微信收款机具在慢速网络中快速收款的技术揭秘

小绿盒在2G网络环境下收款速度较慢,影响商户体验,我们通过网络连接优化、数据传输优化和后台逻辑优化等一系列措施,将收款耗时降低近一半,达到了业界领先水平,改善了商户体验。

1. 背景说明

1.1 产品简介

微信收款商业版为了覆盖更多收款场景,推出小绿盒收款机具。

1.2 我们(收单平台)做了什么

  • 发挥收单平台专业聚合收单能力,为小绿盒提供丰富稳定的收单功能。
  • 提供专业的机具接入方案(支付SDK等),确保机具厂商高效高质量完成接入。

2.问题

小绿盒在2G网络下收款速度较慢(因为小绿盒收款是窄带场景,且4G模块成本是2G的2倍以上,所以小绿盒没有用4G)。

实验室情况:在2G实验室网络环境下,小绿盒收款一笔平均耗时需要5秒,而市场主流的解决方案只需3秒。

真实商家反馈:小绿盒收款一笔耗时基本在5秒以上,有时达10秒。收款速度慢,影响商户使用。

3.目标

  • 2G实验室网络环境下,收款一笔耗时不能超过3秒。
  • 实际商家收款耗时表现达到业界领先水平。

4.优化方案

4.1 产品交互说明

收款一笔的交互过程分4步:

步骤1:在键盘上输入收款金额。

步骤2:按下确认键后进入扫码状态,在此过程中机具开始预建立网络连接(竞品做法一致),涉及DNS查询,TCP握手和TLS握手。

步骤3:扫码成功,等连接建立完成后再向支付后台发起支付请求,等待支付应答(小绿盒耗时5秒,竞品耗时3秒)。

步骤4:收到后台返回的支付应答,展示支付结果。

关键点总结:

  • 扫码状态(步骤2)期间的预建网络连接,是收款机具业界普遍做法。

  • 支付耗时是指:扫码成功到收到支付应答之间的耗时(步骤3),受扫码快慢的影响,中间可能包括建立连接的部分耗时。

4.2 现状态分析

4.2.1 收款网络交互时序

由图可知,整个网络交互过程都是基于HTTPS短连接。收款一笔的耗时项包括:DNS解析、TCP握手、TLS握手、业务数据传输和后台处理(微信支付+其它后台逻辑)。

可能耗时项:由4.1章节的说明可知,DNS解析、TCP握手和TLS握手三项是否影响收款速度,受扫码操作(即步骤2)的快慢以及网络速度影响,扫码越慢,网络越快,建立网络连接(包括DNS查询,TCP握手和TLS握手)有可能在步骤2中就全部完成了。

固定耗时项:业务数据传输和后台处理两项为固定耗时项。

4.2.2 耗时分布情况

4.2.3 和市场主流解决方案对比

注:单位为秒

4.3 可能的方案



4.4 方案选择

方案选择的考虑点:

  • 支付安全性

  • 支付耗时减少程度

  • 改动成本

综合考虑后选择了3个具体方案:

4.5 机具HTTPS长连接

4.5.1 如何选择心跳时间间隔

机具在2G网络环境中的网络拓扑:

一般情况下,机具引起空闲连接失效的外部因素有2个:

  • 移动网络出口NAT空闲连接超时

  • 支付后台http服务器的keepalive超时

实际测试得知,移动2G网络出口NAT超时时间为5分钟(Android微信智能心跳方案中也有相关说明一文也有说明),支付后台http服务的keepalive_timeout配置也为5分钟,因此空闲连接保活时间间隔小于5分钟即可。

4.5.2 如何选择心跳包内容

主要考虑三方面:

  • 触发HTTP服务器的空闲连接计时器重新计时,因此需要一个完整HTTP请求

  • 2G网络带宽小,流量资费比较贵,因此应该尽量发送小数据包

  • 最好不要触发后台业务逻辑

综合来看,发送一个HTTP HEAD请求是一个很好的选择。

4.6 精减业务数据包

精减前:

三个精减手段:

  • 去除可选字段

  • 多层嵌套改为平铺

  • 字段名精减

精减后:

精减效果:

  • 请求包精减470B,预期减少耗时 = 0.47KB / 1KB/s = 0.47s

  • 应答包精减100B,预期减少耗时 = 0.1KB / 10KB/s = 0.01s

4.7 优化预期效果

优化后预计支付总耗时=5秒-1.59秒=3.41秒。未能达成收款耗时不超过3秒的目标,还需要增加另外优化措施。

4.8 实验数据分析

在2G网络环境下,每间隔0.5秒进行一次完整的支付交互(请求BODY为300字节),发送请求与收到后台ACK的耗时在0.6秒左右:

如果间隔时间1秒以上,发送请求与收到后台ACK的耗时在1.1秒左右:

网络交互时序:

在BODY为300节字情况下,分别对不同时间间隔做了相同实验,结合实验数据分析得知,如果bc之间的时间间隔为0.5秒,则cd之间的耗时为0.6秒左右;如果bc之间的时间间隔超过0.5秒,则cd之间的耗时为1.1秒左右。

简化后的实验模型:

分别实验了不同BODY大小情况下的耗时情况,均有同样的耗时差别现象。

现象总结:cd之间的耗时受ac之间的时间间隔影响,ac间隔不大于0.5秒,比ac间隔大于0.5秒,cd耗时要少0.5秒左右。

4.9 GPRS上行预热

综合上述实验结果并参考业界技术方案(用于上行连接TBF的提早建立的方法)可知,GPRS链路如果超过0.5秒没有上行数据,信道将被基站回收,而基站重新分配信道需要耗时0.5秒左右。

4.9.1 如何应用这个实验结果

机具扫码状态时(即4.2章节交互流程中的步骤2),以0.5秒间隔不断发送上行数据包,进行GPRS链路的预建立与保持(预热),机具扫码完成后停止发送预连接数据包,接下来的支付请求传输则可预期减少0.5秒的网络耗时。

4.9.2 如何选择预热上行数据包内容

主要考虑两方面:

  • 流量消耗少

  • 不触发后台处理逻辑

根据HTTP 1.1标准可知,客户端发送CRLF给服务端,服务端会忽略收到的CRLF,完全符合要求。

4.9.3 服务端主动断开连接

HTTP服务器收到第一个CRLF后,在client_header_timeout(默认配置为60秒)时间内未收到完整HTTP请求,会主动断开连接。因此,第一个CRLF发送一段时间后(如50秒),需要发送一次完整的HTTP请求,从第4.5章节可知,发送一个HTTP HEAD请求是一个最好的选择。

5. 优化结果

5.1 优化后收款网络交互时序

对比优化前的时序图,这个时序图中的变化有3点:

  • 小绿盒收款时不需要重新建立TLS连接。

  • 小绿盒在等待扫码时需要不断发送上行预热数据包。

  • 收单后台使用HTTPS长连接访问第三方支付平台。

5.2 优化前后耗时分布对比

5.3 优化方案收益说明

5.4 优化后和市场主流解决方案对比

注:单位为秒

表格内容说明:

  • 已达成不超过3秒的目标。
  • 由于不需要重新建立连接,支付耗时相比竞品更稳定。

6.总结

  • 2G实验室环境达平均耗时不超过3秒,达成目标。
  • 收款耗时不受扫码快慢影响,可保证稳定可控的支付耗时预期。
  • 正式商家使用平均耗时4秒以内,整体表现达到业界领先水平,符合商家要求。
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