譯自Codin Gurukul經(jīng)OpenIM技術(shù)人員整理修訂后發(fā)布。
寫(xiě)在前面
Open-IM是由前微信技術(shù)可能打造的開(kāi)源的即時(shí)通訊組件。Open-IM包括IM服務(wù)端和客戶(hù)端SDK，實(shí)現(xiàn)了高性能、輕量級(jí)、易擴(kuò)展等重要特性。開(kāi)發(fā)者通過(guò)集成Open-IM組件，并私有化部署服務(wù)端，可以將即時(shí)通訊、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)能力快速集成到自身應(yīng)用中，并確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性和私密性。
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實(shí)時(shí)消息現(xiàn)在是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠帧５牵阌袥](méi)有想過(guò)“WhatsApp”或其他實(shí)時(shí)消息應(yīng)用程序是如何工作的？
在本文中，我們將探討whatsapp或任何通用實(shí)時(shí)消息應(yīng)用程序背后的高級(jí)工程和系統(tǒng)架構(gòu)。
在深入研究之前，讓我們先了解“通訊是如何工作的？
當(dāng)兩個(gè)客戶(hù)機(jī)（A和B）想要相互通信或發(fā)送消息時(shí)，他們首先知道對(duì)方的地址（可能是IP、MAC或任何自定義的唯一標(biāo)識(shí)），然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)彼此交換消息，在這種情況下是INTERNET。這個(gè)就是所謂的p2p通信了。
但是，如果網(wǎng)絡(luò)非常龐大，客戶(hù)數(shù)量達(dá)到數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億，該怎么辦？
在一個(gè)非常大的網(wǎng)絡(luò)中，很難知道每個(gè)客戶(hù)機(jī)的地址，在這種情況下，為了使這個(gè)系統(tǒng)更加健壯和高可用性，我們需要在客戶(hù)機(jī)之間安裝一個(gè)名為“服務(wù)器”的組件。此服務(wù)器的任務(wù)是協(xié)調(diào)連接到它的所有客戶(hù)端，中轉(zhuǎn)雙方之間的消息。
服務(wù)器引入后。所有客戶(hù)端都與服務(wù)器連接，而不是彼此連接，這樣成了中心化的通訊架構(gòu)
在這種情況下，當(dāng)一個(gè)客戶(hù)機(jī)（a）想要向其他客戶(hù)機(jī)（D）發(fā)送消息時(shí)，它首先將消息發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器知道其他客戶(hù)機(jī)（D）的地址，然后將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他客戶(hù)機(jī)（D），反之亦然。
這是通信體系結(jié)構(gòu)的概述。讓我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)消息傳遞系統(tǒng)的實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
但在設(shè)計(jì)任何產(chǎn)品之前，了解以下要求非常重要：
- 用戶(hù)群：了解應(yīng)用程序的使用規(guī)模非常重要。
- 所需功能
那么，讓我們列出whatsapp中需要包含的一些功能：
1). 發(fā)消息
2). 多媒體支持
3). Last Seen
4). 消息加密
5). 音頻/視頻通話(huà)
根據(jù)應(yīng)用程序需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)
根據(jù)應(yīng)用程序需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)
根據(jù)用戶(hù)群，我們需要多臺(tái)服務(wù)器來(lái)處理如此多的流量，因此我們放置了多臺(tái)服務(wù)器，而不是一臺(tái)服務(wù)器，這就是集群的概念
但問(wèn)題是，客戶(hù)端將連接到哪個(gè)服務(wù)器，因?yàn)橛卸鄠€(gè)服務(wù)器，并且客戶(hù)端不能隨機(jī)連接到任何服務(wù)器。為了克服這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诳蛻?hù)端和服務(wù)器之間引入了負(fù)載均衡。
在實(shí)現(xiàn)了多個(gè)服務(wù)器和負(fù)載平衡器之后，我們的系統(tǒng)架構(gòu)能夠處理大量用戶(hù)。現(xiàn)在，當(dāng)客戶(hù)機(jī)想要連接到服務(wù)器時(shí)，連接請(qǐng)求首先命中負(fù)載平衡器，然后負(fù)載平衡器根據(jù)各個(gè)服務(wù)器上的負(fù)載等各種參數(shù)將連接重定向到服務(wù)器。
但我們的應(yīng)用程序也需要一些存儲(chǔ)機(jī)制來(lái)保存一些任意狀態(tài)或數(shù)據(jù)，為了滿(mǎn)足這一要求，我們還添加了可供所有服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
但是，使用什么樣的連接呢？
通常，這種系統(tǒng)使用雙工連接或雙向連接。由于消息也可以從服務(wù)器生成，因此需要雙向通信
在繼續(xù)之前，讓我們先了解不同的連接場(chǎng)景以及應(yīng)用程序的工作方式。
- 當(dāng)發(fā)送方連接到服務(wù)器而不是接收方時(shí)。
在這種情況下，當(dāng)接收方未連接到服務(wù)器時(shí)，消息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)接收方連接到服務(wù)器時(shí)，消息從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取并轉(zhuǎn)發(fā)給接收方，這個(gè)就是離線(xiàn)消息的作用。
2.當(dāng)發(fā)送方未連接到服務(wù)器時(shí)。
在這種情況下，當(dāng)發(fā)送方未連接到服務(wù)器時(shí)，發(fā)送方發(fā)送的消息將保存在設(shè)備本地存儲(chǔ)中（可能是SQLite或基于平臺(tái)的任何其他內(nèi)容）。當(dāng)發(fā)送者聯(lián)機(jī)或連接到服務(wù)時(shí)，消息將從本地存儲(chǔ)中提取并發(fā)送到服務(wù)器。這個(gè)就是本地存儲(chǔ)的作用。
3.當(dāng)兩個(gè)客戶(hù)端都連接到服務(wù)器時(shí)：
在這種情況下，當(dāng)兩個(gè)客戶(hù)端都連接到服務(wù)器時(shí)，發(fā)送方發(fā)送消息，服務(wù)器將該消息轉(zhuǎn)發(fā)給接收方，而不將消息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或設(shè)備本地存儲(chǔ)器。
需要知道的一件事是，連接總是由客戶(hù)機(jī)啟動(dòng)的，因?yàn)榉?wù)器不知道客戶(hù)機(jī)的地址，但客戶(hù)機(jī)知道服務(wù)器的地址。
發(fā)送、交付和查看三個(gè)狀態(tài)
發(fā)送：當(dāng)我們發(fā)送一條消息，而該消息被Whatsapp服務(wù)器接收時(shí)。
已傳遞：當(dāng)消息從Whatsapp服務(wù)器傳遞到接收方時(shí)。
已查看：當(dāng)信息被接收者看到/打開(kāi)時(shí)。
為了合并所有這些狀態(tài)更改，每條消息都有一個(gè)唯一的，用于標(biāo)識(shí)每條消息以及來(lái)自各種事件（已發(fā)送/已交付/已查看）的確認(rèn)。
當(dāng)客戶(hù)端連接到服務(wù)器時(shí)，Whatsapp服務(wù)器內(nèi)部會(huì)發(fā)生什么？
當(dāng)客戶(hù)端連接到WhatsApp服務(wù)器時(shí)，將針對(duì)該客戶(hù)端創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程（或線(xiàn)程）。此流程負(fù)責(zé)處理與該客戶(hù)機(jī)相關(guān)的所有操作。
每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)隊(duì)列（以淺綠色突出顯示），作為該進(jìn)程的緩沖區(qū)。創(chuàng)建流程后，將在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建一個(gè)表，以維護(hù)P（流程）和關(guān)聯(lián)客戶(hù)機(jī)的記錄。
Last Seen是怎么回事？
這個(gè)特性的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單和直接，它只需要維護(hù)一個(gè)帶有客戶(hù)機(jī)和時(shí)間戳的記錄。
我們?cè)谥悄苁謾C(jī)中打開(kāi)Whatsapp時(shí)，我們的應(yīng)用程序每5秒向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)脈沖，并且隨著每個(gè)脈沖蕞后一次出現(xiàn)，表中的時(shí)間會(huì)更新。當(dāng)客戶(hù)端斷開(kāi)連接時(shí)，記錄中存在上次看到的時(shí)間，該時(shí)間由關(guān)閉應(yīng)用程序之前發(fā)送的蕞后一個(gè)脈沖更新。
媒體共享是如何運(yùn)作的？
對(duì)于共享，我們不使用用于發(fā)送文本消息的連接，因?yàn)樗且粋€(gè)非常輕量級(jí)的連接，無(wú)法處理這么多負(fù)載。
相反，WhatsApp使用不同的服務(wù)器（如HTTP）來(lái)共享媒體。
當(dāng)我們共享一個(gè)媒體時(shí)，它會(huì)通過(guò)不同的連接上傳到HTTP服務(wù)器，成功上傳后，HTTP服務(wù)器會(huì)返回一個(gè)與該媒體相關(guān)聯(lián)的哈希值或唯一，該哈希值會(huì)發(fā)送到WhatsApp服務(wù)器。在接收方端，同樣的事情以相反的方式工作，接收方接收哈希值，然后從與該哈希值關(guān)聯(lián)的HTTP服務(wù)器下載媒體。
電話(huà)服務(wù)也以與媒體服務(wù)相同的方式工作，為此，我們還使用不同的服務(wù)器，并使用不同類(lèi)型的連接（如套接字等）進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。
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