架构实战营 - 模块三作业

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

1. Reactor: 网络编程模式；

2. Netty: 开源的网络编程框架；

3. MySQL：关系型数据库管理系统；

4. Zookeeper：开源的分布式应用程序协调服务；

5. DBA：数据库管理员；

1. 业务背景

随着游戏业务的不断发展，业务上拆分的子系统越来越多，目前系统间采用同步调用的方式，由此带来几个明显的系统问题：

• 性能问题：每当游戏厂家更新一个游戏版本后，运营子系统需要同步调用“包管理子系统”，并通知论坛、App、Web 站点等，性能很低；

• 效率问题：每个子系统采用独立的接口协议（通信方式、数据格式），导致每个新需求都需要重新设计接口和联调接口，造成开发团队和测试团队重复工作量的增加；

• 耦合问题：每当增加一个子系统时，都需要开发新的接口；

鉴于当前系统存在的性能、效率、耦合等方面问题，我们需要引入消息队列中间件进行系统解耦，将当前的同步调用方式改为异步通知方式。

2. 约束和限制

1. 中间件团队规模不大，大约 6 人左右，开发语言主要为 Java；

2. 开发平台是 Linux，数据库是 MySQL；

3. 目前整体业务系统是单机房部署，没有双机房；

4. 业务优先考虑可用性；

5. 开发成本不能太高，开发投入人力和时间不能太长；

3. 总体架构

【系统边界白盒图+系统架构图】

3.1 架构分析

3.1.1 高可用

需要高可用，游戏版本发布和 VIP 都是高优先级业务。

3.1.2 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。不过在不增加过多成本的情况下，可以尽量提高一下性能。

3.1.3 可扩展性

不需要，消息队列的功能基本明确，无需扩展。

3.1.4 可维护性

需要，方案可以融入到现有的运维体系中，而且使用 MySQL 存储数据，可靠性有保证，运维团队也有丰富的 MySQL 运维经验。对业务团队来说，只要保证消息队列系统稳定和可靠即可。

3.1.5 低成本

需要，开发成本不能太高，开发投入人力和时间不能太长。

综合以上，消息队列中间件需要重点考虑 1. 可用性；2. 可维护性；3. 人力成本；

3.2 总体架构

1. 使用 Java 语言编写消息队列服务器；

2. 消息存储使用 MySQL，且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，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；主服务器宕机的情况下，备服务器对外提供消息的读取服务；

4. 客户端采取轮询的策略写入和读取消息；

5. 使用 Netty 自定义消息格式，并且支持 HTTP 接口；

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 消息发布流程

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 消息读取流程

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。

4.2.3 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

4.3.1 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。

4.3.2 服务端设计

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，整个系统多个 sharding，每个 sharding 包含一主一从两台服务器；

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；

4.3.3 客户端和服务端连接协议

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；

4.3.4 MySQL 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；

5. 质量设计

5.1 消息队列管理系统

消息队列管理系统用于提升消息队列架构落地质量，在可测试性、可维护性、可观测性等方面提供保障。该系统的功能有权限管理、配置管理、监控和维护。

5.2 成本

开发成本：6 人力、分三期、4 个月；

机器成本：一个数据分组就需要 4 台机器（2 台服务器+2 台数据库）。暂定使用两个数据分组，共 8 台机器（4 台服务器+4 台数据库）。后续根据实际的游戏新版本发布和 VIP 充值消息数量，进行扩缩容。

6. 演进规划

6.1 消息队列一期

基础功能：消息队列基础功能消息发布和消息读取，提供相应的 SDK。

时间：1.5 个月

6.2 消息队列二期

主备功能：服务器主从切换功能，MySQL 数据库主从同步。

时间：1.5 个月

6.3 消息队列三期

消息队列管理系统：完成消息队列管理系统的开发、测试、联调和上线。

时间：1 个月