消息中间件详细架构设计文档

前言

本文是某公司业务系统服务拆分后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

Netty: 开源的网络编程框架，Netty 是由 JBOSS 提供的一个 java 开源框架，现为 Github 上的独立项目。Netty 提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。

消息中间件：基于队列与消息传递技术，在网络环境中为应用系统提供同步或异步、可靠的消息传输的支撑性软件系统

1. 业务背景

随着某公司业务的不断发展，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问题：

性能问题：当订单系统完成销售动作后，需要同步调用完成后才对 C 端用户反馈下单完成，性能很低，C 端用户的体验很差。

耦合问题：订单系统后续调用的任何系统发生宕机，则导致订单系统无法对外提供服务。

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 1000 万

3.数据库采用开源数据库

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

订单系统直接面对 C 端用户，需要提供 7*24 小时的服务，因此该消息中间件也必须满足高可用。

3.1.2 高性能

根据历史记录预估，订单系统在 1 年内需实现 TPS>=5000 的性能。

3.1.3 可扩展

消息中间件的业务功能基本固定，暂时不考虑可扩展。

3.2 总体架构

系统边界白盒图

系统架构图

1）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。

2）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。

3）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；

4）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。

5）客户端采取轮询的策略写入和读取消息。

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 服务器主从切换

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 goup 节点下建立节点,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

4.3 设计规范

1）消息队列服务器使用 Spring Boot + Netty 开发

2）MySQL 使用 Innodb 存储引擎

3）TCP 包的结构设计……（需后续补充）

5. 质量设计

5.1 消息队列管理后台

增加消息队列管理后台，便于观测系统的运行情况，并可以进行配置和队列调整

5.2 可维护性

消息队列采用维护人员熟系的框架和规范，有良好的可维护性。

5.3 可测试性

待补充

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

一期实现消息的正常发送和消费。

6.2 消息队列二期

二期在一期的基础上补充晚上消息队列管理系统。