消息队列中间件详细架构设计

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

架构实战营详细架构设计文档模板。

1. 业务背景

当前游戏业务发展很快，系统也越来越多，系统间协作的效率很低，主要体现在如下几个方面：

1.1. 新版本发布

1. 游戏厂家更新游戏版本后，运营人员获取最新的游戏包，更新版本信息，然后上传包到包管理系统打测试包，运营人员进行基本测试。运营子系统通知论坛有新的包将要发布，进行预热。

2. 测试完成后，运营管理子系统要通知包管理系统进行打包。

3. 游戏准点正式发布的时候，运营子系统要通知 App、Web 站点等即时更新到新版本。

1.2. 玩家充钱

1. 玩家进行充值，充值完成后充值子系统通知 VIP 子系统；

2. VIP 子系统判断玩家等级，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理，等级子系统的开发人员也是不胜其烦。

旧的系统架构如下图所示：

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。

使用消息队列后的系统架构如下图所示：

2. 约束和限制

1. 高性能

不需要高性能，游戏新版本发布和 VIP 充值的消息并不多

1. 高可用

需要，游戏版本发布和 VIP 都是高优先级业务

1. 可扩展

不需要，消息队列的功能基本明确，无需扩展

1. 成本

开发投入人力和时间不能太长

3. 总体架构设计

总体架构图如下图所示：

总体架构说明如下：

1. Java 语言编写消息队列服务器

2. 消息存储采用 MySQL

3. SDK 轮询服务器进行消息写入

4. SDK 轮询服务器进行消息读取

5. MySQL 双机保证消息尽量不丢

6. 使用 Netty 自定义消息格式，并且支持 HTTP 接口

4. 详细架构设计

4.1. 核心功能

4.1.1. 消息发布

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. 消息读取

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 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

4.2.1. 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。

4.2.2. 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。

4.2.3. 消息存储设计

每个消息队列对应一个 MySQL 表，消息队列名就是表名，表结构设计暂略。

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 包的结构设计暂略

5. 架构质量设计

5.1. 消息队列管理系统

消息队列管理系统设计如下图所示：

5.2. 成本

5.2.1. 硬件成本

实际计算下来，只需要不到 20 台机器。

5.2.2. 人力成本

方案比较简单，研发人员实现成本低，测试人力投入较大，总体人力成本适中。

6. 架构演进规划

6.1. 消息队列一期

快速开发迭代，提供可满足基本使用的初级版本。

6.2. 消息队列一期

根据实际使用情况进行性能进一步的提升和功能进一步的优化。