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

【提示】

1. 架构设计文档是完整的文档（Word 或者语雀文档之类的都可以），而不是 PPT

2. 架构文档涵盖的内容请参考模块 3 第 4 课，详细架构设计主要内容参考模块 3 第 6 课

3. 课程 PPT 上的一些文字可以直接拷贝到文档中

1. 业务背景

随着公司的游戏业务快速发展，系统也越来越多，系统间协作的效率很低，例如一下几个主要场景：

新版本发布

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

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。

具体表现为：

• 性能问题：运营子系统版本版本上新操作时，同步通知多个子系统，导致其性能低。

• 耦合问题：当新增一个子系统时,需要与现有所有系统进行交互，不同系统的升级等需要关注。

• 效率问题：每个子系统提供的接口参数和实现有较大的差别，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。

2. 约束和限制

• 中间件团队规模不大，大约 6 人左右。

• 中间件团队熟悉 Java 语言，但有一个同事 C/C++很牛。

• 开发平台是 Linux，数据库是 MySQL。

• 目前整个业务系统是单机房部署，没有双机房

• 需要高可用

• 开发成本不能太高。

• 满足基本性能要求即可，但必须稳定可靠，尽可能避免故障

3. 总体架构

3.1 总体架构

• 对系统中的消息队列服务器和数据库服务器进行分组，每组分别负责一部分消息数据的读写，分组间数据不同步

• 每个分组内的消息队列服务器和数据库服务器均使用双机主备架构，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；主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供消息读取的服务

• 客户端通过 SDK 轮询服务器进行消息读取和写入，当某个分组不可用时自动请求其他分组

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 消息发送流程

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

4.2.1 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。

4.2.2 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。

4.3 设计规范

1. 客户端采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

2. 客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据

   为了兼容非 Java 系统，服务端同时提供 HTTP 接口

3. 服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型

4. 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）

5. 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

6. 服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换

7. 采用 MySQL 主从同步

   每个消息队列对应一个表

   消息表最多存储 30 天内的消息，过期的自动清除

   直接用 MySQL 的主从复制来实现数据复制

5. 质量设计

消息队列系统需实现消息队列管理后台，以提供可融入现有运维体系的运维能力、提升系统的课观测性和可测试性。消息队列管理后台的核心功能模块划分如下图所示：

各模块职责说明如下：

1. 权限管理：管理客户端安全密钥及消息数据访问权限

2. 配置管理：管理包括后端服务器配置在内的各类配置信息

3. 监控：通过定时获取各消息队列生产及消费状态数据、结合后端服务器主动上报的状态信息实现对消息队列系统整体状况的监控和预警

4. 维护：提供消息收发控制、消息队列上下线等控制维护能力

6. 演进规划