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

随着公司游戏业务的快速发展，系统也越来越多，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

新版本发布了,运营子系统要同步调用“论坛“， “包管理“,"app", "web" 四个子系统，将来可能还要调用更多，性能很低。

• 耦合问题

当新增一个子系统时，例如如果要增加“第三方 APP”，那么第三方 APP 需要开发新的接口给运营子系统调用。

• 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将目前的同步调用改为异步通知, 从而进行系统解耦，提升性能，提高效率。

2. 约束和限制

1.必须在 2021.06.30 号完成

2.成本:开发成本不能太高. 不能超过 1000 万

3.需要有好的维护性，并且容易接入公司现有的监控系统

4.建议采用低成本存储技术，但是要保证高可靠性

5.系统需要有好的安全，符合公司安全质量标准

6.系统系能设计要考虑公司业务和用户未来三到五年的增长

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

系统对可用行有较高要求如果由于消息丢失对版本发布系统来说，会导致游戏新版本不按时发布，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，这些都会导致用户满意度下降，导致用户流失从而损失收入。

3.2.1 高性能

本系统主要用于公司版本发布通知和玩家充值通知，业务量不会很高，所以对性能要求不是很高。可接受分钟级别的延迟

3.2.2 高扩展

消息队列的功能基本明确，无需高扩展性

3.2.4 成本

开发投入人力和时间不能太长

3.2 总体架构

本消息系统主要分为三个模块:SDK 客户端， 消息队列系统，消息队列管理系统

3.2.1客户端 SDK

• 业务系统通过 SDK 和消息系统队列交换：发送或者接受消息

• 业务系统通过 SDK 从消息队列管理系统读取配置

• 客户端 SDK 采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

• 客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据

3.2.2 消息队列系统

• 从客户端 接受消息，存储消息，和 消息读取请求

• 从消息队列管理系统读取配置信息，接受命令，并上报信息到消息队列管理系统

• 保存管理各个客户端消费组进度

3.2.2.1 服务器

• 服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型

• 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

• 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

• 服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换

3.2.2.2 MySQl

每个 sharding 还包含一台主 MySQL 和一台备 MySQL，分组内主备数据复制，分组间数据不同步。

主服务器对应主 MySQL, 从服务器对应从 MYSQL

3.2.3 消息队列管理系统

• 配置管理

• 监控消息系统状态

• 维护系统状态

• 提供权限控制

交互：

接受接受 SDK 客户端读取配置请求

接受消息系统上报的信息

提供 API 给管理员进行系统监控和配置

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 消息发布

• 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。

• 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。

• 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

• 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。

• 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。

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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。

• 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。

• 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

「

messgeId: varchar(256);//primary key

key: text

value: text

timestamp:long

」

• 消息发送高性能

批量模式。为了提升消息发送性能，节约网络开销。SDK 客户端支持批量模式，可以将多个消息放在一起，压缩后一起发送。支持压缩格式为 gzip,Snappy。

• 消息读取高性能

客户端已批量模式拉取消息，batch size 和 最大读取超时可以设置。

• 安全性

sdk 客户端和服务器端可以支持 SSL 加密模式

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

4） SDK 采用 JAVA 开发

5. 质量设计

5.1 可维护性

系统提供了消息队列管理后台，可以进行配置管理，状态维护，具有好的维护性

5.2 可观测性

消息队列管理后台也提供一定观测性，可观测消息队列数量，消息数目，消息消费组数量，状态。

系统也和 prometheus 集成，提供更多维度的观测，譬如，消息吞吐量，消息延迟。

5.3 可测试性

系统提供了开放 API,可以进行状态维护，监控，具有好的可测试性

5.4 安全性

消息队列管理后台提供 ACL，具有好的用户权限管理

系统支持 SSL,保证客户端服务器端通讯的安全性

6. 演进规划：

6.1 消息队列一期， 日期 2021 年四月三十号

完成消息队列和 sdk 开发

6.2 消息队列二期，日期 2021 年六月一号

完成消息队列管理后台