[开源精品] C#.NET im 聊天通讯架构设计 -- FreeIM 支持集群职责分明高性能

Posted 2022-09-02 dotNET跨平台

💻 FreeIM 是什么？

FreeIM 使用 websocket 协议实现简易、高性能（单机支持5万+连接）、集群即时通讯组件，支持点对点通讯、群聊通讯、上线下线事件消息等众多实用性功能。 ImCore 已正式改名为 FreeIM。

使用场景：好友聊天、群聊天、直播间、实时评论区、游戏。

FreeIM 解耦了通讯与业务模块，让项目架构变得更加简单易维护，2017年的设计再过5年也不过时。

FreeIM 提供了一套永远不需要迭代更新的 ImServer 服务端，支持 .NET5.0、.NETCore2.1+、NETStandard2.0。

以及一套简单的 ImHelper API 提供给 业务端 使用，例如 ImHelper.SendMessage(a, b, 'hello world') 就可以实现 a -> b 发送消息。

开源地址：https://github.com/2881099/FreeIM

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⛳ 项目由来

2017 年进朋友的公司救火，那个时候公司的人员架构、技术架构一团糟，例如通讯模块，配备了几人的全职团队负责工作，痛点如下：

1、IM服务端代码臃肿不堪；

2、逻辑混乱不堪，IM服务端代码包含了大量业务逻辑，例如聊天记录、订单数据，这本来应该是业务方的数据；

3、混乱持续放大，IM服务端为了适应需求，不断增加业务协议，越来越像业务端；

4、沟涌成本巨高，IM服务端经常和业务方开怼，比如某业务到底以谁的数据为准；

5、通讯协议失策，IM服务端使用原生Socket自定义通讯协议，后来要维护 WebSocket 及 自己定义协议两套，经常发生消息无法传输的问题；

FreeIM 架构的接入之后，解散了 IM 团队，解决了业务与通讯的职责冲突，简化了架构，降低了维护成本。经历 1年半的生产环境，整理代码于 2018 年开源。

我是不是太卷了。。别急啊，他们是 java 团队，是不是瞬间舒服了

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⚡ 如何接入？

dotnet add package FreeIM

1、ImServer 服务端

一套永远不需要迭代更新的IM服务端，ImServer 支持 .NET6.0、.NETCore2.1+、NETStandard2.0

public void Configure(IApplicationBuilder app)
    app.UseFreeImServer(new ImServerOptions
    
        Redis = new FreeRedis.RedisClient("127.0.0.1:6379,poolsize=5"),
        Servers = new[]  "127.0.0.1:6001" , //集群配置
        Server = "127.0.0.1:6001"
    );

2、WebApi 业务端

public void Configure(IApplicationBuilder app)    //...

    ImHelper.Initialization(new ImClientOptions
    
        Redis = new FreeRedis.RedisClient("127.0.0.1:6379,poolsize=5"),
        Servers = new[]  "127.0.0.1:6001" 
    );

    ImHelper.EventBus(
        t => Console.WriteLine(t.clientId + "上线了"), 
        t => Console.WriteLine(t.clientId + "下线了"));

ImHelper方法	参数	描述
PrevConnectServer	(clientId, string)	在终端准备连接 websocket 前调用
SendMessage	(发送者, 接收者, 消息内容, 是否回执)	发送消息
GetClientListByOnline	-	返回所有在线clientId
HasOnline	clientId	判断客户端是否在线
EventBus	(上线委托, 离线委托)	socket上线与下线事件

频道	参数	描述
JoinChan	(clientId, 频道名)	加入
LeaveChan	(clientId, 频道名)	离开
GetChanClientList	(频道名)	获取频道所有clientId
GetChanList	-	获取所有频道和在线人数
GetChanListByClientId	(clientId)	获取用户参与的所有频道
GetChanOnline	(频道名)	获取频道的在线人数
SendChanMessage	(clientId, 频道名, 消息内容)	发送消息，所有在线的用户将收到消息

• clientId 应该与用户id相同，或者关联；

• 频道适用临时的群聊需求，如聊天室、讨论区；

ImHelper 支持 .NetFramework 4.5+、.NetStandard 2.0

3、html5 终端

终端连接 websocket 前，应该先请求 WebApi 获得授权过的地址(ImHelper.PrevConnectServer)，伪代码：

ajax('/prev-connect-imserver', function(data)     var url = data; //此时的值：ws://127.0.0.1:6001/ws?token=xxxxx
    var sock = new WebSocket(url);
    sock.onmessage = function (e)         //...
    ;
)

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📡 项目演示

运行环境：.NET6.0 + redis-server 2.8+

cd ImServer && dotnet run --urls=http://*:6001

cd WebApi && dotnet run

打开多个浏览器，分别访问 http://127.0.0.1:5000 发送群消息

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🎣 分析痛点

协议痛点：如果浏览器使用 websocket 协议，ios 使用其他协议，协议不一致将很难维护。

职责痛点：IM 的系统一般涉及【我的好友】、【我的群】、【历史消息】等等。。

ImServer 与 WebApi(业务方) 该保持何种关系呢？

用户A向好友B发送消息，分析一下：

• 需要判断B是否为A好友；

• 需要判断A是否有权限；

获取历史聊天记录，多个 终端 websocket.send('gethistory')，再在 onmessage 定位回调处理，多麻烦啊？

诸如此类业务判断会很复杂，使用 ImServer 做业务逻辑，最终 ImServer 和 终端 都将变成巨无霸难以维护。

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🌈 设计思路

终端（如浏览器/小程序/iOS/android） 统一使用 websocket 连接 ImServer；

ImServer（支持集群）根据 clientId 分区管理 websocket 连接；

WebApi 使用 ImHelper 调用方法（如：SendMessage、群聊相关方法），将数据推至 Redis channel；

ImServer 订阅 Redis channel，收到消息后向 终端 推送消息；

• 缓解了并发推送消息过多的问题；

• 解决了连接数过多的问题；

• 解耦了业务和通讯，架构更加清淅；

  • ImServer 充当消息转发，连接维护，代码万年不变、且不需要重启维护

  • WebApi 负责所有业务

举例1、用户A向B发送消息：终端A ajax -> WebApi -> ImServer -> 终端B websocket.onmessage；

举例2、获取历史聊天记录：终端 请求 WebApi(业务方) 接口，返回json(历史消息)。

举例3、A向B发文件的例子：

• A向 WebApi 传文件

• WebApi 通知 ImServer，ImHelper.SendMessage(B, "A正在给传送文件...")

• B收到消息，A正在给传送文件...

• WebApi 文件接收完成时通知 ImServer，ImHelper.SendMessage(B, "A文件传输完毕（含文件链接）")

• B收到消息，A文件传输完毕（含文件链接）

FreeIM 强依赖 redis-server 组件功能：

• 集成了 redis 轻量级的订阅发布功能，实现消息缓冲发送，后期可更换为其他技术

• 使用了 redis 存储一些关系数据，如在线 clientId、频道信息、授权信息等

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🌳 集群分区

单个 ImServer 实例支持多少个客户端连接，3万？如果在线用户有10万人，怎么办？？？

部署 4 个 ImServer：

• ImServer1 订阅 redisChanne1

• ImServer2 订阅 redisChanne2

• ImServer3 订阅 redisChanne3

• ImServer4 订阅 redisChanne4

WebApi(业务方) 根据接收方的 clientId 后四位 16 进制与节点总数取模，定位到对应的 redisChannel，进行 redis->publish 操作将消息定位到相应的 ImServer。

每个 ImServer 管理着对应的终端连接，当接收到 redis 订阅消息后，向对应的终端连接推送数据。

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📰 事件消息

IM 系统比较常用的有上线、下线，在 ImServer 层才能准确捕捉事件，但业务代码不合适在这上面编写了。

此时采用 redis 发布订阅，将上线、下线等事件向指定频道发布，WebApi(业务方) 通过 ImHelper.EventBus 方法进行订阅捕捉。

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🌌 有感而发

为什么说 SignalR 不合适做 IM？

1、IM 的特点必定是长连接，轮训的功能用不上；

2、因为 SignalR 是双工通讯的设计，终端 使用 hub.invoke 发送命令给 SignalR 服务端处理业务，适合用来代替 ajax 减少 http 请求数量；

3、过多使用 hub，SignalR 服务端会被业务入侵，业务变化频繁后不得不重新发布版本，每次部署所有终端都会断开连接，遇到5分钟发一次业务补丁的时候，类似离线和上线提示好友的功能就无法实现；

FreeIM 业务和推送分离设计，终端 连接永不更新重启 ImServer ，业务代码全部在 WebApi 编写，因此重启 WebApi 不会造成连接断开。

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作者是什么人？

作者是一个入行 18年的老批，他目前写的.net 开源项目有：

开源项目	描述	开源地址	开源协议
FreeIM	聊天系统架构	https://github.com/2881099/FreeIM	MIT
FreeRedis	Redis SDK	https://github.com/2881099/FreeRedis	MIT
csredis		https://github.com/2881099/csredis	MIT
FightLandlord	斗DI主网络版	https://github.com/2881099/FightLandlord	学习用途
FreeScheduler	定时任务	https://github.com/2881099/FreeScheduler	MIT
IdleBus	空闲容器	https://github.com/2881099/IdleBus	MIT
FreeSql	ORM	https://github.com/dotnetcore/FreeSql	MIT
FreeSql.Cloud	分布式tcc/saga	https://github.com/2881099/FreeSql.Cloud	MIT
FreeSql.AdminLTE	低代码后台生成	https://github.com/2881099/FreeSql.AdminLTE	MIT
FreeSql.DynamicProxy	动态代理	https://github.com/2881099/FreeSql.DynamicProxy	学习用途

需要的请拿走，这些都是最近几年的开源作品，以前更早写的就不发了。