前言

本文是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

MySQL：一种开源关系型数据库

Netty: 开源的网络编程框架

1. 业务背景

随着游戏业务不断发展，系统也越来越多，系统间协作的效率很低，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。

例如玩家进行充值，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。

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.中间件团队规模不大，大约 6 人左右。

2.业务系统是单机房，没有双机房

3.保证消息可用性，支持主备切换

4.需要嵌入到已有运维体系，且维护成本不能太高

5.数据库采用 mysql

3. 总体架构

消息中间件采用自研集群配合高可用 MySQL 存储实现。

3.1 架构分析

3.1 架构分析

3.1.1 高性能

不需要高性能，系统属于内部系统，而游戏新版本发布和 VIP 充值的消息并不多

3.1.2 高可用

需要，游戏版本发布和 VIP 都是高优先级业务，若丢失消息对业务造成严重影响。

3.1.3 可维护性

需要高可维护性，各种维护操作要方便，例如收发消息情况、权限控制。

3.1.4 可扩展性

不需要，消息队列的功能基本明确，无需扩展，暂不涉及

3.1.5 低成本

需要，开发投入人力和时间不能太长

综合来看，消息队列需要高可用性，可维护性，可扩展性，低成本，由于系统是内部使用，游戏新版本发布和 VIP 充值的消息并不多，所以不需要太高的性能。

3.2 总体架构

系统边界白盒图如下所示：

系统架构图如下所示：

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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

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。

4.1.1 消息发送流程

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，

2. 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

4.1.2 主从切换场景

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，

4. 当 master 节点超时被删除后，从服务器接管读消息

5. 收到客户端 SDK 的读消息请求后返回 消息

6. 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，表结构设计为

CREATE TABLE `message_queue_name` (

`message_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,

`message_header` char(256) NOT NULL,

`message_body` char(2048) NOT NULL,

`message_property` char(256) NOT NULL,

PRIMARY KEY (`message_id`),

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4

4.3 设计规范

4.3.1 客户端

1. 客户端采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

4.3.2 服务端

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

4.3.3 存诸

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制

4.3.4 交互协议

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

5. 质量设计

5.1 可测试性

消息系统自研可以充分的满足可测试性的要求，且业界的同类消息中间件较为成熟，积累了大量的测试用例，测试用例构建难度较低。

5.2 可维护性

通过开发对应的接口可以融入到现有的运维体系中，而且使用 MySQL 存储数据，可靠性有保证，运维团 队也有丰富的 MySQL 运维经验。

5.3 可观测性

通过开发对应的接口可以极大的提升系统的可观测性。

5.4 安全性

基于 MySQL 的存储系统，权限控制较为容易，安全性较高。

5.5 成本

1. 方案本身比较简单，开发成本较低

2. 测试人力投入较大

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

完成消息发送流程、消息消费流程的功能性开发和测试，提供 SDK 给各个子系统做业务联调。

6.2 消息队列二期

完成主从切换流程、消息发送可靠性、消息存储可靠性的开发和测试，提供给不强依赖消息队列管理后台的子系统使用。

6.3 消息队列三期

1）完成消息队列管理后台，保证系统的可测试性、可维护性、可观测性，提供给所有需要消息队列系统的子系统线上正式使用。

2）提供 HTTP 接口，以及非 java 开发者使用