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

1. 业务背景

随着游戏业务业务的不断发展，业务上拆分的子系统越来越多，目前系统间的调用都是同步调用，由此带来几个明显的系统问题：

• 性能问题：当用户达到 VIP 后，等级子系统要通知福利子系统进行奖品发放，要通知客服子系统安排专属服务人员，要通知商品子系统进行商品打折处等共 8 个子系统，性能很低。

• 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微博发布子系统调用。

• 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

1. 必须在 2021.09.30 号完成

2. 成本不能超过 500 万

3. 数据库采用 MySQL

4. 中间件团队规模不大，大约 6 人左右

5. 中间件团队熟悉 Java 语言，但有一个同事 C/C++很牛

6. 开发平台是 Linux

7. 目前整个业务系统是单机房部署，没有双机房。

8. 业务团队大多是 java 语言开发

3.总体架构

3.1 架构分析

1. 高可用

对于微博子系统来说，如果消息丢了，导致没有审核，然后触犯了国家法律法规，则是非常严重的事情；对于等级子系统来说，如果用户达到相应等级后，系统没有给他奖品和专属服务，则 VIP 用户会很不满意，导致用户流失从而损失收入，虽然也比较关键，但没有审核子系统丢消息那么严重

2. 高并发

目前业务总体并发峰值 5K TPS，预计 30%请求有 1 条消息发送，考虑业务增长，架构设计保证 10 倍峰值，系统需要支持 1.5W TPS

综合来看，消息队列需要高可用性，包括消息写入、消息存储、消息读取都需要保证高可用性。

3.2 总体架构

1. 消息队列 SDK

2. 嵌入在业务系统中

3. 向消息队列服务器读写消息

4. 从管理系统读取配置

5. 消息队列服务器

6. 接受业务系统读写消息请求

7. 接收管理系统下发的管理命令

8. 上报服务状态给管理系统

9. 消息队列管理系统

10. 向消息队列服务器下发管理命令

11. 接收返回业务系统配置信息

12. 接收处理消息队列服务器发送的监控数据

4 详细设计

4.1 核心功能

1. 消息发送流程

• 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。

• 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。

• 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

2. 消息消费流程

• 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。

• 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。

• 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

3. 消息服务器主从切换

• 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

• 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

• 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. SDK 消息缓存对业务影响

当所有主服务器无法发送消息时，SDK 可以缓存消息，会占用业务进程内存，为避免缓存消息过多对业务的影响，可以针对缓存消息条数、内存大小进行设置

SDK 会使用 PrometheusAPI 暴露 metrics，方便监控业务进程发送消息相关数据

SDK 会获取 TraceId，方便业务同学故障排查

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。

2. 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，表结构设计为

• ID 自增主键

• Timestamp 消息发送时间

• MessageID 消息 ID

• TraceId 请求 ID

• Headers 请求头信息

• Payload 消息体

• Priority 优先级

4.3 设计规范

【客户端 Role 设计】

1. 客户端 SDK 采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

【服务器 Role 设计】

1. 服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型

2. 两台服务器组成一个 sharding，整个系统可以多个 sharding，每个 sharding 包含一主一从两台服务器（可以对比 MongoDB shard）

3. 主服务器提供消息读写操作，从服务器只提供消息读取操作

4. 服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换

【客户端和服务器的 Relation 设计】

1. 客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据

2. 为了兼容非 Java 系统，服务端同时提供 HTTP 接口

【MySQL 的 Role 和 Relation 设计】

1. 采用 MySQL 主从同步

2. 每个消息队列对应一个表

3. 消息表最多存储 30 天内的消息，过期的自动清除

4. 直接用 MySQL 的主从复制来实现数据复

5. 质量设计

1. 消息队列管理后台

2. 支持消息查询

3. 配置管理

4. 支持消息队列管理

5. 支持消息队列监控

6. 消息队列集群管理

7. 成本

8. 一期 300 万

9. 二期 150 万

6. 演进规划

1. 一期完成基础功能开发

2. 消息队列系统

3. 消息队列 SDK

4. 管理系统-消息查询功能、配置管理

5. 二期完善管理系统

6. 更多消息查询功能

7. 消息队列管理

8. 消息队列监控

9. 消息队列集群服务器管理