基于消息总线的高可扩展性IM系统后台架构设计

Posted 2021-04-20 普通程序员

如果你还不了解IM系统的整体结构，可以先看看《》（一下简称《IM完整设计》）这篇文章。

在《IM完整设计》文章中，服务端的结构是非常简单的，所有逻辑都集中在logic节点。如下图

在实际生产环境下，这种简单结构存在很多弊端。

1、功能扩展性欠佳

逻辑集中在logic一个节点，要上线新功能，只能修改logic再部署，无法实现类似微服务架构的快速部署能力。

2、存在性能瓶颈

由于gate到logic的消息传递采用的同步方式，为了匹配不同节点消息处理能力的差异，需要在logic中维护缓冲区。不同类消息，对消息延迟的容忍度不完全一致，缓冲区需要有不同的区域（或主题）概念。仅靠logic的一点java代码来维护这样的结构不是特别合适。

一个简单的缓冲区结构，会导致处理速度慢的消息拖慢整个消息处理速度！

3、维护成本高

由于所有逻辑集中在logic节点，导致logic节点逻辑复杂，代码臃肿。项目过程中加入的研发人员，需要很好的理解工程代码之后，才能对功能进行修改、维护，上手难度大。

修改任何一个逻辑，都需要回归整个logic节点主要功能，且要将所有功能都重新部署，无形中加大了维护工作量。

为了解决这些问题，引入消息总线（Kafka），系统结构进化为下图。（其中Rest-api模块往下的部分提供http短连接的业务逻辑，不做详细说明。）

1、tcp-gate，websocket-gate是tcp和websocket两种长连接的接入模块。

2、Dispatcher接收来自接入模块的消息，并对消息进行分发。

（1）对于auth,handshake类的需要同步处理的消息，通过RPC调用相关服务进行处理，并及时返回结果

（2）对于一般消息（可异步处理），按照业务（cmdid）不同，分别投递到消息总线的对应主题（topic）

3、单聊、群聊、离线、历史等具体业务逻辑节点从消息队列中获取对应的消息（单聊获取单聊消息），进行相应的逻辑处理，如写数据库、写缓存、计算等。将处理后的结果（或信息）再次放入消息总线（topic为接下来需要处理消息的逻辑节点对应的topic，如Deliver Service）

4、Deliver Service从消息总线接收“单聊”等节点处理后的消息，将消息投递给目标用户。

采用消息总线解耦的结构有诸多好处。

1、高可扩展性

通过消息总线，各个业务逻辑单元（单聊、群聊……）从代码层面完全独立，可以独立部署。当需要修改现有逻辑，只需要修改对应逻辑单元；如果要增加业务逻辑，增加新的业务逻辑单元即可。

2、高性能

（1）Kafka消息总线有充足的缓冲区，并且可以适配逻辑单元处理速度的差异（通过不同的topic区分逻辑单元）

（2）各个接入层节点、业务逻辑单元都可以通过部署节点实现水平扩展，性能线性增长

（3）数据库和Redis缓存都采用hash水平分库，性能能够实现线性增长

3、维护成本低

由于接入层（tcp-gate,websocket-gate,Dispatcher,Deliver Service）功能相对固定，逻辑层的逻辑单元又完全独立，新加入项目的开发人员只需要关注需要处理的逻辑单元即可，上手难度大大降低。

上线新的逻辑单元，完全不影响已有的逻辑，对测试资源消耗也得到很好的控制。

这个结构解决了很多问题，但是依然面临挑战。对于公司级的万人大群，大家活跃时，会面临消息延迟的问题。这个问题也是由方法可以缓解的。

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