前言

本文是游戏业务线消息队列中间件的详细架构设计文档。

词汇表

• Reactor: 网络编程模式

• MySQL：常用的关系型数据库

• Netty: 基于 Java 编写可自定义网络协议的 Nonblocking I/O 开源网络通信框架

• ZooKeeper：分布式决策中心

一、业务背景

2014 年左右，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，例如:

【新版本发布了】

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。

【玩家充钱了】

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。

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：当用户发布了一条微博后，微博发布子系统需要同步调用“统计子系统”“审核子系统”“奖励子系统”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。

消息队列系统黑盒图

二、约束和限制

1. 开发投入的人力和时间不能太长

2. 使用 JAVA 作为开发语言

3. 数据库采用 MYSQL

4. 项目总体工期不能超过 3 个月

5. 需融入现有的运维体系中

6. 优先考虑可用性

7. 在允许的情况下，考虑高性能

三、总体架构

总体架构图

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；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。

4）客户端采取轮询的策略写入和读取消息。

3.1 架构分析

四、详细设计

[必选，描述核心场景或者流程的实现机制]

4.1 核心功能

4.1.1 消息发布流程

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 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：……

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 包的结构设计如下:……(此处略）

4）客户端采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

5) 服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型

6) 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）

7) 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

8) 服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换

9) 客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据

10) 为了兼容非 Java 系统，服务端同时提供 HTTP 接口

11) 采用 MySQL 主从同步

12) 每个消息队列对应一个表

13) 消息表最多存储 30 天内的消息，过期的自动清除

14) 直接用 MySQL 的主从复制来实现数据复制

五、质量设计

5.1 消息队列管理后台

提供消息队列管理后台，接收各个节点的消息队列上报信息，下发配置信息、指令。

上报的信息包括：

• 当前状态（正常、异常）

• 未消费消息数量

• 已消费消息数量

• 节点信息与状态

• MySQL 状态（主、从是否正常连接）

可下发的指令包括：

• MySQL 主从切换

• 消息队列服务器主备切换

• 重启

• 停止

• 重置 offset

• 其他...

5.2 成本

• 人力成本 6 个人

• 时间成本 3 个月

六、演进规划

6.1 消息队列一期

实现消息可写、可读，保证消息存储的 MySQL 主从高可用

6.2 消息队列二期

实现消息存储的 MySQL 主从自动切换，当主 MySQL 挂掉以后，从机自动切换为主 MySQL