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Em primeiro lugar peço desculpas pelo texto longo, e pelos vários pontos perguntados. Achei melhor lançar todos em uma pergunta só porque são interrelacionados e porque penso que qualquer pessoa com experiência no tipo de aplicativo descrito (um cliente Android que mantém uma conexão socket contínua recebendo e enviando dados) é capaz de dar sua opinião a respeito de todos ou maioria desses pontos. Basicamente estou precisando tomar decisões de design e tenho dúvidas sobre como seria a "maneira recomendada Android" de fazer.

Estou tentando definir qual seria o esqueleto mínimo necessário para se ter um aplicativo dsse tipo, isto é, que se conecte a um servidor via socket (WebSocket, Socket.IO, TCP, etc.) e possa trocar mensagens com ele). Não tenho um exemplo de uso específico; chat não é um desses exemplos, porque nesse caso o ideal seria usar push notification.

Essa conexão não deve estar atrelada às Activities do aplicativo, isto é, as mensagens podem ser recebidas mesmo depois do usuário ter saído do aplicativo.

Perguntas que estou tentando responder:

  1. É recomendado delegar o gerenciamento da conexão (conectar, desconectar) e o envio de mensagens para uma classe separada (por exemplo um Singleton)?

  2. O uso de broadcasts para passar uma mensagem recebida para a Activity atual parece ser a escolha apropriada no caso de uma arquitetura de aplicativo relativamente simples. Alguém discorda? Seria preferível um Event Bus ou então acoplamento (bind) a um serviço?

  3. É esperado que o sistema mate o processo do aplicativo para liberar memória, mas a conexão deve ser reestabelecida assim que houver memória disponível para isso. Qual a melhor forma de fazer isso? Agendar checagens periódicas da conexão via AlarmManager não me parece apropriado, e nem usar startForeground(), que além de não garantir que o processo seja morto (apenas torna isso menos provável de acontecer) ainda exibe ao usuário uma incômoda notificação de que o aplicativo está em execução, que ainda por cima se for clicada leva a uma tela oferecendo a opção de encerrar o aplicativo. Achei que retornar START_STICKY no método Service.startCommand() poderia ajudar nesse sentido, mas ele não parece ser feito para isso.

  4. Não estou certo de como deve funcionar o reestabelecimento de conexão, a fim de processar a fila de mensagens a enviar. Suponho que envolve ouvir o broadcast CONNECTIVITY_CHANGE ou então um evento de conexão reestabelecida. Qual a melhor forma de fazer isso, garantindo que o aplicativo tente enviar as mensagens quando possível?

  5. Após haver consenso a respeito da modelagem do aplicativo, creio que será necessário incluir Wake Locks ao código para evitar que o aparelho entre em sleep mode enquanto processa mensagens recebidas ou colocadas na fila de envio. Porém não tenho certeza de em qual parte do código inclui-las e gostaria de recomendações. Para isso tenho também as seguintes considerações adicionais:

    a) Uma vez a conexão estabelecida, o aparelho pode entrar em sleep mode tranquilamente que a chegada de dados irá acordá-lo. Porém não é garantido que esses dados sejam processados em sua completude sem uma Wake Lock, antes do aparelho voltar a dormir;

    b) Se o aplicativo estiver adormecido e a conexão se tornar disponível, um requisito desejável pode ser que a fila de mensagens a enviar seja processada em sua completude antes do aparelho voltar a dormir. Não tenho a certeza de onde devo adicionar a Wake Lock nesse caso.

    c) Mesmo que a biblioteca que trabalha com o protocolo de comunicação escolhido esteja preparada para funcionar com Android (isto é, gerencie a entrada/saída em um ou mais threads secundários e não no thread de UI), pode ser que ela esteja programada para executar seus callbacks (em particular o callback que recebe mensagens) no thread de UI. Isso pode afetar a maneira como disponho as Wake Locks no meu código.

  6. Há a necessidade de manter um thread ativo em loop contínuo para manter a conexão aberta? Como posso evitar isso?

Agradeço a qualquer feedback. Lancei essa pergunta também no SO em inglês.

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    Piovezan, chegou a considerar o GCM como forma de implementar o Push notifications? Tenho uma sugestão pra dar, mas envolve o mesmo, quando eu tiver tempo eu posto uma resposta.
    – Wakim
    Commented 17/10/2014 às 12:07
  • Então, a idéia nesse caso é não usar push notification; eu tenho como exemplo um aplicativo que mantenha a conexão aberta somente enquanto o usuário estiver "logado" nele por exemplo, e perca a conexão ao deslogar. Não existe a obrigatoriedade de que as mensagens sejam entregues ao cliente se a conexão estiver fechada. São dados de vida curta e dispensáveis, como por exemplo em um aplicativo que comanda uma central de alarme instalada em uma residência.
    – Piovezan
    Commented 17/10/2014 às 12:12
  • 1. Questão de gosto, acho que o Service já é a classe que toma conta das questões de rede. 2. Broadcast é o mais simples de usar, mas seria mais "limpo" um bind direto entre Activity e Service. Não sei como ficam as questões de segurança/privacidade ao usar broadcast; a priori cada aplicativo precisa de permissão para receber determinado broadcast. 3. Você pode rodar o Service num processo separado (process e isolatedProcess no manifesto). Isso faz com que use menos memória e diminui a chance de ser morto. Pelo menos no meu uso, nunca aconteceu de um serviço rodando assim ser de fato morto.
    – epx
    Commented 6/11/2014 às 12:05

2 Respostas 2

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Tudo depende da aplicação que você quer fazer, vou responder de maneira genérica para que você aplique o uso em diferentes ocasiões.

  1. É recomendado delegar o gerenciamento da conexão (conectar, desconectar) e o envio de mensagens para uma classe separada (por exemplo um Singleton)?

Veja isto: https://stackoverflow.com/questions/137975/what-is-so-bad-about-singletons

Alguns programadores consideram Singleton um "anti-pattern", evite usá-lo, ele pode lhe traz barreiras enquanto desenvolve a aplicação. Mas sim, você deve ter uma classe especializada em receber conexões, outra para criar conexões e uma compartilhada pelas duas anteriores para transmitir suas mensagens, reduza o escopo à isto nessa fase para evitar qualquer acoplamento desnecessário (Activties por exemplo, estas classes não sabem que elas existem).

  1. O uso de broadcasts para passar uma mensagem recebida para a Activity atual parece ser a escolha apropriada no caso de uma arquitetura de aplicativo relativamente simples. Alguém discorda? Seria preferível um Event Bus ou então acoplamento (bind) a um serviço?

O aplicativo é simples, logo seu código deve ser simples, mas em ocasiões em que múltiplas Activities podem receber mensagens, notificações, alertas, etc delegue todas estas tarefas à um "Bound Service".

http://developer.android.com/guide/components/bound-services.html

Utilize do serviço para enviar e receber mensagens através da rede e o mesmo poderá criar notificações sobre novas mensagens.

  1. É esperado que o sistema mate o processo do aplicativo para liberar memória, mas a conexão deve ser reestabelecida assim que houver memória disponível para isso. Qual a melhor forma de fazer isso? Agendar checagens periódicas da conexão via AlarmManager não me parece apropriado, e nem usar startForeground(), que além de não garantir que o processo seja morto (apenas torna isso menos provável de acontecer) ainda exibe ao usuário uma incômoda notificação de que o aplicativo está em execução, que ainda por cima se for clicada leva a uma tela oferecendo a opção de encerrar o aplicativo. Achei que retornar START_STICKY no método Service.startCommand() poderia ajudar nesse sentido, mas ele não parece ser feito para isso.

de maneira geral, mantenha isto simples:

  1. Ao criar o serviço: Abrir conexão

  2. Fechar o serviço (não é garantido que seja chamado): Tentar fechar conexão.

  3. Service não dispõe de um método "onServiceRestoreState" ou algo do tipo, então você pode se aproveitar dos métodos onDestroy, onUnbind, onTrimMemory, startForeGround, stopForeground para desfazer a conexão. utilize isto também: START_REDELIVER_INTENT. Isto fará com que onStartCommand seja chamado novamente e você possa restabelecer a conexão.

sobre o AlarmManager: https://stackoverflow.com/questions/19411744/android-when-a-service-is-killed-how-can-we-persist-the-service-state-for-late

O uso do AlarmManager é designado para tarefas que devem ser executadas de tempos em tempos, como diz na questão acima,

O uso intensivo de um serviço é hostil.

Dica: Você não precisa estar escutando por novas mensagens ou notificações de um servidor o tempo todo (imagine a carga de memória de um servidor com várias conexões abertas, muitas talvez sem transmitir dados por longos períodos). Faça verificações periódicas (que seja a cada 1 minuto se tão necessário, abra conexão com o servidor, verifique e feche-a).

  1. Não estou certo de como deve funcionar o reestabelecimento de conexão, a fim de processar a fila de mensagens a enviar. Suponho que envolve ouvir o broadcast CONNECTIVITY_CHANGE ou então um evento de conexão reestabelecida. Qual a melhor forma de fazer isso, garantindo que o aplicativo tente enviar as mensagens quando possível?

É trivial, mas existem aspectos que devem ser considerados: Sim, cheque CONNECTIVITY_CHANGE para saber se tem ou não conexão disponível

Monitorando conexões

Trate exceções de Socket, Tcp, etc (você pode ter rede no dispositivo, mas o servidor pode estar offline ou ocorrer algum erro de rede) como conexão perdida em sua implementação. na realização de qualquer ação: tentativa de enviar mensagem, ler notificações do servidor verifique este "estado desconectado" e se desconectado tente reconectar para enviar a requisição.

Quando estiver offline ou receber uma exceção limpe os recursos (Dispose Socket, Tcp, etc), quando tentar reconectar você os criará novamente.

Mas em resumo: Quando realizar operações de rede você trata o estado da conexão.

  1. Após haver consenso a respeito da modelagem do aplicativo, creio que será necessário incluir Wake Locks ao código para evitar que o aparelho entre em sleep mode enquanto processa mensagens recebidas ou colocadas na fila de envio. Porém não tenho certeza de em qual parte do código inclui-las e gostaria de recomendações. Para isso tenho também as seguintes considerações adicionais:

a) Uma vez a conexão estabelecida, o aparelho pode entrar em sleep mode tranquilamente que a chegada de dados irá acordá-lo. Porém não é garantido que esses dados sejam processados em sua completude sem uma Wake Lock, antes do aparelho voltar a dormir;

O WakeLook é projetado para impedir que o aparelho entre em Idle, mas isto não é um meio vivável de acordá-lo quando receber uma notificação/mensagem.

O mais indicado neste caso seria o WifiLock que impede que o dispositivo de rede seja desligado quando o dispositivo móvel entrar em Idle.

você utilizará o método aquire para dizer que o dispositivo não pode desligar seu dispositivo de rede e release depois de fechar as conexões, encerrar o serviço ou encerrar as ações do aplicativo.

b) Se o aplicativo estiver adormecido e a conexão se tornar disponível, um requisito desejável pode ser que a fila de mensagens a enviar seja processada em sua completude antes do aparelho voltar a dormir. Não tenho a certeza de onde devo adicionar a Wake Lock nesse caso.

tanto para WakeLock como WifiLock:

 wakeLock.acquire();
 this.processQueue();
 wakeLock.release();

c) Mesmo que a biblioteca que trabalha com o protocolo de comunicação escolhido esteja preparada para funcionar com Android (isto é, gerencie a entrada/saída em um ou mais threads secundários e não no thread de UI), pode ser que ela esteja programada para executar seus callbacks (em particular o callback que recebe mensagens) no thread de UI. Isso pode afetar a maneira como disponho as Wake Locks no meu código.

Sim, mantenha os WakeLocks dentro das classes que gerenciam as mensagens (como acoplamento, talvez um IoC aqui) e tente manter o código "Thread-Safe", o resto fica por conta da injeção de dependência.

  1. Há a necessidade de manter um thread ativo em loop contínuo para manter a conexão aberta? Como posso evitar isso?

se você precisa da conexão aberta o tempo todo: Sim (não recomendado) em alguma Thread ela precisará estar (isto é inevitável), não precisa ser em loop, mas o processo pode estar em Idle, à espera das mensagens. Manter uma conexão aberta por longos períodos é bem propenso à falhas (principalmente redes móveis), considere que o cliente questione ao servidor sobre notificações em longos períodos em vez de manter a conexão aberta e esperar por mensagens.

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Acabei implementando parte desses requisitos e resolvendo a maioria das dúvidas. Segue o que aprendi com isso.

Antes porém, uma recomendação: socket no Android pode não ser o que você quer. Quando implementei, o que realmente eu precisava era de push notifications (por exemplo, com Google Cloud Messaging). Portanto, antes de se decidir por uma determinada tecnologia, estude todas as possibilidades.

É recomendado delegar o gerenciamento da conexão (conectar, desconectar) e o envio de mensagens para uma classe separada (por exemplo um Singleton)?

Tanto faz. Se for usado Singleton, ele estará tão intimamente ligado com o serviço que o resultado será o mesmo que implementar somente o serviço. Como falado na resposta do @LeonardoBosquett, algumas pessoas considerarem Singleton um anti-pattern e preferem não usar.

O uso de broadcasts para passar uma mensagem recebida para a Activity atual parece ser a escolha apropriada no caso de uma arquitetura de aplicativo relativamente simples. Alguém discorda? Seria preferível um Event Bus ou então acoplamento (bind) a um serviço?

Alguns preferem bind, outros broadcasts. Se usada a segunda opção é preferível fazer broadcasts locais com LocalBroadcastManager, que têm melhor performance comparados a broadcasts globais.

É esperado que o sistema mate o processo do aplicativo para liberar memória, mas a conexão deve ser reestabelecida assim que houver memória disponível para isso. Qual a melhor forma de fazer isso? (...) Achei que retornar START_STICKY no método Service.startCommand() poderia ajudar nesse sentido, mas ele não parece ser feito para isso.

Estava enganado, START_STICKY serve justamente para isso. Porém de acordo com a documentação o serviço é reiniciado com um intent null, então se houver parâmetros para ler do intent a solução é usar START_REDELIVER_INTENT.

Não estou certo de como deve funcionar o reestabelecimento de conexão, a fim de processar a fila de mensagens a enviar. Suponho que envolve ouvir o broadcast CONNECTIVITY_CHANGE ou então um evento de conexão reestabelecida. Qual a melhor forma de fazer isso, garantindo que o aplicativo tente enviar as mensagens quando possível?

Essa parte não foi implementada e não tenho uma resposta imediata para isso. Em um evento de conexão estabelecida gerado pela biblioteca de comunicação o serviço pode processar a fila assim que adquirir uma Wake Lock.

Dúvida: Dada a forma como funciona TCP, suspeito que uma CONNECTIVITY_CHANGE de perda de conectividade possa não disparar uma IOException imediatamente; pode ser que seja preciso avisar o serviço de que a conexão foi perdida para que ele finalize ativamente a conexão. Se isso for o caso, teria que ser pensada uma forma de comunicar ao serviço que ocorreu a perda de conectividade. Da mesma forma, é preciso pensar em como avisar ao serviço sobre um restabelecimento de conectividade para tentar se conectar novamente (por economia de bateria, é recomendável que seja feito um exponential back-off, que em caso de conectividade restabelecida pode reiniciar do zero).

c) Mesmo que a biblioteca que trabalha com o protocolo de comunicação escolhido esteja preparada para funcionar com Android (isto é, gerencie a entrada/saída em um ou mais threads secundários e não no thread de UI), pode ser que ela esteja programada para executar seus callbacks (em particular o callback que recebe mensagens) no thread de UI. Isso pode afetar a maneira como disponho as Wake Locks no meu código.

A preocupação aqui é quando adquirir a Wake Lock. São duas situações em que ela é necessária: ao receber uma mensagem e ao processar a fila de mensagens a enviar. No primeiro caso ela pode ser adquirida assim que for recebida uma mensagem e liberada assim que terminar de processar a mesma. No segundo ela pode ser adquirida quando ocorre reconexão com o servidor.

b) Se o aplicativo estiver adormecido e a conexão se tornar disponível, um requisito desejável pode ser que a fila de mensagens a enviar seja processada em sua completude antes do aparelho voltar a dormir. Não tenho a certeza de onde devo adicionar a Wake Lock nesse caso.

A preocupação aqui é quando liberar a Wake Lock adquirida para processar a fila de mensagens a enviar. Ela precisaria ser removida em dois locais: caso o processamento da fila termine (seja naturalmente ou caso ocorra uma IOException sinalizando quebra de conexão) e no onDestroy() do serviço. O primeiro caso em termos de código ficaria mais ou menos assim (emprestando do código do @LeonardoBosquett):

wakeLock.acquire();
try {
    this.processQueue();
catch (IOException e) {
    // Lida com a exceção de alguma forma
} finally {
    wakeLock.release();
}

Há a necessidade de manter um thread ativo em loop contínuo para manter a conexão aberta? Como posso evitar isso?

Depende da forma como a biblioteca de comunicação é implementada. Preferencialmente o thread pode se bloquear aguardando a chegada de uma mensagem, não é preciso que fique em execução.

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