前言
首先讲讲IM(即时通讯)技术可以用来做什么:
聊天:qq、微信
直播:斗鱼直播、抖音
实时位置共享、游戏多人互动等等
可以说几乎所有高实时性的应用场景都需要用到IM技术。
本篇将带大家从零开始搭建一个轻量级的IM服务端,麻雀虽小,五脏俱全,我们搭建的IM服务端实现以下功能:
一对一的文本消息、文件消息通信
每个消息有“已发送”/“已送达”/“已读”回执
存储离线消息
支持用户登录,好友关系等基本功能。
能够方便地水平扩展
通过这个项目能学到什么?
这个项目涵盖了很多后端必备知识:
rpc通信
数据库
缓存
消息队列
分布式、高并发的架构设计
docker部署
消息通信
文本消息
我们先从最简单的特性开始实现:一个普通消息的发送
消息格式如下:
messageChatMsg{id=1;//消息idfromId=Alice//发送者userIddestId=Bob//接收者userIdmsgBody=hello//消息体}
如上图,我们现在有两个用户:Alice和Bob连接到了服务器,当Alice发送消息message(hello)给Bob,服务端接收到消息,根据消息的destId进行转发,转发给Bob。
发送回执
那我们要怎么来实现回执的发送呢?
我们定义一种回执数据格式ACK,MsgType有三种,分别是sent(已发送),delivered(已送达), read(已读):
messageAckMsg{id;//消息idfromId;//发送者iddestId;//接收者idmsgType;//消息类型ackMsgId;//确认的消息id}enumMsgType{DELIVERED;READ;}
当服务端接受到Alice发来的消息时:
1.向Alice发送一个sent(hello)表示消息已经被发送到服务器。
messageAckMsg{id=2;fromId=Alice;destId=Bob;msgType=SENT;ackMsgId=1;}
2.服务器把hello转发给Bob后,立刻向Alice发送delivered(hello)表示消息已经发送给Bob。
messageAckMsg{id=3;fromId=Bob;destId=Alice;msgType=DELIVERED;ackMsgId=1;}
3.Bob阅读消息后,客户端向服务器发送read(hello)表示消息已读
messageAckMsg{id=4;fromId=Bob;destId=Alice;msgType=READ;ackMsgId=1;}
这个消息会像一个普通聊天消息一样被服务器处理,最终发送给Alice。
在服务器这里不区分ChatMsg和AckMsg,处理过程都是一样的:解析消息的destId并进行转发。
水平扩展
当用户量越来越大,必然需要增加服务器的数量,用户的连接被分散在不同的机器上。此时,就需要存储用户连接在哪台机器上。
我们引入一个新的模块来管理用户的连接信息。
管理用户状态
模块叫做user status,共有三个接口:
publicinterfaceUserStatusService{/***用户上线,存储userId与机器id的关系**@paramuserId*@paramconnectorId*@return如果当前用户在线,则返回他连接的机器id,否则返回null*/Stringonline(StringuserId,StringconnectorId);/***用户下线**@paramuserId*/voidoffline(StringuserId);/***通过用户id查找他当前连接的机器id**@paramuserId*@return*/StringgetConnectorId(StringuserId);}
这样我们就能够对用户连接状态进行管理了,具体的实现应考虑服务的用户量、期望性能等进行实现。
此处我们使用redis来实现,将userId和connectorId的关系以key-value的形式存储。
消息转发
除此之外,还需要一个模块在不同的机器上转发消息,如下结构:
此时我们的服务被拆分成了connector和transfer两个模块,connector模块用于维持用户的长链接,而transfer的作用是将消息在多个connector之间转发。
现在Alice和Bob连接到了两台connector上,那么消息要如何传递呢?
1.Alice上线,连接到机器[1]上时
将Alice和它的连接存入内存中。
调用user status的online方法记录Alice上线。
2.Alice发送了一条消息给Bob
机器[1]收到消息后,解析destId,在内存中查找是否有Bob。
如果没有,代表Bob未连接到这台机器,则转发给transfer。
3.transfer调用user status的getConnectorId(Bob)方法找到Bob所连接的connector,返回机器[2],则转发给机器[2]。
流程图:
总结:
引入user status模块管理用户连接,transfer模块在不同的机器之间转发,使服务可以水平扩展。
为了满足实时转发,transfer需要和每台connector机器都保持长链接。
离线消息
如果用户当前不在线,就必须把消息持久化下来,等待用户下次上线再推送,这里使用mysql存储离线消息。
为了方便地水平扩展,我们使用消息队列进行解耦。
transfer接收到消息后如果发现用户不在线,就发送给消息队列入库。
用户登录时,服务器从库里拉取离线消息进行推送。
用户登录、好友关系
用户的注册登录、账户管理、好友关系链等功能更适合使用http协议,因此我们将这个模块做成一个restful服务,对外暴露http接口供客户端调用。
至此服务端的基本架构就完成了:
总结
以上就是这篇博客的所有内容,本篇帮大家构建了IM服务端的架构,但还有很多细节需要我们去思考,例如:
如何保证消息的顺序和唯一
多个设备在线如何保证消息一致性
如何处理消息发送失败
消息的安全性
如果要存储聊天记录要怎么做
数据库分表分库
服务高可用
……