IM消息系统的设计和实现是怎样的

• 单播:服务器发送消息给单个客户端用户

• 多播:服务器发送消息给多个客户端用户

• 组播/广播:服务器发送消息给一组客户端。有组ID来标识这组用户

• 上行消息:服务器发送消息给一组客户端。有组ID来标识这组用户

• 下行消息:服务器端给客户端发送消息

二、系统架构

 

• proxy:部署在边缘机房，客户端通过智能DNS就近接入

• logicService：处理认证、心跳、上下线、进出群

• pushService:单播，广播，接收到消息后转发给comet，之后再由comet把消息发出去

• imService:聊天服务器，处理单聊群聊，离线消息

• cosumerService:对群消息进行异步写扩散

• authService:认证服务

数据结构

• user_id 是业务指定的，唯一标识一个用户

• conn_id 由存储进程分配，唯一标识该用户的一条连接

• server_id 标识这条连接属于哪个接入进程

• Connection 是客户端连接的封装，可以向它推送消息

三、消息模型

3.1 读扩散模型

 

• 优点：只写一次，降低了写入次数，特别在群模式下

• 缺点: 同步消息的逻辑会比较复杂，接收端每个会话都要读取一次，放大了读，会产生很多无效请求。

3.2 写扩散模型

 

• 优点：拉取消息的逻辑简单

• 缺点: 放大了写，单聊要额外写两次，群里要写N次

四、实现方式

4.1 单聊

4.1.1 设计目标

4.1.2 在线消息

 

4.1.3 离线消息

4.1.4 检测消息丢失

4.2 群聊

4.2.1 设计目标

4.2.2 小群(写扩散)

 

4.2.3 大群(读扩散)

 

五、高性能分析

5.1 容量规划：（阿里云主机16C32G-2.5GHz，预留50%余量）

• 10,000 conn per proxy

• 100 proxy

• 50 logicService/cacheService/pushService

• or 改进：

• 10 logicService

• 5 pushService

• kafka cluster

• zookeeper cluster

• 10 cacheService

5.2内部通信无瓶颈，可水平扩容的路径有：

• 客户端发起的RPC mobile -> proxy -> micro

• 上线/下线/切换房间/心跳 mobile -> proxy -> logicService -> cacheService

• 单播 micro -> logicService (-> cacheService) -> pushService -> proxy -> mobile

• 在线信息查询

• 按用户查在线查房间 /session

5.3 内部通信，可能有瓶颈的路径：

• 批量单播 micro -> logicService ((N-parallel)-> router) -> pushService -> proxy -> mobile

• 限制：一批用户总数，不宜过多

• 广播 micro -> logicService -> pushService -> proxy -> mobile

• 限制：由于pushService定期absorb proxy上的room list, so pushService数量不可过多

• 改进：logicService和pushService解耦，用kafka连接。由于 pushService 对 CPU 的消耗在 proxy/logicService/cacheService 中最少，只需要非常少的 pushService 实例就行。

• 在线信息查询

• 查在线总数 /count 由于logicService定期absorb cacheService上的room users，只能是有限的logicService打开counter定时查

• 按房间查用户 /room 同 /count

• 遍历 /list 调试用接口，别用于服务

5.4 proxy性能瓶颈

5.5 rpc性能瓶颈

六、高可用分析

• proxy 无状态服务，重启、升级时，客户端检测到连接断开，自动重连到另一个 proxy

• logicService 无状态服务，重启、升级时，proxy 会自动寻找下一个 logic

• pushService 无状态服务，重启、升级时，有其它 pushService对外提供服务

• cacheService 有状态服务，重启、升级时，由备 cacheService 顶上；升级完成，切回主 cacheService

• imService 无状态服务，重启、升级时，有其它 pushService对外提供服务

• MySQL：使用mysql master master机制来保证

• redis: 使用哨兵机制来保证可用性

七、异常情况处理

• 如何防止消息丢失(接收端上报已接收的最大消息id,异常服务端重发)

• redis主从切换引起自增id不连续

• 怎么提高proxy广播的性能

• 怎么避免rpc的单条连接成为瓶颈

八、低成本、安全

• 几乎没有外部依赖，极低的运维成本

• 高性能的代码实现，节省服务器成本

• 集成认证鉴权，也支持 HTTPS