IM系統設計

即時通訊（Instant Messaging，簡稱IM）是一個實時通信系統，允許兩人或多人使用網路實時的傳遞文字消息、文件、語音與視頻交流。實現方式有兩種。第一種基於Server轉發的，Client雙方通信會經過Server轉發來完成消息傳遞。例如QQ、微信。

第二種是基於P2P(點對點)的。P2P的實現依賴於客戶端之間的互聯，但由於NAT與防火牆的存在，客戶端無法直接互聯，需要coturn伺服器用來穿越NAT網路。

本文主要講述基於Server轉發實現的即時通訊原理和實現過程，包括私聊和群聊兩類。私聊和群聊，原理基本類似，但私聊是單次轉發,群聊屬於遍歷轉發。不同點為，群聊以群ID（多人）劃分，私聊以會話ID（兩人）劃分，其次消息存儲上也有較大差異。

總體設計

實現方式

1. 協議：WebSocket
2. 框架：Socket IO/Swoole
3. 關鍵點：可擴展，支持分散式部署。短鏈接負責業務邏輯，長鏈接負責Websocket。

總體架構圖

時序圖

詳細實現

接入層實現

接入層的目的：1保證IM服務的可靠性，避免用戶同時集中在同一聊天伺服器中。2當聊天伺服器壓力過大時，能實現擴容。接入層可採用ngx_lua實現，保證性能。

1. 客戶端請求接入IM，調用接入API。參數為:接入類型(群聊，私聊)，接入uid，群聊ID
2. 群聊：保證隸屬同群ID的用戶落在同一Socket實例上。如果用戶ABC，都屬於群ID=123中，那麼一定要保證ABC都分配在同一實例上。具體分配策略自定，一般按照群ID取余分配在不同機器實例上。
3. 私聊：A和B私聊，也要保證A和B落在同一實例上。一般分配策略為，（A+B）對機器取余。
4. 根據群聊類型，得到接入實例的IP和埠，返回給客戶端。

連接邏輯

連接邏輯比較簡單,Socket connect的過程。

1. 客戶端得到接入層提供的Socket Ip和埠，發起Websocket請求。
2. Socket服務,根據請求參數，判斷客戶端合法性（簽名驗證）和登錄驗證。
3. 記錄請求日誌，保存Socket連接句柄（當前實例數組中）。

訂閱消息邏輯

上一步連接成功後，用戶觸發進群（聊天窗口）操作，訂閱該群消息。訂閱消息用來保證，用戶通過socket實時接收到該群其他用戶發送的消息。否則，服務端會採用推送完成消息轉發。

1. 訂閱事件。emit(sub)，群聊：發送當前群ID和用戶的uid。私聊：發送對方uid和用戶自身uid（會話ID）。
2. 服務端判斷該uid是否已經在線，如果已經在線，則主動關閉舊的Socket，保證只有當前窗口在線。並將當前socket句柄push到數組中保存。
3. 業務邏輯判斷。群聊：判斷用戶是否屬於該群，判斷群合法性。私聊：判斷是否為好友。
4. 客戶端在線，接收Socket消息，對消息解碼，區分類型並展示。編碼協議自定。
5. 客戶端不在線，收到Push推送。客戶端根據接收到的推送，拉取歷史消息。更新未讀數。

發布消息邏輯

用戶完成訂閱群ID（群聊）或者訂閱會話ID（私聊）後，可主動發送消息到該訂閱ID（群ID和會話ID）中。

1. 發布事件。emit(pub),圖片（縮略圖）、視頻、語音，完成上傳（靜態文件服務）後，編碼消息內容並提交。編碼協議自定。
2. 服務端收到消息後，解碼，識別過濾色情、政治內容。寫入隊列，完成其他操作（判斷圖片色情內容，消息統計，落地入庫，更新未讀數）。
3. 群聊：遍歷當前群存在的socket句柄，如果在線則轉發內容，不在線推送通知。
4. 私聊：判斷對方是否在線，如果在線轉發，不在線push推送。

用戶下線

用戶退出聊天窗口，觸發disconnect事件。服務端關閉socket句柄，標示用戶下線。

廣播邏輯

廣播邏輯，主要用在運營管理上。是對所有在線用戶或者特定群ID（會話ID），發送消息(系統消息)。實現方法為：遍歷所有在線socket句柄，發送內容。

監控服務

在運營管理或者監控上，需要對聊天服務性能加以判定。 1. 統計在線人數，得到每個實例的Socket句柄長度相加

希望轉載的朋友能夠尊重作者的勞動成果，加上轉載地址。謝謝！ IM系統設計

推薦閱讀：