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架构实战营 -- 模块三

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永佳
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发布于: 2021 年 05 月 07 日
架构实战营 -- 模块三

基于消息队列实战部分内容,完成消息队列架构设计文档

【作业要求】

1)基于模块 3 第 5 课备选架构 2“自研集群+ MySQL 存储”写出完整的架构设计文档

2)注意不是备选架构文档,而是最终落地的详细架构设计文档

3)细节部分自己尽量想一下实现方案,如果想不出来可以留着


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

 

词汇表

Reactor: 网络编程模式

Netty: 开源的网络编程框架

 

1. 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。

 

2. 约束和限制

1. 中间件团队规模不大,大约 6 人左右。

2. 中间件团队熟悉 Java 语言,但有一个同事 C/C++很牛。

3. 开发平台是 Linux,数据库是 MySQL。

4. 目前整个业务系统是单机房部署,没有双机房。

5. 刚刚被阿里以创纪录的金额收购

3. 总体架构

3.1 架构分析


采用自研集群+mySQL 存储

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

 

3.2 总体架构


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 4)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

  • 【客户端 Role 设计】

  1. 客户端采用 Java 语言开发,基于 Netty 实现与服务端交互

  • 【客户端和服务器的 Relation 设计】

  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

  • 【服务器 Role 设计】

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

  • 【MySQL 的 Role 和 Relation 设计】

  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

4.1 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


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……


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


5. 质量设计

5.1 消息队列管理后台


5.2 成本


6. 演进规划

6.1 消息队列一期

消息队列服务器

消息队列 SD

消息队列管理系统--权限管理,配置管理

6.2 消息队列二期

消息队列管理系统--监控,维护

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