Android DNS更新與DNS-Prefetch

一、什么是DNS

DNS（Domain Name System，域名系統），dns用於將域名解析解析為ip地址。

例如：給你www.baidu.com的主機名，你給 
我查出對應的ip地址：163.177.151.109。一些主機名還會有別名，如www.baidu.com就 
有別名www.a.shifen.com，甚至不止一個別名，或一個別名有2個ip地址。在linux機子 
上，運行nslookup（name service lookup）就是進行域名解析。如下面：

~$ nslookup www.baidu.com
Server: 127.0.0.1 Address: 127.0.0.1#53 Non-authoritative answer: www.baidu.com canonical name = www.a.shifen.com. Name: www.a.shifen.com Address: 163.177.151.109 Name: www.a.shifen.com Address: 163.177.151.110

DNS工作方式分為遞歸查詢和迭代查詢，具體可參考下圖

 

DNS還可以用於負載均衡、域名污染、防火牆，這些不在這里討論。

 

二、DNS緩存

所謂DNS緩存有兩種，比如主從同步緩存和本地緩存，這里對於手機來說，重點是本地DNS緩存。Android基於Linux系統，對於Android App來說，這個緩存又多了java層。

2.1 使用場景

當然，我們需要明白在Android App中那些場景需要進行，這才是最重要的，有時候其實並沒有必要去更新緩存。總結一下，這里的場景無非如下幾種：

 

場景一：存在多個運營商或者多個地區的分布式業務系統

比如互聯網分布式業務系統，采取的是分區域、分運營商的方式不是業務系統。

場景二：存在多個域名的業務系統，需要提前解析並且緩存ip

<link rel="dns-prefetch" href="//g.alicdn.com" /> <link rel="dns-prefetch" href="//img.alicdn.com" /> <link rel="dns-prefetch" href="//tui.taobao.com" /> 

這是taobao網的dns-prefetch link，這一步是為了加速其他頁面的dns

場景三：ip地址唯一，但是存在多個子域名高並發請求

 

綜上所述：我們可以理解為，當且僅當域名和ip地址的關系是“一對多”、“多對多”和“多對一”的情況下，可適當更新DNS緩存。

 

2.2系統版本情況說明

Android 4.3之前的TTL（Time To Live）分為正負兩種有效期，正有效期為10分鍾，最大緩存為120個，采用TTL算法回收。

// 默認有效DNS緩存時間(TTL). 600 seconds (10 minutes). private static final long DEFAULT_POSITIVE_TTL_NANOS = 600 * 1000000000L; // 默認無效緩存時間（TTL）. 10 seconds. private static final long DEFAULT_NEGATIVE_TTL_NANOS = 10 * 1000000000L;

Android 4.3+的系統，緩存修正為2秒，最大緩存為16個，采用LRU算法和TTL算法進行回收。

private static final long TTL_NANOS = 2 * 1000000000L;

注意：以上代碼參見java.net.AddressCache.java

 

三、Android DNS緩存更新

3.1、修正緩存過期時間

在Android4.3之前，TTL可以用個System.setProperties進行設置，就可以將TTL修正為何Android 4.3+一致的生存時間

Security.setProperty("networkaddress.cache.ttl", String.valueOf(2 * 1000000000L)); Security.setProperty("networkaddress.cache.negative.ttl", String.valueOf(2 * 1000000000L))

 

3.2 實現DNS-Prefetch

步驟3.1只是讓緩存過期時間縮短了，一定程度上處理了Android 4.3之前系統的不足。但是，對於存在域名和ip“一對多”，“多對多”和“多對一”的分布式系統，如果出現網絡切換，那么下次獲“可能”取依舊比較耗時。因此，預獲取dns是非常必要的。那么如何實現DNS-Prefetch呢

首先，我們需要統一規范接口

public interface Dns { Dns SYSTEM = new Dns() { @Override public List<InetAddress> lookup(String hostname) throws UnknownHostException { if (hostname == null) throw new UnknownHostException("hostname == null"); return Arrays.asList(InetAddress.getAllByName(hostname)); } }; List<InetAddress> lookup(String hostname) throws UnknownHostException; }

實現接口

public class DnsManager implements Dns { private static DnsManager singleInstance; private final TreeSet<String> HOST_SET = new TreeSet<String>(); public static DnsManager getDefault(){ if(singleInstance==null) { synchronized (DnsManager.class) { if (singleInstance == null) { singleInstance = new DnsManager(); } } } return singleInstance; } @Override public synchronized List<InetAddress> lookup(String hostname) throws UnknownHostException { try { if(TextUtils.isEmpty(hostname) || TextUtils.isEmpty(hostname.trim())){ throw new UnknownHostException("hostname == null"); } List<InetAddress> list = Dns.SYSTEM.lookup(hostname); HOST_SET.add(hostname); return list; }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); return null; } } public synchronized String quickLookup(String hostname) throws UnknownHostException { try { if(TextUtils.isEmpty(hostname) || TextUtils.isEmpty(hostname.trim())){ throw new UnknownHostException("hostname == null"); } final Uri uri = Uri.parse(hostname); InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName(uri.getHost()); if(inetAddress==null) { Throw.exception("unkown host",UnknownHostException.class); } String dnsIp = inetAddress.getHostAddress(); HOST_SET.add(hostname); return dnsIp; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * 清除dns緩存 */ public synchronized void clearDnsCache(){ try { ReflectUtils.invokeMethodByName(InetAddress.class, "clearDnsCache"); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); return; } } /** * 獲取主機集合 * @return */ public synchronized TreeSet<String> getHostSet() { return HOST_SET; } /** * 預加載DNS * @param hosts */ public synchronized void prefetchDns(List<String> hosts) { if(hosts==null && hosts.size()==0) return; for (String hostname:hosts ) { prefetchDns(hostname); } } /** * 預加載DNS * @param hostname */ public synchronized void prefetchDns(String hostname) { try{ InetAddress.getAllByName(hostname); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); return; } } }

使用時機

通常網絡切換后，並且下次聯網成功時，我們prefetch時最好的時間，這里我們需要通過Broadcast+IntentService

對於廣播部分，我們需要監聽如下兩個Action（這里推薦使用動態廣播）

IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
intentFilter.addAction(ConnectivityManager.CONNECTIVITY_ACTION);
intentFilter.addAction(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);

廣播實現代碼

public class NetStateChangeReceiver extends BroadcastReceiver{ private static final String TAG = NetStateChangeReceiver.class.getSimpleName(); private AtomicReference<String> pendingNetworkState = null; private AtomicReference<String> pendingSSID = null; public NetStateChangeReceiver() { pendingNetworkState = new AtomicReference<String>(); pendingSSID = new AtomicReference<>(); } @Override public void onReceive(Context context, Intent intent) { if (ConnectivityManager.CONNECTIVITY_ACTION.equals(intent.getAction())) { NetworkType networkType = NetworkUtils.getNetworkType(context); notifyObservers(networkType); } if(shouldStartDnsUpdateService(context,intent)) { Intent cloneFilter = intent.cloneFilter(); cloneFilter.setClass(context, DnsUpdateIntentService.class); context.startService(cloneFilter); } } //網絡可用並且網絡切換的情況下啟動IntentService更新 public boolean shouldStartDnsUpdateService(Context context,Intent intent){ if(NetworkUtils.isAvailable(context)){ NetworkType type = NetworkUtils.getNetworkType(context); if(type==null) return false ; String newState = type.toString(); String lastState = pendingNetworkState.get(); if(!TextUtils.isEmpty(lastState) && !lastState.equals(newState)) { pendingNetworkState.set(newState); return true; }else{ pendingNetworkState.set(newState); if(NetworkUtils.isWifiConnected(context)){ WifiInfo wifiInfo= intent.getParcelableExtra(WifiManager.EXTRA_WIFI_INFO); if(wifiInfo!=null) { String nextSSID = wifiInfo.getSSID(); String lastSSID = pendingSSID.get(); if(nextSSID!=null && nextSSID.equals(lastSSID)) { return true; } } } } }else{ pendingNetworkState.set(NetworkType.NETWORK_NO.toString()); } return false; } }

DnsUpdateIntentService代碼如下

public class DnsUpdateIntentService extends IntentService { public DnsUpdateIntentService() { super(DnsUpdateIntentService.class.getName()); } @Override protected void onHandleIntent(@Nullable Intent intent) { runTask(); } private void runTask() { GFLog.d(DnsUpdateIntentService.class.getSimpleName()," startDns : 開始更新DNS "); updateDnsCache(); GFLog.d(DnsUpdateIntentService.class.getSimpleName()," endDns : DNS更新完成 "); } private void updateDnsCache() { try{ DnsManager dm = DnsManager.getDefault(); dm.clearDnsCache(); TreeSet<String> hostSet = dm.getHostSet(); List<String> hosts = new ArrayList<>(); hosts.addAll(hostSet); dm.prefetchDns(hosts); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); return; } } }

注意：DnsUpdateIntentService不可以注冊為多進程，否則緩存無法更新

3.3、DNS防篡改與安全

Android 4.3之前的DNS可能存在被污染的可能，如修改resolv.conf文件，在Android 4.3+之后，統一使用Netd方式，安全性上有所提高。因此，對Android 4.3之前的系統，建議使用HttpDNS等方案，此外采取HTTPS的通信方式，一定程度上幾乎可以絕對避免此類問題的發生。

此外，我們在ip與域名對應數量不大的app中，可以在App中提前建立不同機房的域名映射也是一種放置篡改的方案。

 

3.4、Android底層DNS更新

Android基於linux，底層通過Libcore.so更新DNS，目前沒有方式來更新Linux層面的DNS緩存。那么，我們的DNS-Prefetch功能是否有必要呢？這個問題我們需要明確，雖然我們不一定能更新底層DNS，但是，可以促進底層DNS更新，類似System.gc()的作用。