消息队列架构设计文档

一、  术语解释

见附录

二、  业务背景

游戏业务发展很快，系统也越来越多，各个子系统间都使用独立的接口设计（通信方式、数据格式），系统间耦合度高、协作的效率很低，开发任务繁重。

比如：【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......

【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

【当前系统架构】

基于以上背景，我们需要引入消息队列进行系统解耦，统一通信规范。

引入消息队列之后，可以极大的缩短开发人员的对接时间，提升开发效率，让业务开发人员更专注于业务流程。同时，统一系统间通信规范，也利于监控与管理。

三、  约束与限制

1. 中间件团队规模不大，大约 6 人左右。

2.中间件团队熟悉 Java 语言，但有一个同事 C/C++很牛。

四、  总体架构

复杂度分析

高性能：不需要高性能，游戏新版本发布和 VIP 充值的消息并不多

高可用：需要，游戏版本发布和 VIP 都是高优先级业务

可扩展：不需要，消息队列的功能基本明确，无需扩展

成本：开发投入人力和时间不能太长

架构描述

1. Java 语言编写消息队列服务器

2. 消息存储采用 MySQL

3. 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 和一台备 MySQL，保证消息尽量不丢，分组内主备数据复制，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。

4. SDK 轮询服务器进行消息写入和读取

5. 使用 Netty 自定义消息格式，并且支持 HTTP 接口

五、  详细设计

核心功能

• Role & Relation

端：

采用 Java 语言开发，基于 Netty 实现与服务端交互

服务器：

服务器基于 Netty 开发，采用 Reactor 网络模型。服务器基于 ZooKeeper 进行主从切换。

客户端与服务端采用 TCP 连接，采用 Json 传递数据。

服务端同时提供 HTTP 接口，兼容非 Java 系统。

Mysql：

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

• 消息发送流程

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，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。

• 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

• 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。

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。

队列表：

消息表：

消费表：

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

• TCP 包的结构设计：TODO

六、  质量设计

•  可维护性：管理后台

• 可运维性

自建服务，服务器可控，可接入当前运维系统

• 可测试性

消息发布、消费是持久化的，有迹可寻。同时会输出日志。

• 安全性

内网访问、白名单、权限控制

七、 演进规划

一期：消息发布、消费等基本功能可用、基本的权限控制功能，只提供 SDK 接入

二期：消息队列管理后台、接入运维系统

三期：提供 HTTP API

附录：术语解释

消息：消息队列中信息传递的载体。

Message ID：消息的全局唯一标识，由消息队列 RocketMQ 版系统自动生成，唯一标识某条消息。

生产者：发布消息的一方

消费者：也称为消息订阅者，负责接收并消费消息。

延时消息：Producer 将消息发送到消息队列 RocketMQ 版服务端，但并不期望这条消息立马投递，而是延迟一定时间后才投递到 Consumer 进行消费。