微信、陌陌等著名IM软件设计架构详解 |
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文章来源: https://blog.csdn.net/justinjing0612/article/details/38322353 对微信、陌陌等进行了分析,发出来分享一下(时间有些久了)。 电量:对于移动设备最大的瓶颈就是电量了。因为用户不可能随时携带电源,充电宝。所以必须考虑到电量问题。那就要检查我们工程是不是有后台运行,心跳包发送时间是不是合理。 流量:对于好多国内大部分屌丝用户来说可能还是包月30M,那么我们必须站在广大用户角度来考虑问题了。一个包可以解决的就一个包。 ![]() 网络:这个也是IM最核心的内容了,我们要做到在任何网络下等顺畅聊天那就不容易了,好多公司都用的 xmpp 框架,如果在强网络环境下,xmpp 完全没有问题。但是那种弱网络环境下xmpp就束手无策啦,用户体验就很垃圾了。 个人觉得 xmpp 可以玩玩(参考看这个RFC3920和RFC3921), 但是用来做真正的产品就差远了。如果遇到一个做IM的朋友张口闭口都说 xmpp 的话,那么不用沟通了,肯定不是什么好产品。微信、QQ以前也曾用过 xmpp,但是最后也放弃了xmpp,就知道 xmpp 有很多弊端了,还有就是报文太大,好臃肿,浪费流量。为了保证稳定,微信用了长链接和短链接相结合,例如: 1 、两个域名 微信划分了 http 模式(short链接)和 tcp 模式(long 链接),分别应对状态协议和数据传输协议。 short.weixin.qq.com dns check (112.64.237.186 112.64.200.240) long.weixin.qq.com dns check (112.64.237.188 112.64.200.218)2、 说明 2.1 short.weixin.qq.com 是HTTP协议扩展,运行8080 端口,http body为二进制(protobuf)。 主要用途(接口): 用户登录验证;好友关系(获取,添加);消息sync (newsync),自有sync机制;获取用户图像;用户注销;行为日志上报。朋友圈发表刷新2.2 long.weixin.qq.com tcp 长连接, 端口为8080,类似微软activesync的二进制协议。 主要用途(接口): 接受/发送文本消息;接受/发送语音;接受/发送图片;接受/发送视频文件等。所有上面请求都是基于tcp长连接。在发送图片和视频文件等时,分为两个请求;第一个请求是缩略图的方式,第二个请求是全数据的方式。 2.2.1 数据报文方面 增量上传策略:每次8k左右大小数据上传,服务器确认;在继续传输。图片上传: 先传缩略图,传文本消息,再传具体文件下载: 先下载缩略图, 在下载原图下载的时候,全部一次推送。3 附录 3.1 用户登录验证 POST /cgi-bin/micromsg-bin/auth HTTP/1.1 Accept: ** User-Agent: Mozilla/4.0 Content-Type: application/x-www-form-urlencoded Host: short.weixin.qq.com Content-Length: 1743.3 消息sync (newsync) POST /cgi-bin/micromsg-bin/newsync HTTP/1.1 Host: short.weixin.qq.com User-Agent: Android QQMail HTTP Client Cache-Control: no-cache Connection: Keep-Alive Content-Type: application/octet-stream accept: ** Content-Length: 2063.5 用户注销 POST /cgi-bin/micromsg-bin/iphoneunreg HTTP/1.1 Accept: */* User-Agent: Mozilla/4.0 Cotent-Type: application/x-www-form-urlencoded Host: short.weixin.qq.com Content-Length: 2713.6 行为日志上报 POST /cgi-bin/stackreport?version=240000a7&filelength=1258&sum=7eda777ee26a76a5c93b233eed504c7d&reporttype=1&username=jolestar HTTP/1.1 Content-Length: 736 Content-Type: binary/octet-stream Host: weixin.qq.com Connection: Keep-Alive User-Agent: Apache-HttpClient/UNAVAILABLE (java 1.4)从现在互联网的发展而言,IM 和视频(包括IM里面视频通话)是一个方向,这些都应该成为互联网的基础设施,就像浏览器一样。现在IM还没有一个很好的解决方案,XMPP 并不能很好地做到业务逻辑独立开来。从IM的本质来看,IM其实就是将一条消息从一个地方传输到另外一个地方,这个和TCP很像,为什么不实现一个高级点的TCP协议了,只是将TCP/IP里面的IP地址换成了一个类似XMPP的唯一ID而已,其他的很多细节都可以照搬TCP协议。有了这个协议之后,将业务逻辑在现有HTTP server的基础上做,例如发送语音和图片就相当于上传一个文件,服务器在处理完这个文件后就发一条特殊的IM消息。客户端收到这个IM消息后,按照IM消息里面 url 去 HTTP server 取语音文件和图片文件。将 HTTP server 和 IM server 打通之后,可以做很多事情。但将这个两个server合并在一块并不是一个好事,不然腾讯也不会有2005年的战略转型了。从现在的情况来看,应用除了游戏,都没怎么赚钱,现在能够承载赚钱业务的还是以web为主。IM 不可以赚钱,但没有却是不行的,就像一个地方要致富,不修路是不行的道理一样。 协议: 除了上面介绍的XMPP,还有json和Protobuf。 JSON相信大家都知道是什么东西,如果不知道,那可就真的OUT了,GOOGLE一下去。这里就不介绍啥的了。 Protobuffer是一个类似JSON的一个传输协议,其实也不能说是协议,只是一个数据传输的东西罢了。那它跟JSON有什么区别呢? 跨语言,这是它的一个优点。它自带了一个编译器,protoc,只需要用它进行编译,可以编译成JAVA、python、C++代码,暂时只有这三个,其他就暂时不要想了,然后就可以直接使用,不需要再写任何其他代码。连解析的那些都已经自带有的。JSON当然也是跨语言的,但这个跨语言是建立在编写代码的基础上。 陌陌设计 陌陌发展刚开始由于规模小,30-40W的连接数(包括Android后台长连接用户),也使用XMPP;由于XMPP的缺点:流量大(基于XML),不可靠(为传统固定网络设计,没有考虑 WIFI/2G/3G/地铁/电梯等复杂网络场景),交互复杂(登陆需5-6次,尤其是TLS握手);XMPP丢消息的根本原因:服务端和客户端处于“半关闭”状态,客户端假连接状态,服务端有收不到回执;Server端连接层和逻辑层代码没有解耦分离,常常重启导致不可用。 ![]() 消息中转: ![]() 连接层: ![]() 逻辑层: ![]() 通讯协议设计: 协议设计要求: 高效:弱网络快速的收发可靠:不会丢消息易于扩展协议格式:![]() XMPP/SIP协议 ![]() Redis协议: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 优化 连接层(参见通讯服务器组成):只做消息转发,允许随时重启更新,设计原则简单/异步;单台压测试连接数70W;现状:1.5亿用户,月活5000W+,连接数1200W+;逻辑层(参见通讯服务器组成):用户会话验证即登陆、消息存取、异步队列采用私有通讯协议,目标:高效,弱网络快速收发;可靠:不会丢消息;易于扩展;参考协议格式:REDIS协议;参见协议格式、基于队列的消息协议、基于队列的交互、基于版本号的消息协议、基于版本号的交互等;核心的长连接只用于传输轻量的实时数据,图片、语音等都开新的TCP或HTTP连接;一切就绪后,最重要的就是监控,写一个APP查看所有的运营状态,每天观察。 如何选择最优路线,即智能路由。二、智能路由、连接策略 多端口、双协议支持应对移动网关代理的端口限制支持TCP、HTTP两种协议根据备选IP列表进行并发测速(IP+端口+协议)后端根据终端连接情况,定时更新终端的备选IP列表终端在连接空闲时上报测速数据,便于后端决策TCP协议不通,自动切换到http优先使用最近可用IP并发测速,根据终端所处的位置下发多组IP、PORT,只用IP,不用域名手机上的DNS50%不准负载均衡器(LVS...)的问题– 单点失效单点性能瓶颈负载均衡从客户端开始做起• 域名负载的问题域名系统不可靠– 更新延迟大WNS(wireless network services) ![]() 1 解决移动互联网开发常见问题: 通道:数据交互、大数据上传、push 网络连接:大量长链接管理、链接不上、慢、多地分布 运营支撑:海量监控、简化问题定位 登录&安全:登录鉴权、频率控制 ![]() ![]() 移动互联网特点: 1、高延时: 信道建立耗时(高RTT) 2、低宽带、高丢包 3、多运营商(电信,移动,联通等) 4、复杂网络 -2G,3G,4G,wifi。cmwap,cmnet。。 -网关限制:协议,端口 5、用户流动性大,上网环境复杂 WNS 性能指标: ![]() ![]() ![]() ![]() 1、开发时间:历史一年半 2、链接成功率-99.9% 3、极端网络环境下成功率-由于常见app 4、crash率-0.02%(crash次数/登录用户数) 微信后台系统架构 背景: A、分布式问题收敛 后台逻辑模块专注逻辑,快速开发 可能读取到过时的数据是个痛点 需要看到一致的数据 B、内部定义 数据拥有两个以上的副本 如果成功提交了变更,那么不会再返回旧数据 推演: 1 增加一个数据 2 序列号发生器,偏序 约束:只能有一个client操作 client有解决冲突的能力 问题转移:client如何分布? 3 修改集群中一个制定的key的value 1)覆盖他 2)根据value的内容做修改 if value = 1 then value :=2 通用解法: 1)paxos算法 工程难度 一切可控 分布式算法设计: 2)quorum算法(2011) 再单个key上面运算 真是系统约束 类paxos方案,简化 为每次变更选举(by key) 算法过程 提议/变更/同步/广播 系统架构 ![]() 写流程 ![]() Replication& Sharding 权衡点 自治,负载均衡,扩散控制 replication->relation 容灾抵消 同城(上海)多数派存活 三园区(独立供电,独立) Sharding 一组KV6 为一个单位 1、人工阶段 局部扩容,影响收敛9 2均匀分布制定分段hash32 (string) 翻倍扩容 3一致性哈希 具体实现? 1、业务侧快速开发 存储需要提供强一致性 丰富的数据模型支持(结构化、类SQL/KV) 条件读,条件写 2 业务增长迅速,系统要能够方便的横向扩容 3设备故障/短时节点实效便成为常态,容灾自动化,主碑可写无需人工介入 4小数据 ![]() 存储模型 纯内存 Bitcask 小表系统 LSM-tree ![]() |
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