深入理解OkHttp源码及设计思想
用OkHttp很久了，也看了很多人写的源码分析，在这里结合自己的感悟，记录一下对OkHttp源码理解的几点心得。
整体结构
网络请求框架虽然都要做请求任务的封装和管理，但是最大的难点在于网络请求任务的多样性，因为网络层情况复杂，不仅要考虑功能性的建立Socket连接、文件流传输、TLS安全、多平台等，还要考虑性能上的Cache复用、Cache过期、连接池复用等，这些功能如果交错在一起，实现和维护都会有很大的问题。
为了解决这个问题，OkHttp采用了分层设计的思想，使用多层拦截器，每个拦截器解决一个问题，多层拦截器套在一起，就像设计模式中的装饰者模式一样，可以在保证每层功能高内聚的情况下，解决多样性的问题。
OkHttp使用了外观模式，开发者直接操作的主要就是OkHttpClient，其实如果粗略划分的话，整个OkHttp框架从功能上可以分为三部分：
1.请求和回调：具体的类就是Call、RealCall（及其内部类AsyncCall）、Callback等。
2.分发器及线程池：具体的类就是Dispatcher、ThreadPoolExecutor等。
3.拦截器：实现了分层设计+链式调用，具体的类就是Interceptor+RealInterceptorChain。
至于更具体的操作，均由拦截器实现，包括应用层拦截器、网络层拦截器等，开发者也可以自己扩展新的拦截器。
请求
网络请求其实可以分为数据和行为两部分，数据即我们的请求数据和返回数据，行为则是发起网络请求，以及得到处理结果。
数据（Request和Response）
在OkHttp中，用Request定义请求数据，用Response定义返回数据，这两个类都使用了建造者模式，把对象的创建和使用分离开，但这两个类更接近于数据模型，主要用来读写数据，不做请求动作。
行为（Call/RealCall/AsyncCall和Callback）
在OkHttp中，用Call和Callback定义网络请求，用Call去发起网络请求，用Callback去接收异步返回，(如果是同步请求，就直接返回Response数据)。
其中，Call是个接口，真正的实现类是RealCall，RealCall如果需要异步处理，还会先包装为RealCall的内部类AsyncCall，然后再把AsyncCall交给线程池。
在具体执行过程中，把数据对象交给行为对象去操作：
在RealCall行为中调用enqueue去发起异步网络请求，此时需要传参Request数据对象；返回的Callback会传递Response数据对象。
如果RealCall行为中调用的是execute同步网络请求，就直接返回Response数据对象。
RealCall只是对请求做了封装，真正处理请求的是分发器Dispatcher。
分发器及线程池
对于网络请求RealCall来说，需要可并行、可回调、可取消，因为OkHttp统一使用Dispatcher分发器来分发所有的Call请求，分发给多个线程进行执行（所以Dispatcher也叫反向代理），所以，这几个问题就需要交给Dispatcher来处理，对于Dispatcher来说，可并行、可回调、可取消的问题可以进一步被分解为以下几个问题，并分别处理：
1.有没有必要管理所有的请求
不论是同步请求还是异步请求，都是耗时操作，所以是个需要观测的行为，比如请求结束需要处理，请求本身可能取消等，都需要管理起来。
而且，不论是正在运行的，还是等待运行的，都需要管理。
2.如何管理所有的请求
为了管理所有的请求，Dispatcher采用了队列+生产+消费的模式。
为同步执行提供了runningSyncCalls来管理所有的同步请求；
为异步执行提供了runningAsyncCalls和readyAsyncCalls来管理所有的异步请求。
其中readyAsyncCalls是在当前可用资源不足时，用于缓存请求的。
由于这三个队列的使用场景类似于栈，偶尔需要删除功能，所以OkHttp使用了ArrayDeque双端队列来管理，ArrayDeque的设计和实现非常精妙，感兴趣的可以深入了解一下。
3.如何确保多个队列之间能顺畅地调度
对于多线程情况下的队列调度，其实就是数据移动和失败阻塞的这两个问题。
对于数据移动来说，就是要考虑多线程下队列数据移动的问题。
对于同步请求来说，只有1个队列，不存在数据移动，数据移动的场景在两个异步队列，每当有一个异步请求finish了，就需要从待处理readyAsyncCalls队列移动到runningAsyncCalls队列，这在多线程场景下并不安全，需要加锁：
synchronized (this) {//加锁操作
if (!calls.remove(call)) throw new AssertionError("Call wasn't in-flight!");
if (promoteCalls) promoteCalls();
runningCallsCount = runningCallsCount();
idleCallback = this.idleCallback;
}
在promoteCalls时，会把call从ready队列转移到running队列：
private void promoteCalls() {
if (runningAsyncCalls.size() >= maxRequests) return; // Already running max capacity.
...
for (Iterator<AsyncCall> i = readyAsyncCalls.iterator(); i.hasNext(); ) {
AsyncCall call = i.next();
if (runningCallsForHost(call) < maxRequestsPerHost) {
i.remove();
runningAsyncCalls.add(call);//添加队列
executorService().execute(call);//交给线程池
}
if (runningAsyncCalls.size() >= maxRequests) return; // Reached max capacity.
}
}
另外这个移动的操作放在finish函数里，会存在另一个问题，就是如何确保会执行这个finish函数，避免造成失败阻塞。
对于失败阻塞来说，因为网络请求失败是很常见的场景，必须能在失败时避免阻塞队列。
OkHttp的处理是为Call对象的execute函数写try finally，在RealCall的execute函数里，在finally中调用client.dispatcher.finish(call)，确保队列不阻塞。
这其实类似AsyncTask的处理方式，AsyncTask也是使用了try finally，在finally中scheduleNext，确保队列不阻塞。
4.如何实现多线程
io是个耗时但是不耗CPU的操作，是典型的需要并行处理的场景。
OkHttp不出意外地采用了线程池实现并行，这一点类似于AsyncTask，但不像AsyncTask使用了全局唯一的线程池，每个OkHttpClient都有自己的线程池。
不过，与AsyncTask不同的是，OkHttp的同步执行不进线程池，在RealCall执行同步execute任务时，只是在Dispatcher的runningSyncCalls中记录这个call，然后直接在当前线程执行了拦截器的操作。
至于异步执行，就是在RealCall中enqueue时调用Dispatcher的enqueue，然后调用线程池executeService().execute(call)，这里面的call是RealCall的内部类AsyncCall，实现异步调用。
5.在这个过程中，用哪些方式提升效率
OkHttp主要针对队列和线程池做了优化：
循环数组
因为Dispatcher中的三个队列需要频繁出栈和入栈，所以采用了性能良好的循环数组ArrayDeque管理队列。
阻塞队列
因为Dispatcher自己用队列管理了排队的请求，所以Dispatcher中的线程池其实不需要缓存队列，那么这个线程池的任务其实是尽快地把元素转交给线程池中的io线程，所以采用了容量为0的阻塞队列SynchronousQueue，SynchronousQueue与普通队列不同，不是数据等线程，而是线程等数据，这样每次向SynchronousQueue里传入数据时，都会立即交给一个线程执行，这样可以提高数据得到处理的速度。
控制线程数量
因为线程本身也会消耗资源，所以每个线程池都需要控制线程数量，OkHttp的线程池更进一步，会针对每个Host主机的请求（避免全都卡死在某个Host上），分别控制线程数上限（5个），具体方法就是遍历所有runningAsyncCall队列中的每个Call，查询每个Call的Host，并做计数。
拦截器原理
在前面的步骤中，不管是同步请求还是异步请求，最终都会调用拦截器来处理网络请求。
//RealCall源码
Response result = getResponseWithInterceptorChain();
这就是OkHttp的核心，Interceptor拦截器。
在OkHttp中，Call、Callback和Dispatcher虽然很有用，但对于解决复杂的网络请求没有太多作用，使用了分层设计的拦截器Interceptor才是解决复杂网络请求的核心，这也是OkHttp的核心设计。
分层设计
我们都知道，真实情况中的网络行为其实非常复杂，纵跨软件、协议、数据包、电信号、硬件等，所以网络层的第一个基础知识就是IOS七层模型，明确了各层的功能范围，每一层各司其职，层与层依次依赖，实际上降低了开发和维护的难度与成本。
OkHttp也采用了分层设计思想，每层Interceptor的输入都是Request，输出都是Response，所以可以一层层地加工Request，再一层层地加工Response。
由于各个Interceptor之间不是组合关系，不能像ViewTree那样递归调用，所以需要一个链把这些拦截器全部串起来，为此，入口RealCall会执行网络请求的getResponseWithInterceptorChain函数，主要就是一层层地组织Interceptor，组成一个链，然后用chain.proceed去调用它。
Response getResponseWithInterceptorChain() throws IOException {
// Build a full stack of interceptors.
List<Interceptor> interceptors = new ArrayList<>();
interceptors.addAll(client.interceptors());//自定义应用拦截器
interceptors.add(retryAndFollowUpInterceptor);//重试/重定向
interceptors.add(new BridgeInterceptor(client.cookieJar()));//应用请求转网络请求
interceptors.add(new CacheInterceptor(client.internalCache()));//缓存
interceptors.add(new ConnectInterceptor(client));//连接
if (!forWebSocket) {
interceptors.addAll(client.networkInterceptors());//自定义网络拦截器
}
interceptors.add(new CallServerInterceptor(forWebSocket));//服务端连接
Interceptor.Chain chain = new RealInterceptorChain(//组成链
interceptors, null, null, null, 0, originalRequest);
return chain.proceed(originalRequest);//从RealCall的Request开始链式处理
}
如何实现链式处理
我们看到，链式处理的入口是RealInterceptorChain的proceed函数：
public Response proceed(Request request, StreamAllocation streamAllocation, HttpCodec httpCodec,
RealConnection connection) throws IOException {
...
RealInterceptorChain next = new RealInterceptorChain(//在chain中前进一步
interceptors, streamAllocation, httpCodec, connection, index + 1, request);
Interceptor interceptor = interceptors.get(index);
Response response = interceptor.intercept(next);//调用拦截器
...
return response;
}
而拦截器在执行过程中，会再调用chain
@Override
public Response intercept(Chain chain) throws IOException {
...
Response networkResponse = chain.proceed(requestBuilder.build());
...
这样，就形成一个chain.process(intreceptor)-->interceptor.intercept(chain)-->chainprocess(intreceptor)-->interceptor.intercept(chain)的循环，这个过程中，chain不断消费，直至最后一个拦截器，最后这个拦截器一定是CallServerInterceptor，CallServerInterceptor不再调用chain.process，链式调用结束。
拦截器的层次设计
了解过拦截器和链式反应的基本原理，我们再来看看各拦截器的层次设计和具体实现，有很多可以借鉴的地方。
我们先回到RealCall中，看看拦截器的层次和分类：
Response getResponseWithInterceptorChain() throws IOException {
// Build a full stack of interceptors.
List<Interceptor> interceptors = new ArrayList<>();
interceptors.addAll(client.interceptors());//自定义应用拦截器
interceptors.add(retryAndFollowUpInterceptor);//重试/重定向
interceptors.add(new BridgeInterceptor(client.cookieJar()));//应用请求转网络请求
interceptors.add(new CacheInterceptor(client.internalCache()));//缓存
interceptors.add(new ConnectInterceptor(client));//连接
if (!forWebSocket) {
interceptors.addAll(client.networkInterceptors());//自定义网络拦截器
}
interceptors.add(new CallServerInterceptor(forWebSocket));//实现在线网络连接
Interceptor.Chain chain = new RealInterceptorChain(//组成链
interceptors, null, null, null, 0, originalRequest);
return chain.proceed(originalRequest);//从RealCall的Request开始链式处理
}
我们可以看到，OkHttp中拦截器的层次是这样的：
1.自定义应用拦截器
2.重试、重定向拦截器
3.应用/网络桥接拦截器
4.缓存拦截器
5.连接拦截器
6.自定义网络拦截器
7.在线网络请求拦截器
我们看到，我们开发者可以添加两种自定义Interceptor，一种是client.interceptors()应用层拦截器，一种是client.networkInterceptors()网络层拦截器。
但其实这两种都是Interceptor，为什么可以分成是应用层和网络层呢？
因为在网络层拦截器上方，是ConnectionInterceptor连接拦截器，这个拦截器里会提供Address、ConnectionPool等资源，可以用于处理网络连接，networkInterceptors是添加在这之后的，可以参与真正的网络层数据的处理。
接下来，我们自顶向下，依次看看每层拦截器的实现
拦截器——自定义应用拦截器
OkHttp在最外围允许添加自定义的应用拦截器，我们可以拦截Request和Response，分别进行加工，例如在Request时统一添加Header和Url参数：
Request.Builder builder = chain.request().newBuilder();
builder.addHeader("Accept-Charset", "UTF-8");
builder.addHeader("Accept", " application/json");
builder.addHeader("Content-type", "application/json");
HttpUrl url=builder.build().url().newBuilder()
.addQueryParameter("mac", EquipmentUtils.getMac())
.build();
Request request = builder.url(url).build();
还可以拦截Response内容，打印返回数据的日志：
long t1 = System.nanoTime();
Request request = chain.request();
Response response = chain.proceed(request);
long t2 = System.nanoTime();
//直接复制字节流，获取response的数据内容
BufferedSource sr = response.body().source();
sr.request(Long.MAX_VALUE);
Buffer buf = sr.buffer().clone();//copy副本读取，不能读取原文
String content = buf.readString(Charset.forName("UTF-8"));
buf.clear();
Log.i(TAG, "net layer received response of url: " + request.url().url().toString()
+ "\nresponse: " + content
+ "\nspent time: " + (t2 - t1) / 1e6d);
开发者可以扩展针对请求数据和返回数据，自由开发功能。
拦截器——重试/重定向
虽然前面有开发者自定义的应用拦截器，但是真正准备处理网络连接，是从OkHttp自己定义的RetryAndFollowUpInterceptor开始的，因为OkHttp正是把这个拦截器作为真正的入口，创建StreamAllocation对象，在StreamAllocation对象中准备了网络连接的Address、连接池等资源，后续的拦截器，使用的都是这个StreamAllocation对象。
StreanAllocation
StreamAllocation是OkHttp中用来定义和传递网络资源，并建立网络连接的对象，内部包含：
Address：规定如何连接服务器，包括DNS、协议、URL等。
Route：存储建立连接的目标IP和端口InetSocketAddress，以及代理服务器。
ConnectionPool：存储和复用已存在的连接，复用时根据Address查找对应的连接。
StreamAllocation会通过findConnection创建连接，或复用已存在的连接，期间会调用RealConnection，根据设置建立TLS连接、处理握手协议等，最底层是根据当前运行的平台，直接操作Socket。
每个Host不超过5个连接，每个连接不超过5分钟。
重试/重定向
网络环境本质上是不稳定的，已建立的连接可能突然不可用，或者连接可用但是服务器报错，这就需要重试/重定向功能，这也是RetryAndFollowUpInterceptor拦截器的分层功能。
重试
如果整个链式调用出现了RouteException或IOException，就会调用recover函数重新建立连接；
重定向
如果服务器返回错误码如301，要求重定向，就会调用followUpRequest函数，新建一个Request，然后重定向，再走一遍整个调用链。
while
intercept函数中的这些主要逻辑都在while(true)循环中，最大循环上限是20。
拦截器——应用转网络的桥接功能
BridgeInterceptor是个桥梁，这主要是指他会自动处理一些网络层特有的Header信息，例如Host属性，是HTTP1.1必须的，但应用层并不关心这个属性，这就是由BridgeInterceptor自动处理的。
BridgeInterceptor中处理的Header属性包括Host、Connection的Keep-Alive、gzip透明压缩、User-Agent描述、Cookie策略等。
当然，因为OkHttp采用了外观模式，所以很多属性需要通过client设置和获取。
拦截器——缓存功能
在网络请求中使用缓存是非常必要提速手段，OkHttp专门用了CacheInterceptor拦截器来处理这个功能。
缓存的使用注意包括存储、查询和有效性检查，在OkHttp中：
存储，使用client外观模式来设置存储Cache数据的InternalCache实现类，在走请求链获取Response时记录cache。
查询，在存储Cache数据的InternalCache实现类中，根据Request过滤，来查找Cache。
有效性检查，利用工具类CacheStrategy的getCandidate函数，来判断Cache数据的各项指标是否达到条件。
拦截器——连接功能
在RetryAndFollowUpInterceptor入口处，我们已经分析过，在OkHttp中，连接功能由StreamAlloc实现，提供Address地址、Route路由、RealConnection连接、ConnectionPool线程池复用、身份验证、协议、握手、平台、安全等功能。
在ConnectionInterceptor这一层，其实还没有真正连接网络，它的具体功能很简单，就是准备好request请求、streamAllocation连接资源、httpCodec传输工具、connection连接，为最底层的网络连接服务。
其中，httpCodec通过sink提供了OKio封装过的基于socket的OutputStream，通过source提供了OKio封装的基于socket的InputStream，最终就是通过这个sink提交Request，用这个source获取Response。
拦截器——自定义网络拦截器
主要区别
自定义的网络层拦截器相比应用层拦截器，能直接监测到在线网络请求的数据交换过程。
例如，Http有url重定向机制，如果Http返回码为301，就需要根据Header中Location字段的新url，重新发起一次请求，这样的话，总共会有两次请求。
在应用层的拦截器看来，第一次请求并没有返回有效数据，它只会抓到一次请求，也就是第二次的请求。
但是在网络层的拦截器看来，两次都是网络请求，所以它会抓到两次请求。
用途扩展
根据网络层拦截器的特点，我们可以扩展如下功能：
1.模拟各种网络情况
网络接口不只是可用不可用的问题，还存在速度波动的问题，一个稳健的App应该能hold住波动的甚至是断断续续的网络，但是这样的网络非常不好模拟，我们可以在网络拦截器层自由设定网络返回值和返回时间，辅助我们检查App在处理网络数据时的健壮性。
2.模拟多个备用地址切换
无论是为了灾备，还是为了节省DNS解析时间，App都会有多个备用地址，有些就是ip地址，当网络出现问题时，要自动切换到备用地址，就可以在网络层模拟出301返回，直接重定向到备用地址。
3.模拟数据辅助开发/测试
在开发过程中，我们可以用gradle多环境的方法，增加一个mock的productFlavor，在这个环境下添加一个mockInterceptor，把指向官网的地址重定向为指向开发测试网址，甚至直接mock返回数据，换掉在线数据，这样可以检测整个网络层的全部功能（编码、缓存、切换、报错等），把mock数据的内容和App的反馈结合的话，还可以做到针对网络数据的半自动/自动化的测试验证。
拦截器——在线网络请求功能
前面所有的拦截器，都是在准备或处理网络连接前后的数据，只有CallServerInterceptor这个拦截器，是真正连接在线服务的。
它使用ConnectionInterceptor提供的HttpCodec传输工具来发出Request，获取Response，然后用ResponseBuilder生成最终的Response，再层层传递给外层的拦截器。
HttpCodec本身是一个接口，实例是StreamAllocation利用RealConnection生产的，RealConnection根据连接池中的可用连接，利用Okio生产source和sink：
private void connectSocket(int connectTimeout, int readTimeout) throws IOException {
Proxy proxy = route.proxy();
Address address = route.address();
rawSocket = proxy.type() == Proxy.Type.DIRECT || proxy.type() == Proxy.Type.HTTP
? address.socketFactory().createSocket()
: new Socket(proxy);
rawSocket.setSoTimeout(readTimeout);
...
//用Okio生产
source = Okio.buffer(Okio.source(rawSocket));
sink = Okio.buffer(Okio.sink(rawSocket));
...
}
Okio的source是socket.inputStream，sink是socket.outputStream。
所以，真正在传输数据时，就是用Okio的sink去传socket，用source去取socket，底层其实也是socket操作。
其他特性
以上是OkHttp的主要内容，此外，OkHttp还有一些很有意思的特性。
1.返回数据阅后即焚
在OkHttp中，如果要拦截ResponseBody的数据内容（比如写日志），会发现该数据读过一次就会被情况，相当于是“阅后即焚”：
//ResponseBody源码
public final String string() throws IOException { //底层不能自己消化异常，应该向上层抛出异常
BufferedSource source = source();
try {
Charset charset = Util.bomAwareCharset(source, charset());
return source.readString(charset);
//不做catch，异常全部抛出给上层
} finally { //确保原始字节数据得到处理
Util.closeQuietly(source); //阅后即焚，这样可以迅速腾出内存空间来
}
}
如果一定要拦截出数据内容，我们就不能直接读ResponseBody中的source，需要copy一个副本才行：
BufferedSource sr = response.body().source();
sr.request(Long.MAX_VALUE);
Buffer buf = sr.buffer().clone();//copy副本读取，不能读取原文
String content = buf.readString(Charset.forName("UTF-8"));
buf.clear();
Response也提供了专门获取ResponsBody数据的函数peekBody，实现原理也是copy“：
//Response源码
public ResponseBody peekBody(long byteCount) throws IOException {
BufferedSource source = body.source();
source.request(byteCount);
Buffer copy = source.buffer().clone();
...
return ResponseBody.create(body.contentType(), result.size(), result);
}
