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自研消息队列架构设计文档

发布于: 2021 年 05 月 05 日

前言

本文是游戏业务线自研消息队列中间件详细架构设计文档,用于指导自研消息队列后续的开发、测试和运维

详细架构设计文档。自研的消息队列采用自研集群和 MySQL 存储。

词汇表


一、业务背景

业务发展很快,系统也越来越多,系统间协作的效率很低,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:各个子系统交互频繁,目前都是系统间通过接口调用的,性能极其低下。

  • 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,这些问题背后的根本原因在于架构上各业务子系统强耦合,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。

二、约束和限制

  • 中间件团队规模不大,大约 6 人左右。

  • 目前整个业务系统是单机房部署,没有双机房。

三、总体架构


3.1 架构分析

3.1.1 高性能

系统一天内平均每秒写入消息数为 115 条,每秒读取的消息数是 1150 条,再考虑到系统的读写并不是完全平均的,设计的目标应该以峰值来计算。峰值一般取平均值的 3 倍,那么消息队列系统的 TPS 是 345,QPS 是 3450,这个量级的数据意味这并不 需要高性能。虽然根据当前业务规模计算的性能要求并不高,但业务会增长,因此系统设计需要考虑一定的性能余量。由于现在的基数较低,因此系统的设计目标按照峰值的 4 倍来计算,因此最终的性能要求是:TPS 为 1380,QPS 为 13800。TPS 为 1380 并不高,但是 QPS 为 13800 易筋经比较高了,因此高性能读取是复杂度之一,但这个高性能要求相比 Kafka 等系统来说也不是很高。

3.1.2 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。

3.1.3 高可扩展性

消息队列的功能很明确,基本无需扩展,因此可扩展性不是这个消息队列的复杂度关键。


综合分析下来,消息队列的复杂性主要体现在几个方面:高性能消息读取、高可用消息 写入、高可用消息存储、高可用消息读取。

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。

四、详细设计

4.1 核心功能

  • 消息发送流程


业务系统发布消息时,首先写入日志表,日志表写入成功就代表消息写入成功;后台线程再从日志表中读取消息写入记录,将消息内容写入消息表中。

  • 消息消费流程


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些消息,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。

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,包含的字段:消息 ID(递增生成)、消息内容、消息发布时间、消息发布者。日志表表名为 MQ_LOG ,包含的字段:日志 ID、发布者信息、发布时间、队列名称、消息内容。日志表需要及时清除已经写入消息表的日志数据,消息表最多保存 30 天的消息数据。


存储消息的整体流程:业务系统发布消息时,首先写入日志表,日志表写入成功就代表消息写入成功;后台线程再从日志表中读取消息写入记录,将消息内容写入消息表中。业务系统读取消息时,从消息表中读取。

4.3 设计规范

  • 消息队列服务器使用 Spring Boot + Netty 开发

  • MySQL 使用 Innodb 存储引擎

五、质量设计

5.1 安全设计

  • 数据库连接字符串采用加密方式统一保存。

  • 防止 SQL 注入(开发用代码实现,如参数化 sql 等技术)。

  • 所有敏感业务操作均记录日志

5.2 可靠性设计


  • 采用 Zookeeper 来做主备决测,主备服务器都连接到 zookeeper 建立自己的节点,主服务器的路径规则为“MQ/server/分区编号/master”,备机为“MQ/server/分区编号/slave”,节点类型为 EPHEMERAL。备机监听主机的节点 信息,当发现主服务器节点断连后,备服务器修改自己的状态,对外提供消息读取服务。

六、演进规划


消息队列一期基本功能快速上线,但要基本完善后才能正式推出给其他人用。

发布于: 2021 年 05 月 05 日阅读数: 16
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