好消息:IM1.0.0版本已经上线啦,支持特性:

* 私聊发送文本/文件
* 已发送/已送达/已读回执
* 支持使用ldap登录
* 支持接入外部的登录认证系统
* 提供客户端jar包,方便客户端开发
github链接: https://github.com/yuanrw/IM <https://github.com/yuanrw/IM>
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:
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:

* 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; }


* 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; }


* 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:
public interface UserStatusService { /** * 用户上线,存储userId与机器id的关系 * * @param
userId * @param connectorId * @return 如果当前用户在线,则返回他连接的机器id,否则返回null */ String
online(String userId, String connectorId); /** * 用户下线 * * @param userId */ void
offline(String userId); /** * 通过用户id查找他当前连接的机器id * * @param userId * @return */
String getConnectorId(String userId); }
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?

* 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。
* 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。
* 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
……
更多细节实现就留到下一篇啦~

IM1.0.0版本已上线,github链接:
https://github.com/yuanrw/IM <https://github.com/yuanrw/IM>
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