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架构训练营 - 作业三(消息队列详细架构设计文档)

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发布于: 2021 年 05 月 06 日

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

  • MySQL:一种开源关系型数据库

  • Netty: 开源的网络编程框架

  • ZooKeeper:分布式决策中心

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


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. 开发投入的人力和时间不能太长

  2. 使用 JAVA 作为开发语言

  3. 数据库采用 MYSQL

  4. 项目需要快速上线,开发时长不超过 4 个月

  5. 融入现有的运维体系中

  6. 优先考虑可用性

  7. 在允许的情况下,考虑高性能

3. 总体架构



3.1 架构分析

3.1.1 高性能

对于游戏发布消息队列来说,没有海量的消息场景,不需要高性能,因为游戏新版本的发布和 VIP 充值的消息并不多。

3.1.2 高可用

需要高可用,游戏版本发布和 VIP 充值都是高优先级业务,都是重要的事件。

3.1.3 可扩展

不需要,消息队列的功能基本明确,无需扩展。

3.3.4 成本

开发投入人力和时间不能太长,因为自研时间太长,绩效出不来,上级也不知道如何考核。同时时间太长对团队技术能力也会造成低评估。

3.2 总体架构


  • 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。

  • 每个分组包含一台主 MySQL 和一台从 MySQL,分组内主从数据复制,分组间数据不同步。

  • 正常情况下,分组内的主服务器对外提供消息写入,从服务器对外提供消息读取服务;主服务器宕机的情况下,通过主从切换到从服务器提供消息写入。

  • 客户端采取轮询的策略写入和读取消息。



  • 新增一个消息队列管理系统,接收消息队列服务器上报信息,如状态、节点信息;管理系统也能下发配置和命令信息

  • SDK 从管理系统读取配置信息后,根据配置信息读写消息队列

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 消息发送流程

  • 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

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。

4.2.3 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

  • 客户端 Role 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 Role 设计

  • 服务器基于 Netty 开发,采用 Reactor 网络模型

  • 使用 Spring Boot 2.X 整合 Netty 进行开发

  • 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

  • 客户端和服务器的 Relation 设计

  • 客户端与服务器采用 TCP 连接,采用自定义的字节格式传递数据

  • 为了兼容非 Java 系统,服务端同时提供 HTTP 接口

  • MySQL 的 Role 和 Relation 设计

  • 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

  • MySQL 使用 Innodb 存储引擎

  • TCP 包设计



5. 质量设计

5.1 消息队列管理后台

提供消息队列管理后台,接收各个节点的消息队列上报信息,下发配置信息、指令。


上报的信息包括:


  • 当前状态(正常、异常)

  • 未消费消息数量

  • 已消费消息数量

  • 节点信息与状态

  • MySQL 状态(主、从是否正常连接)


可下发的指令包括:


  • MySQL 主从切换

  • 消息队列服务器主备切换

  • 重启

  • 停止

  • 重置 offset

  • 其他...

5.2 成本

  • 人力成本 6 个人

  • 时间成本 3 个月

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

实现消息可写、可读,保证消息存储的 MySQL 主从高可用

6.2 消息队列二期

实现消息存储的 MySQL 主从自动切换,当主 MySQL 挂掉以后,从机自动切换为主 MySQL

发布于: 2021 年 05 月 06 日阅读数: 73
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