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消息队列详细架构设计

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Vincent
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发布于: 2021 年 05 月 09 日

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、测试与运维

词汇表

[可选,用于明确定义和说明一些英文缩写、术语等,请用表格来呈现,infoq 写作平台不支持表格,所以只能一个一个的列]

[样例:

Reactor: 网络编程模式

Netty: 开源的网络编程框架

]

 

1. 业务背景

[必选,从以下常见的角度来回答,你准备构建或者重构系统的目的和所处的位置是什么,可以是 1 个角度,也可以是多个角度,一般挑选重点的 3 个目的就差不多了:1.解决什么问题;2.带来什么价值;3.实现什么目标;4.完成什么任务;5.处于什么地位。

]

[样例:

随着前浪微博业务的不断发展,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。

]

[技巧:使用系统边界黑盒图来描述系统与外界的边界和交互关系]

 

2. 约束和限制

[必选,列出明确的约束和限制,常见的约束和限制有:1.投资方的成本要求;2. 监管方的监管要求;3. 技术选型的硬性要求;4. 项目时间要求;5. 质量要求]

[样例:

1.必须在 2021.06.30 号完成

2.成本不能超过 1000 万

3.数据库采用 Oracle

4.质量标准符合 ISO9001-XXXX 标准

]

[技巧:约束和限制越多越好]

1.交付日期:在 2021Q2 结束前

2.QPS>=1w

3.七天内的消息可追溯

4.保证消息时序性

3. 总体架构

[必选,描述经过备选架构决策后定下来的架构方案,这一章主要是描述架构的 3R:Rank、Role、Relation]

[技巧:1. 系统边界白盒图描述系统内的角色与外界的交互(Rank + Role + 外部 Relation);2. 系统架构图来描述内部的 Role + 内部 Relation]

[注意:不建议一张图同时描述系统架构的 3R 以及与外界的交互,因为图太复杂,画系统边界白盒图的时候,系统内部的 Relation 可以不画]



系统边界白盒图

3.1 架构分析

[可选,这部分主要是架构复杂度的分析,基本上从备选架构文档中提炼关键内容过来即可]

[样例:

3.1.1 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。

 

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。

]

[技巧:常见的复杂度都要覆盖到,即使分析后不涉及也要描述,避免评审的时候被人认为遗漏了关键点]

 

3.1.2 性能

根据当前消息预估量,2 年内消息队列 qps 在 5000~10000

设计高峰值需要支持日常的 2 倍,即 10000~20000 区间

再遇到重大运营活动,需要具备水平扩容能力

 

3.1.3 时序性

业务系统的消息通知,很多场景需要保证消息的顺序一致性,比如电商的下单消息、支付消息、发货消息都是需要严格按照消息的先后进行消费,不然会产生的逻辑错误。

3.1.4 持久性

消息系统的重要作用就是削峰填谷,一种比较典型的场景是消费者来不及及时消费完生产者生产的消息,消息系统需要提供消息的持久化能力,会根据不同业务的需求,需要保存 7 天到 15 天等时间。

3.2 总体架构

[必选,描述总体架构设计]



系统架构图

 

[样例:此处省略架构图,文字描述样例:

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。

]

[技巧:

1.用系统架构图来描述架构,如果是前端或者客户端,用前端架构图或客户端架构图来描述架构

2.基于架构图中的内容,使用文字描述 Role、Relation 的基本内容,文档目录可以自由调整

]

 

4. 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

[必选,描述核心场景或者流程的实现机制,对应 4R 架构中的 Rule,每个核心场景一个小节]

[样例:

4.1.1 消息发送流程



4.1.2 消息消费流程



[技巧:使用系统序列图来描述 Rule,跟项目开发中写设计文档一样的写法]

 

4.2 关键设计

[必选,描述系统的一些关键设计点是如何实现和取舍的]

[样例(如果你有兴趣,可以对比一下 kafka 的文档:Kafka design):

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……(此处请自行补充)

Id:int64,自增主键

Key:varchar(100),消息 key

Value:varchar(500),消息 value

Ctime: date,记录创建时间

Attr:int8,属性字段

Topic:int32,消息 topic

]

[技巧:常见的关键设计点包括高性能、高可用、可扩展、安全等]

 

4.3 设计规范

[必选,描述 Role 和 Relation 相关的开发框架、连接协议、数据包格式等]

[样例:

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……(此处省略,请自行补充)

Len:包长度,固定 2 个字节

CheckSum:校验码,固定 2 个字节

Content: 包内容

]

[技巧:如果某个规范涉及内容比较多,请独立章节描述,例如数据包格式定义]

5. 质量设计

[必选,描述和质量相关的设计,包括:可测试性、可维护性、可观测性、成本等设计]

[样例:

5.1 消息队列管理后台

1)topic 管理

2)producer 管理

3)consumer 管理

4)健康监控

5.2 成本

1)消息服务

2)消息存储

3)管理后台

]

[技巧:如果某个维度不涉及,也请在文档中说明,避免评审的时候被认为考虑不周全]

 

6. 演进规划

[必选,可以是演进规划,也可以是项目计划,需要描述每个里程碑或者版本具体要实现的能力]

[样例:

6.1 消息队列一期

单机:完成单机单实例的消息系统

6.2 消息队列二期

分布式:完成分布式部署的消息系统

6.3 消息队列三期

管理后台:完成管理后台与消息系统的联动

]

[技巧:开发阶段快速迭代,小步快跑,但要基本完善后才能正式推出给其他人用]

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