如何构建IM服务端的架构

本文分享从零开始搭建一个轻量级的IM服务端，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

构建IM服务端，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

消息通信之文本消息

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：

message ChatMsg{
 id = 1;
 //消息id
 fromId = Alice
 //发送者userId
 destId = Bob
 //接收者userId
 msgBody = 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）：

message AckMsg {
 id;
 //消息id
 fromId;
 //发送者id
 destId;
 //接收者id
 msgType;
 //消息类型
 ackMsgId;
 //确认的消息id
}
enum MsgType {
 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。

message AckMsg {
 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。

message AckMsg {
 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

message AckMsg {
 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：

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
• ……

作者：编程仔日常