架构实战营模块 3 作业

基于 MySQL 的消息队列架构设计

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

ZooKeeper：一个开源的分布式协调服务

Json：JavaScript Object Notation，是一种轻量级的数据交换格式

1. 业务背景

随着游戏业务的不断发展，系统也越来越多，系统间协作需求越来越复杂，暴露出如下问题：

性能问题：例如当 VIP 子系统判断玩家等级达到 VIP 后，等级子系统需要通知福利子系统、客服子系统、商品子系统等多个子系统，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其他子系统（如论坛子系统）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。

2. 约束和限制

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 MySql

4. 开发平台是 Linux

5. 团队规模不大，大约 6 人左右

3. 总体架构

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

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。

3.1.2 高性能

游戏新版本发布和 VIP 充值的消息并不多，不需要高性能。

3.1.3 可扩展

消息队列的功能基本明确，无需要可扩展。

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

【客户端设计】

客户端采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

【服务器设计】

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 MongoDBshard）

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

【客户端和服务器的设计】

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

【MySQL 数据库设计】

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

【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

【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

【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 message_id(自增，主键)，message_type，message_body，producer_id，consumer_id，is_consumed，consume_id，consume_time，create_id，create_time

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.数据包格式采样 Json

4.代码遵守阿里巴巴规范

5.使用 Maven 进行项目管理

6.持久层使用 MyBatis

5. 质量设计

5.1 消息队列管理后台

消息队列的配置信息的查看与维护；消息队列整体负载的监控。

5.2 成本

人力成本：6 人

硬件成本：一个数据分组需要 4 台机器（2 台服务器+2 台数据库），可进行切换，保证数据高可用。

5.3 可测试性

通过自研开发可测试性的接口规范，本系统采用 HTTP 接口，以便于主流测试工具进行快速测试。

5.4 可维护性

通过自研开发相应接口嵌入现有运维体系；开发管理后台提高可运维性。

5.5 可观测性

管理后台可提供相应的可观测性。

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

完成消息发送和消息消费流程的功能性开发和测试，提供 SDK 给各子系统做联调；开发与测试简单的消息队列管理系统（包含监控与配置管理）。

6.2 消息队列二期

完成消息发送可靠性、消息存储可靠性、主从切换流程的开发和测试；完善消息队列管理系统（权限管理与维护）。