前言

本文是游戏业务线消息队列中间件详细架构设计文档，用于指导消息队列后续的开发、测试和运维

词汇表

Reactor: 网络编程模式

Netty: 开源的网络编程框架

1. 业务背景

随着游戏业务发展越来越快，系统也越来越多，系统间的协作效率很低，由此带来几个明显的系统问题：

• 性能问题：玩家充值后，充值子系统需要通知 VIP 子系统、等级子系统、福利子系统、客服子系统、商品子系统等，整体链路过长，效率低下。

• 耦合问题：当新增一个子系统时，例如如果要增加“广告子系统”，那么广告子系统需要开发新的接口给对应的子系统调用。

• 效率问题：每个子系统提供的接口参数和实现都有一些细微的差别，导致每次都需要重新设计接口和联调接口，开发团队和测试团队花费了许多重复工作量。

基于以上背景，我们需要引入消息队列进行系统解耦，将目前的同步调用改为异步通知。

2. 约束和限制

• 中间件团队规模不大，大约 6 人左右。

• 目前整个业务系统是单机房部署，没有双机房。

• 系统嵌入到已有运维体系，且维护成本不能太高

• 保证高可用，业务方无法容忍消息丢失

3. 总体架构

[必选，描述经过备选架构决策后定下来的架构方案，这一章主要是描述架构的 3R：Rank、Role、Relation]

[技巧：1. 系统边界白盒图描述系统内的角色与外界的交互(Rank + Role + 外部 Relation)；2. 系统架构图来描述内部的 Role + 内部 Relation]

[注意：不建议一张图同时描述系统架构的 3R 以及与外界的交互，因为图太复杂，画系统边界白盒图的时候，系统内部的 Relation 可以不画]

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

对于发布新版和 VIP 充值，对于消息可用性要求都很高，需要支持高可用

3.1.2 高性能

对于发布新版和 VIP 充值，消息量级不大，不需要太高的性能

3.1.3 高扩展

消息队列功能基本明确，无需太多的扩展性

3.1.4 可维护性

各种维护操作要方便，例如收发消息情况、权限控制、上下线等

3.1.5 低成本

开发投入人力和时间不能太长

综合来看，消息队列对于高可用，维护性，低成本有要求，对于性能要求不高

3.2 总体架构

• Java 语言编写消息队列服务器。

• 消息存储采用 MySQL，每个分组包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL，分组内主备数据复制，分组间数据不同步。

• 采用数据分散集群的架构，集群中的服务器进行分组，每个分组存储一部分消息数据。

• 正常情况下，分组内的主服务器对外提供消息写入和消息读取服务，备服务器不对外提供服务；主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供消息读取的服务。

• SDK 轮询服务器进行消息写入和读取。

• 使用 Netty 自定义消息格式，并且支持 HTTP 接口。

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 消息发送流程

1. 消息队列系统设计两个角色:生产者和消费者，每个角色都有唯一的名称。

2. 消息队列系统提供 SDK 供各业务系统调用，SDK 从配置中读取所有消息队列系统的服务器信息，SDK 采取轮询算法发起消息写入请求给

主服务器。

3. 如果某个主服务器无响应或者返回错误，SDK 将发起请求发送到下一台主服务，相当于在客户端实现了分片的功能

4.1.2 消息消费流程

1.消息队列系统提供 SDK 供各业务系统调用，SDK 从配置中读取所有消息队列系统的服务器信息，轮流向所有服务器发起消息读取请求。

2.消息队列服务器需要记录每个消费者的消费状态，即当前消费者已经读取到了哪条消息，当收到消息读取请求时，返回下一条未被读

取的消息给消费者。

3.默认情况下主服务器提供读写服务，当主服务器挂掉后，从服务器提供读消息服务

4.1.3 主从切换流程

1. 同一组的主从服务器配置相同的 group 名称，在 ZooKeeper 建立对应的 PERSISENT 节点

2. 主从服务器启动后，在 ZooKeeper 对应的 group 节点下建立 EPHEMERAL 节点，名称分为为 master 和 slave

3. 从服务器 watch 主服务器的 master 节点状态，当 master 节点超时被删除后，从服务器接管读消息，收到客户端 SDK 的读消息请求后返回消息，收到客户端 SDK 的写请求直接拒绝。

4.2 关键设计

1）消息发送可靠性

业务服务器中嵌入消息队列系统提供的 SDK，SDK 支持轮询发送消息，当某个分组的主服务器无法发送消息时，SDK 挑选下一个分组主服务器重发消息，依次尝试所有主服务器直到发送成功；如果全部主服务器都无法发送，SDK 可以缓存消息，也可以直接丢弃消息，具体策略可以在启动 SDK 的时候通过配置指定。

如果 SDK 缓存了一些消息未发送，此时恰好业务服务器又重启，则所有缓存的消息将永久丢失，这种情况 SDK 不做处理，业务方需要针对某些非常关键的消息自己实现永久存储的功能。

2）消息存储可靠性

消息存储在 MySQL 中，每个分组有一主一备两台 MySQL 服务器，MySQL 服务器之间复制消息以保证消息存储高可用。如果主备间出现复制延迟，恰好此时 MySQL 主服务器宕机导致数据无法恢复，则部分消息会永久丢失，这种情况不做针对性设计，DBA 需要对主备间的复制延迟进行监控，当复制延迟超过 30 秒的时候需要及时告警并进行处理。

3）消息如何存储

每个消息队列对应一个 MySQL 表，消息队列名就是表名，每条数据就是一条消息

CREATE TABLE `message` (

`message_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,

`message_body` varchar(2048) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL,

`message_header` varchar(255) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL,

`message_tag` varchar(255) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL,

PRIMARY KEY (`message_id`)

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin;

4.3 设计规范

1. 客户端

客户端采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

2. 服务端

消息队列服务器使用 Spring Boot + Netty 开发

主服务器提供读写功能，从服务器只提供读功能

服务器基于 ZK 进行 HA 切换

3. 存储

MySQL 使用 Innodb 存储引擎

使用主从同步方式

消息数据只存储 30 天，过期消息物理删除

4. 交互协议

客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据

消息协议： 消息总 length + header length + header data + body data

消息总 length：4 个字节整数

header length：4 个字节整数

header data：协议的头，数据是序列化后的 json。json 的每个 key 字段都是固定的，不同的通讯请求字段不一样

body data：消息体数据，json 格式

5. 质量设计

5.1 消息队列管理后台

消息队列管理后台为消息队列系统在可测试性、可维护性、可观测性方面的优化方案，消息队列系统包含权限管理、配置管理、维护四个模块。

5.2 成本

消息队列系统采用 Mysql 作为底层存储，方案比较简单，实现成本低。但是前期需要投入一定的测试成本。硬件成本比较高，一个数据分组需要 4 台机器(2 台服务器 + 2 台数据库)。

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

完成消息基本功能开发测试，包括消息发送，消息消费

6.2 消息队列二期

完成消息 HA、消息发送可靠性、消息存储可靠性的开发和测试

6.3 消息队列三期

完成消息队列管理后台开发测试，整体上线