可靠消息系統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)論文

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1消息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

基于不可靠移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的消息系統(tǒng)，是目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)通訊研究的熱點(diǎn)，無(wú)論是消息推送，還是IM等及時(shí)通訊應(yīng)用都涉及這個(gè)方面的問(wèn)題，如何保證消息及時(shí)有效地送到用戶是研究的關(guān)鍵。從技術(shù)上，消息的送達(dá)主要有2類(lèi)技術(shù)，一類(lèi)是客戶端輪詢，即客戶端不斷地發(fā)送請(qǐng)求獲取新內(nèi)容;另一類(lèi)是推送，即服務(wù)端在有消息內(nèi)容時(shí)將消息推送到客戶端。輪詢實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，即客戶端在一定的時(shí)間間隔內(nèi)向服務(wù)端請(qǐng)求，獲取新的數(shù)據(jù)，目前這種方式在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上的消息應(yīng)用中較為普遍。但這種方式在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下存在較多問(wèn)題，如果設(shè)置時(shí)間間隔太長(zhǎng)，會(huì)造成消息的及時(shí)性不夠，如果設(shè)置太短，會(huì)造成較大的數(shù)據(jù)流量，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)目前的流量成本還比較高，另外對(duì)移動(dòng)設(shè)備的電量消耗較大。而推送方式采用長(zhǎng)連接的方式，有效地避免了上述問(wèn)題，但是，由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，在長(zhǎng)連接情況下沒(méi)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，客戶端時(shí)有掉線。因此筆者在參考推送模式和XMPP(ExtensibleMessagingandPresenceProtocol，可擴(kuò)展消息與出席協(xié)議)的基礎(chǔ)上，借用輪詢請(qǐng)求的方式，實(shí)現(xiàn)消息的有效回執(zhí)，同時(shí)采用重試鏈接的方式回避長(zhǎng)連接的不穩(wěn)定，在傳統(tǒng)的推送基礎(chǔ)上加了重發(fā)機(jī)制。該消息系統(tǒng)在架構(gòu)上由客戶端、服務(wù)端和數(shù)據(jù)層構(gòu)成，各層由不同子功能模塊組成?？蛻舳酥饕獮橛脩籼峁┙换ゲ僮鞯慕缑妫⒒貓?zhí)、消息顯示等模塊，其核心是客戶端收到消息后，根據(jù)消息體的相關(guān)屬性決定消息是否需要回執(zhí)，采用何種模板進(jìn)行消息體的展示。服務(wù)端由多臺(tái)基于Openfire的IM服務(wù)器集群、Zookeeper集群以及消息待發(fā)隊(duì)列和重發(fā)隊(duì)列組成，用于處理、轉(zhuǎn)發(fā)及重發(fā)客戶端消息、接收客戶端消息回執(zhí)、監(jiān)聽(tīng)客戶端狀態(tài)等。此外，還包含統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，用于訪問(wèn)緩存數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)和用戶狀態(tài)，其中緩存數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)用戶信息及離線消息等，Zookeeper集群主要存儲(chǔ)IM服務(wù)器集群的共享數(shù)據(jù)。

1.2各模塊功能

1)客戶端消息回執(zhí)模塊用于構(gòu)造并發(fā)送客戶端消息回執(zhí)。當(dāng)客戶端成功接收在線消息或離線消息時(shí)，立刻向服務(wù)端發(fā)送“成功接收在線消息”或“成功接收離線消息”的回執(zhí)，告知服務(wù)器客戶端已成功接收到消息，不用重復(fù)向其發(fā)送此消息，服務(wù)端的業(yè)務(wù)層根據(jù)回執(zhí)的情況對(duì)消息進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理。

2)客戶端消息顯示模塊根據(jù)消息類(lèi)型對(duì)消息予以不同的顯示。消息主要分為普通消息、多媒體消息、聯(lián)動(dòng)消息3類(lèi)，客戶端消息顯示模塊根據(jù)上述的類(lèi)型，從消息彈出方式、消息字體顏色、消息的聯(lián)動(dòng)等方面進(jìn)行不同的處理。比如消息是否需要彈出、客戶端收到消息的聲音模式以及該消息內(nèi)容是否進(jìn)行下一步聯(lián)動(dòng)操作。

3)服務(wù)端消息處理模塊主要負(fù)責(zé)接收客戶端的消息回執(zhí)，當(dāng)該模塊接收到客戶端的消息回執(zhí)時(shí)，表示客戶端已經(jīng)收到該消息，后續(xù)對(duì)該消息進(jìn)行完整的事務(wù)處理，把該消息從待發(fā)隊(duì)列移除，同時(shí)置該消息狀態(tài)位為已發(fā)送。

4)服務(wù)端消息處理推送模塊主要根據(jù)消息接收者的狀態(tài)實(shí)行不同的消息發(fā)送策略，同時(shí)根據(jù)消息的內(nèi)容和形式組成不同的消息體，便于客戶端進(jìn)行消息的顯示，同時(shí)提供其他應(yīng)用服務(wù)器能夠通過(guò)IM服務(wù)器向客戶端推送消息接口。

5)服務(wù)端消息重發(fā)模塊用于重新發(fā)送未成功送達(dá)客戶端的消息。服務(wù)器端維護(hù)一個(gè)重發(fā)隊(duì)列保存其發(fā)送過(guò)的消息，當(dāng)收到回執(zhí)時(shí)則從隊(duì)列刪除相應(yīng)消息，若未收到回執(zhí)，則在計(jì)時(shí)器周期遍歷重發(fā)隊(duì)列時(shí)重發(fā)此消息，以此來(lái)提高服務(wù)器端向客戶端發(fā)送消息的可靠性。服務(wù)器端根據(jù)消息的重要程度采用不同級(jí)別的重發(fā)策略，越重要的消息重發(fā)的頻率和次數(shù)越高，多級(jí)別的重發(fā)策略便于定制，更為靈活。

6)服務(wù)端狀態(tài)管理模塊主要是維護(hù)客戶端的長(zhǎng)連接狀態(tài)，如客戶端上線、離線、暫時(shí)不接受某類(lèi)消息等，該模塊對(duì)消息推送策略的制定至關(guān)重要。

7)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要是對(duì)消息內(nèi)容的保存和用戶連接狀態(tài)的存儲(chǔ)，由于消息的量比較大，文件大小較小，采用緩存機(jī)制可以有效降低磁盤(pán)IO吞吐消耗，緩存機(jī)制的讀取和存儲(chǔ)速度較快，有效地提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

1.3重發(fā)策略分析

保障客戶端的消息接收是本文的關(guān)鍵，難點(diǎn)在重發(fā)策略。消息重發(fā)策略包括服務(wù)端消息重發(fā)策略及客戶端消息回執(zhí)策略。為支持服務(wù)端消息重發(fā)功能，IM服務(wù)器需要維護(hù)一個(gè)消息重發(fā)隊(duì)列，當(dāng)IM服務(wù)器推送完成一條消息后，將該消息從待發(fā)隊(duì)列中移到重發(fā)隊(duì)列，IM服務(wù)器檢測(cè)客戶端的在線狀態(tài)，如果在線，則立即發(fā)送，同時(shí)待成功收到客戶端的回執(zhí)時(shí)從重發(fā)隊(duì)列刪除相應(yīng)的消息，如果不在線，則將消息存為離線消息，標(biāo)識(shí)消息的發(fā)送時(shí)間和已發(fā)送次數(shù)。IM服務(wù)器采用集群方式，各個(gè)IM服務(wù)器需要共享同一個(gè)消息重發(fā)隊(duì)列，本文借助Zookeeper實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列的共享與同步。Zookeeper是通過(guò)選舉產(chǎn)生leader和follower，其算法正確執(zhí)行的前提是有一半以上機(jī)器正常工作，每臺(tái)機(jī)器部署一個(gè)IM服務(wù)器及一個(gè)Zookeeper服務(wù)器，各IM服務(wù)器之間進(jìn)行負(fù)載平衡，各Zookeeper之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，IM服務(wù)器優(yōu)先從本地Zookeeper存取數(shù)據(jù)。各機(jī)器中只有一臺(tái)機(jī)器作為主服務(wù)器，其余作為從屬服務(wù)器，主服務(wù)器負(fù)責(zé)消息的重發(fā)。計(jì)時(shí)器控制消息重發(fā)，要求重發(fā)隊(duì)列中的消息至少包含消息體、已重發(fā)次數(shù)、上一次發(fā)送時(shí)間等數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行計(jì)時(shí)器任務(wù)遍歷重發(fā)隊(duì)列時(shí)，若某消息距上次發(fā)送時(shí)間超過(guò)閾值則重發(fā)此消息，并修改消息最后一次發(fā)送時(shí)間以及已發(fā)送次數(shù)，當(dāng)某消息發(fā)送次數(shù)達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)就將其存為離線消息，待用戶登錄以后再接收此消息。

2消息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)在完成設(shè)計(jì)后，筆者搭建了一套測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)服務(wù)端采用4臺(tái)2CPU/4G內(nèi)存機(jī)器做IM服務(wù)器和3個(gè)Zookeeper集群，1臺(tái)2CPU/8G內(nèi)存的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的redis服務(wù)器。同時(shí)選取了目前市場(chǎng)比較主流的中國(guó)移動(dòng)2GAndroid手機(jī)1臺(tái)，中國(guó)聯(lián)通的3GAndroid手機(jī)終端1臺(tái)。在應(yīng)用搭建完成后，分別在2G、3G網(wǎng)絡(luò)下，通過(guò)服務(wù)端進(jìn)行了100、1000、1000、10000條消息向客戶端推送，一種情況是消息沒(méi)有重發(fā)和回執(zhí)策略，另一種情況采取5次的重發(fā)策略和消息回執(zhí)策略，特別是2G(不穩(wěn)定)的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)提升重試次數(shù)，大大增加了消息的投達(dá)能力，消息到達(dá)率由80%多平均提升到96%左右，而在3G網(wǎng)絡(luò)下，消息的到達(dá)率也平均有90%提升到98%左右。同時(shí)由于有了消息回執(zhí)機(jī)制，服務(wù)端顯示的消息到達(dá)條數(shù)和客戶端實(shí)際收到的消息條數(shù)是一致的。而沒(méi)有采用消息回執(zhí)策略的，客戶端實(shí)際收到的消息大概是95%左右，有5%的異常情況。進(jìn)一步分析各種失敗的消息情況，可以看到重試間隔時(shí)間越長(zhǎng)，消息的失敗率越高。從測(cè)試報(bào)告可以看出，系統(tǒng)的重試間隔時(shí)間在一定范圍內(nèi)，成功率比較高，隨著時(shí)間越長(zhǎng)，成功率顯著下降。因此重試間隔也有一定的限制。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代步入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，無(wú)論對(duì)于個(gè)人還是企業(yè)，對(duì)于即時(shí)通訊的需求一直有增無(wú)減，及時(shí)獲取消息，對(duì)提升用戶體驗(yàn)，保證通信質(zhì)量，提高用戶滿意度，增強(qiáng)產(chǎn)品及企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。本文通過(guò)結(jié)合推送和輪詢模式，探索出一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全可靠的消息系統(tǒng)。它既能大大地提升服務(wù)能力和服務(wù)體驗(yàn)，還能有效地降低系統(tǒng)成本。

作者：余亞玲 李寧 單位：華北計(jì)算技術(shù)研究所