APNs推送成功時 Response 將返回狀態碼200，遠程通知是否發送成功再也不用靠猜了！

• APNs推送失敗時，Response 將返回 JSON 格式的 Error 信息。

3）最大推送長度提升到4096字節（4Kb）

4）可以通過 “HTTP/2 PING ” 心跳包功能檢測當前 APNs 連接是否可用，並能維持當前長連接。

5）支持為不同的推送類型定義 “topic” 主題

6）不同推送類型，只需要一種推送證書 Universal Push Notification Client SSL 證書。

示意圖：

其中最大的變化就是基於了 HTTP/2 協議，采用了長連接設計，並提供 “HTTP/2 PING ” 心跳包功能檢測、維持當前 APNs 連接，解決了老 APNs 無法維持連接的問題。

而且新增的狀態碼特性，也解決了這個問題：無法獲知消息是否成功地從你們的推送系統投遞到了 APNs 上。理論上，你們可以保證消息是100%投遞到了APNs的，因為你可以准確的知道哪條消息到達了APNs，哪些沒到。重發特定失敗消息成為可能。

所以上文開頭的吐槽中第一條，有一句是“不到位的”，因為現在SDK的提供商能夠准確地告訴你哪些消息推送到APNs了，哪些沒有。

順便介紹下 HTTP/2：

HTTP/2 是 HTTP 協議發布後的首個更新，於2015年2月17日被批准。它采用了一系列優化技術來整體提升 HTTP 協議的傳輸性能，如異步連接復用、頭壓縮等等，可謂是當前互聯網應用開發中，網絡層次架構優化的首選方案之一。

Apple 對於 HTTP/2 的態度也非常積極，2015年5月 HTTP/2 正式發表後不久，便在緊接著6月召開的WWDC 2015大會中，向全球開發者宣布，iOS 9 開始支持HTTP/2。

而且如果我們要使用 HTTP/2，那麼在網絡庫的選擇上必然要使用 NSURLSession。

我們都知道 HTTP/2 是復用 TCP 管道連接的，而且 HTTP/2 也以高復用著稱，這也使新的 APNs 協議更加高性能。（題外話：這點也同樣體現在 NSURLSession 底層對於每個 session 是對多個 task 進行連接的復用。）

Universal Push Notification Client SSL 證書

在開發中，往往一條內容，需要向多個終端進行推送，終端有：iOS、tvOS、 and OS X devices, 和借助iOS來實現推送的 Apple Watch。在以往的開發中，不同的推送，需要配置不同的推送證書：我們需要配置：dev證書、prod證書、VOIP證書、等等。而從2015年12月17日起，只使用一種證書就可以了，不再需要那麼多證書，這種證書就叫做Universal Push Notification Client SSL 證書（下文統一簡稱：Universal推送證書）。

改進了，但仍需改進。還是有坑

APNs的確改進來不少，但仍有需要改進對地方。還是有坑：

除了獲取TLS證書比較復雜未解決外，還有一些坑：

文章開頭提到過以下這種情況：

很遺憾的告訴你，你的吐槽是“到位的”：你以後還得忍受這種反人類的設計。

這中間發生了什麼？

當 APNs 向你發送了4條推送，但是你的設備網絡狀況不好，在 APNs 那裡下線了，這時 APNs 到你的手機的鏈路上有4條任務堆積，APNs 的處理方式是，只保留最後一條消息推送給你，然後告知你推送數。那麼其他三條消息呢？會被APNs丟棄。

有一些 App 的 IM 功能沒有維持長連接，是完全通過推送來實現到，通常情況下，這些 App 也已經考慮到了這種丟推送的情況，這些 App 的做法都是，每次收到推送之後，然後向自己的服務器查詢當前用戶的未讀消息。但是APNs也同樣無法保證這四條推送能至少有一條到達你的 App。很遺憾的告訴這些App，這次的更新對你們所遭受對這些坑，沒有改善。

為什麼這麼設計？APNs的存儲-轉發能力太弱，大量的消息存儲和轉發將消耗Apple服務器的資源，可能是出於存儲成本考慮，也可能是因為 Apple 轉發能力太弱。總之結果就是 APNs 從來不保證消息的達到率。並且設備上線之後也不會向服務器上傳信息。

所以上文開頭的吐槽中第一條，也有一句是“到位的”，因為現在SDK的提供商依然無法保證，消息推到了 APNs，APNs能推到 App 那裡。

但Google Cloud Messaging就有這些特性。而且 GCM 現在也支持iOS設備了，那麼 APNs 和 GCM 現在就形成了競爭關系。讓我共同期待 APNs 在2016年6月的 WWDC 的能有新的改進吧。

對App開發的影響

想使用新協議，如果你用的第三方推送，這裡最明顯的操作，就是你必須更新到支持新協議的SDK版本。因為新協議需要 SDK 上傳你 app 的 bundle id ,生成各個平台推送用的 topic。如果你們自己搭建的服務，則需要你自己上傳。老協議不用上傳。

新 APNs 支持 iOS6 等全版本推送內容達4096字節，舊 APNs 是14年6月之前只支持256字節，在此之後支持 iOS8 以上2048字節。以前受限於推送字節，比如推文章 url，開發者選擇超出256後推送id，甚至不判斷直接推 id，接收後再請求完整 url。一旦請求錯誤，推送內容可能丟失。現在可以避免了。

如何創建 Universal Push Notification Client SSL 證書

現在你知道什麼是 Universal Push Notification Client SSL 證書了，那麼如何創建它？

圖中其他方式，就叫做非 Universal 方式（下文簡稱：非 Universal 推送證書）：

這裡也推薦使用 Universal 推送證書來進行推送服務。詳細的創建步驟如下所示：

• 前往蘋果開發者中心進行登錄，並點擊 “Certificates, Identifiers & Profiles”。

• 選擇在 Certificates 欄下的“All”。

• 點擊下圖中紅色邊框內的加號按鈕。

• 選擇 “Production” 欄下的 “Apple Push Notification service SSL (Sandbox & Production)” 勾選後，點擊下一步。

• 從 App ID 下拉菜單中選擇你需要的 App ID ，點擊下一步。

• 這時會出現 About Creating a Certificate Signing Request (CSR)。

• 根據它的說明創建 Certificate Signing Request。

• 點擊下圖中的 “Choose File” 按鈕：

• 上傳剛剛生成的 .certSigningRequest 文件 生成 APNs Push Certificate。

• 下載證書。

• 雙擊打開證書，證書打開時會啟動鑰匙串訪問工具。

• 在鑰匙串訪問工具中，你的證書會顯示在 “證書” 中，注意選擇左下角的 “證書” 和左上角 “登錄”。

結束語

對於 APNs 而言，iOS 9 的這一更新是有劃時代意義的，請即刻敦促你們公司的服務端進行升級，或者使用支持新 APNs 協議的 SDK 進行推送服務。 文中如有錯誤，並請幫忙指正，反饋請發往微博@iOS程序犭袁。

參考鏈接：

Configuring Push Notifications

APNs Provider API

HTTP/2 Protocol for iOS Push Notification Server(APNS)