Firebase-FCM服务端开发

FCM 云消息传递（Firebase Cloud Messaging）是一种免费的跨平台消息传递解决方案，可让您向客户端应用程序发送推送消息。使用FCM，您可以将推送通知发送到单个设备，设备组或订阅特定“主题”的设备。

FCM特征

消息类型

使用 FCM，您可以向客户端发送两种类型的消息：

通知消息，有时被视为“显示消息”。此类消息由 FCM SDK 自动处理。
数据消息，由客户端应用处理。

应用在后台运行时，通知消息将被传递至通知面板。应用在前台运行时，消息由回调函数处理。

接收同时包含通知和数据有效负载的消息时的应用行为取决于应用是在后台还是前台运行 - 特别是在接收时应用是否处于活动状态。

在后台运行时，应用会在通知面板中接收通知有效负载，且仅在用户点按通知时处理数据有效负载。
在前台运行时，您的应用将会接收一个消息对象，且两种有效负载都可用。

以下是包含 notification 键和 data 键的 JSON 格式的消息：

{
  "message":{
    "token":"bk3RNwTe3H0:CI2k_HHwgIpoDKCIZvvDMExUdFQ3P1...",
    "notification":{
      "title":"Portugal vs. Denmark",
      "body":"great match!"
    },
    "data" : {
      "Nick" : "Mario",
      "Room" : "PortugalVSDenmark"
    }
  }
}

何时使用针对具体平台的字段

如果需要执行下列操作，请使用针对具体平台的字段：

仅向特定平台发送字段
发送针对具体平台的字段以及通用字段

每当您想仅向特定平台发送值时，请不要使用通用字段，而是使用针对具体平台的字段。例如，要仅向 iOS 和网页发送通知而不向 Android 发送通知，您必须针对 iOS 和网页各使用一组字段。

示例：包含针对具体平台的递送选项的通知消息

以下 v1 发送请求会向所有平台发送通用的通知标题和内容，但也会发送一些针对具体平台的覆盖内容。具体而言，该请求会：

为 Android 和网页平台设置较长的存留时间，同时将 APNs (iOS) 消息设置为低优先级
设置适当的键来定义用户在 Android 和 iOS 上点按相应通知的结果（分别是 click_action 和 category）。

{
  "message":{
     "token":"bk3RNwTe3H0:CI2k_HHwgIpoDKCIZvvDMExUdFQ3P1...",
     "notification":{
       "title":"Match update",
       "body":"Arsenal goal in added time, score is now 3-0"
     },
     "android":{
       "ttl":"86400s",
       "notification"{
         "click_action":"OPEN_ACTIVITY_1"
       }
     },
     "apns": {
       "headers": {
         "apns-priority": "5",
       },
       "payload": {
         "aps": {
           "category": "NEW_MESSAGE_CATEGORY"
         }
       }
     },
     "webpush":{
       "headers":{
         "TTL":"86400"
       }
     }
   }
 }

限制和扩缩

我们的目标是始终提供通过 FCM 发送的每条消息。但是，传递每条消息有时会导致整体用户体验不佳。在其他情况下，我们需要提供边界以确保 FCM 为所有发送者提供可扩缩的服务。

向单一设备发送消息的最大速率
您可以向单一设备发送最多 240 条消息/分钟和 5000 条消息/小时。这个高阈值意味着允许短期的流量突发，例如当用户通过聊天快速互动时。此限制可防止发送逻辑时发生的错误无意中耗尽设备上的电池电量。

警告：不要定期发送接近此最大速率的消息。这可能会浪费最终用户的资源，并且您的应用可能会被标记为滥用。

上行消息限额
我们将每个项目的上行消息限制为 15000 条/分钟，以避免上行目标服务器过载。

我们将每台设备的上行消息限制为 1000 条/分钟，以防止因不良应用行为导致电池电量耗尽。

主题消息限额
主题订阅添加/移除率限制为每个项目 3000 QPS。

我们将每个项目正在进行的主题扇出数量限制为 1000。之后，我们可能会拒绝其他扇出请求，直到某些扇出完成为止。

实际可实现的主题扇出率受同时请求扇出的项目数量的影响。单个项目的扇出率为 10000 QPS 并不罕见，但这个数字不是一项保证，而是系统总负载的结果。值得注意的是，可用的扇出容量在项目之间划分，而不是在扇出请求之间划分。因此，如果您的项目有两个正在进行的扇出，那么每个扇出只能确保可用扇出率的一半。最大化扇出速度的推荐方法是一次只有一个进行中的活动扇出。

FCM 服务端环境要求

应用服务器或受信任的服务器环境向 FCM 后端发送消息请求，然后 FCM 后端再将消息发送到用户设备上运行的客户端应用。

受信任的服务器环境的要求
您的应用服务器环境必须符合以下条件：

能够向 FCM 后端发送格式正确的消息请求。
能够使用指数退避算法处理请求和重新发送请求。
能够安全地存储服务器授权凭据和客户端注册令牌。
对于 XMPP 协议（如果使用），服务器必须能够生成消息 ID 来唯一标识它发送的每条消息（FCM HTTP 后端会生成消息 ID 并在响应时返回这些 ID）。XMPP 消息 ID 对于每个发送者 ID 而言都应是唯一的。

建议使用 Firebase Admin SDK，因为它支持各种流行的编程语言，而且处理身份验证和授权的方法非常便捷。
Admin FCM API 可处理后端身份验证工作，同时便于发送消息和管理主题订阅。使用 Firebase Admin SDK，您可以执行以下操作：

向个别设备发送消息
向主题和与一个或多个主题匹配的条件语句发送消息。
为设备订阅和退订主题
针对不同目标平台构建量身定制的消息负载。

FCM 服务器协议

目前 FCM 提供以下原始服务器协议：

FCM HTTP v1 API
旧版 HTTP 协议
旧版 XMPP 协议

您的应用服务器可以分开使用或同时使用这些协议。因为在向多个平台发送消息方面 FCM HTTP v1 API 是最新、最灵活的协议，因此推荐尽可能使用此协议。如果您需要从设备到服务器的上行消息传递功能，则需实现 XMPP 协议。

XMPP 消息传递与 HTTP 消息传递具有以下差异：

上行/下行消息
- HTTP：仅下行，即云到设备。
- XMPP：上行和下行（即设备到云、云到设备）。
消息传递（同步或异步）
- HTTP：同步。应用服务器以 HTTP POST 请求的形式发送消息，并等待响应。此机制是同步的，且发送者无法在收到响应前发送其他消息。
- XMPP：异步。应用服务器通过持续型 XMPP 连接，以全线速向/从所有设备发送/接收消息。XMPP 连接服务器异步发送确认或失败通知（以 ACK 和 NACK JSON 编码的特殊 XMPP 消息形式）。
JSON
- HTTP：JSON 消息以 HTTP POST 的形式发送。
- XMPP：JSON 消息封装在 XMPP 消息中。
纯文本
- HTTP：纯文本消息以 HTTP POST 的形式发送。
- XMPP：不支持。
向多个注册令牌发送多播下行消息。
- HTTP：支持 JSON 格式的消息。
- XMPP：不支持。

以上信息均摘自官网，更多信息请见官网。

FCM 工作流

Overview

如下图所示，FCM充当消息发送者和客户端之间的中介。客户端应用程序是在设备上运行的启用FCM的应用程序。应用服务器（由您或您的公司提供）是客户端应用通过FCM与之通信的启用FCM的服务器。与GCM不同，FCM使您可以通过Firebase控制台通知GUI直接向客户端应用程序发送消息

Registration with FCM

客户端应用必须首先向FCM注册，然后才能进行消息传递。客户端应用程序必须完成下图中显示的注册步骤：

客户端应用程序联系FCM以获取注册令牌，将发件人ID，API密钥和App ID传递给FCM。
FCM将注册令牌返回给客户端应用程序。
客户端应用程序（可选）将注册令牌转发到应用服务器。

应用程序服务器缓存注册令牌，以便与客户端应用程序进行后续通信。应用服务器可以向客户端应用程序发送确认，以指示已收到注册令牌。在进行此握手之后，客户端应用程序可以从应用服务器接收消息（或向其发送消息）。如果旧令牌被泄露，则客户端应用程序可能会收到新的注册令牌（有关应用程序如何接收注册令牌更新的示例，请参阅使用FCM进行远程通知）。

Downstream messaging

下图说明了Firebase Cloud Messaging如何存储和转发下游消息：

当应用服务器向客户端应用程序发送下游消息时，它将使用上图中枚举的以下步骤：

应用服务器将消息发送到FCM。
如果客户端设备不可用，则FCM服务器将消息存储在队列中以供稍后传输。消息最多保留在FCM存储中4周（有关详细信息，请参阅设置消息的生命周期）。
当客户端设备可用时，FCM会将消息转发到该设备上的客户端应用程序。
客户端应用程序从FCM接收消息，对其进行处理，并将其显示给用户。例如，如果消息是远程通知，则将其呈现给通知区域中的用户。
在此消息传递方案中（应用服务器将消息发送到单个客户端应用程序），消息的长度最多可达4kB。

Topic messaging

主题消息使应用服务器可以向已选择加入特定主题的多个设备发送消息。您还可以通过Firebase控制台通知GUI撰写和发送主题消息。 FCM处理主题消息到订阅客户端的路由和传递。此功能可用于天气警报，股票报价和标题新闻等消息。

主题消息中使用以下步骤（在客户端应用程序获取注册令牌之后，如前所述）

客户端应用程序通过向FCM发送订阅消息来订阅主题。
应用服务器将主题消息发送到FCM以进行分发。
FCM将主题消息转发给已订阅该主题的客户端。

正在传递的消息

当下游消息从应用服务器发送到客户端应用程序时，应用服务器将消息发送到Google提供的FCM连接服务器;反过来，FCM连接服务器将消息转发到运行客户端应用程序的设备。消息可以通过HTTP或XMPP（可扩展消息传递和在线协议）发送。由于客户端应用程序并非始终连接或正在运行，因此FCM连接服务器会将消息排入并存储，并在重新连接并可用时将其发送到客户端应用程序。同样，如果应用服务器不可用，FCM会将客户端应用程序的上游消息排入应用服务器。

FCM使用以下凭据来标识应用服务器和客户端应用，并使用这些凭据通过FCM授权消息事务：

Sender ID – 发件人ID是您在创建Firebase项目时分配的唯一数字值。发件人ID用于标识可以向客户端应用程序发送邮件的每个应用程序服务器。发件人ID也是您的项目编号;注册项目时，您可以从Firebase控制台获取发件人ID。发件人ID的示例是496915549731

API Key – API密钥使应用服务器可以访问Firebase服务; FCM使用此密钥对应用服务器进行身份验证。此凭证也称为服务器密钥或Web API密钥。 API密钥的示例是AJzbSyCTcpfRT1YRqbz-jIwp1h06YdauvewGDzk。

App ID – 您的客户端应用程序的标识（独立于任何给定的设备）注册以接收来自FCM的消息。应用程序ID的示例是1：415712510732：android：0e1eb7a661af2460

Registration Token – 注册令牌（也称为实例ID）是给定设备上客户端应用程序的FCM身份。注册令牌在运行时生成 - 您的应用程序在设备上运行时首次向FCM注册时会收到注册令牌。注册令牌授权客户端应用程序的实例（在该特定设备上运行）以从FCM接收消息。注册令牌的示例是fkBQTHxKKhs：AP91bHuEedxM4xFAUn0z ... JKZS（非常长的字符串）。

设计与实现

问题分析

在基于FCM开发时最关键的问题是要搞清楚你期望的是啥？有哪些安全问题需要考虑。比如：

在同一个设备，同一个应用，有多个账号切换登录时，会出现什么情况？在这种场景下你期望的正确策略是什么？
用同一个账号，在多个设备上登录应用，会出现什么情况？在这种场景下你期望的正确策略又是什么？
客户端向服务端注册Token时有漏洞吗？如何确保安全性？

现假设有A，B 2个账号，如果A账号登录APP后发表了一篇文章，然后A从APP内退出了。假设有人收藏了该文章，那么A会收到通知吗？你期望A收到通知吗？如果这时候再切换B账号呢？

好了，这里面有太多种结果了，不做一一分析了，最主要的是想清楚你要的是什么？你期望的是什么？什么是正确且合理的？说下我期望的：

我期望当「A」从「APP内」退出时，不再收到与「A」账号有关的私有通知信息。但是像一些无关紧要的，通用型的，非隐私的消息可以接收，如：系统公告类的通知等。

如果要达到这个期望应该如何设计呢？期望值明确了，需求明确了就逐个分析呗。

设备、注册Token、用户账号、状态，这些是关键元素。其中状态的值为：online和offline。

online 指用户登录了APP，且APP在设备可用。
offline 指用户退出了APP，且APP在设备可用。

逻辑代码

「账号A」在登录后，向「APP服务端」注册Token。
「服务端-注册Token接口」一个设备，只允许存在一条记录，因为一个设备只能同时登录一个账号。所以在注册时，把设备作为查询条件，如果存在，更新uid和Token，并设置状态为online；否则，插入用户ID、设备、Token，并设置状态为online，用户ID从Http Header中的LoginToken里解析出来，设备信息也从Http Header中获取。

走Topic发送消息，优点是同一个账号，多个设备登录的情况比较方便，缺点是退出后不能收到如何消息

「服务端」创建Topic，以uid作为Topic名称。
「服务端」订阅Topic，以uid对应的Tokens作为订阅者，订阅Topic。
「服务端」发送消息到Topic，Topic名称为uid。
「FCM」会把通知消息Push到Topic的订阅者。

走Token发送消息

「服务端」根据账号，找到所有online状态的Tokens，发送消息到Tokens。

接收

「客户端」收到通知消息，如果同一个账号多个设备的情况，那么每个设备都会收到通知。

退出

「账号A」在退出时向「服务端」注销Token，退出前获取注册Token，然后向「服务端」发送注销Token请求。
「服务端」根据账号和设备，修改Token状态为offline。
「服务端」取消订阅Topic。

切换账号

「账号B」退出A，登录B时，由于一个设备只允许允许一个账号，所以B会覆盖A的注册信息。

以上实现既满足「同一个设备，同一个应用，多个账号切换的情况」又满足「同一个账号，多个设备的情况」。

Firebase设备通知推送原则

当应用在前台或系统后台运行时，会接收到Firebase推送给该应用的所有通知。否则当应用不可用，然后重新启动时，会且只能收到Firebase推送的最后一条通知。为什么呢？在我看来这是合理的，设备通知不同于站内消息，不可能把应用彻底离线的这段时间所产生的设备通知，在应用重新打开时一次全部推送给设备。另外即使没有设备通知还有站内消息呢，错过的通知在站内消息里都能找到。

数据结构

FCM渠道表「notify_fcm」
表结构如下：

id: {type: 'integer', primaryKey: true, autoIncrement:true} 
device: {type: 'string', required: true} //设备号，Agent;
token: {type: 'string', required: true} //FCM生成的注册Token;
userId: {type: 'string', required: true}，//用户ID;
state: {type: 'integer', required: true} //状态，online|offline；
createdAt: {type: 'timestamp', required: true} //创建时间;
updateAt: {type: 'timestamp', required: true} //更新时间;

Go实例

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "log"

    firebase "firebase.google.com/go"
    "firebase.google.com/go/messaging"
    "google.golang.org/api/option"
)

func main() {
    var serviceAccountKey = []byte(`{
        "type": "service_account",
        "project_id": "lvxiaorun-22c97",
        "private_key_id": "a212612afee74a54e9e30cb2bfbc5b0c118ca3cc",
        "private_key": "-----BEGIN PRIVATE KEY-----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\ndQBw8Xw1P+U5QtIPf7LOKMtNEw==\n-----END PRIVATE KEY-----\n",
        "client_email": "[email protected]",
        "client_id": "103134511880014813376",
        "auth_uri": "https://accounts.google.com/o/oauth2/auth",
        "token_uri": "https://oauth2.googleapis.com/token",
        "auth_provider_x509_cert_url": "https://www.googleapis.com/oauth2/v1/certs",
        "client_x509_cert_url": "https://www.googleapis.com/robot/v1/metadata/x509/firebase-adminsdk-k3958%40lvxiaorun-22c97.iam.gserviceaccount.com"
     }`)

    // opt := option.WithCredentialsFile("path/to/serviceAccountKey.json")
    opt := option.WithCredentialsJSON(serviceAccountKey)
    app, err := firebase.NewApp(context.Background(), nil, opt)
    if err != nil {
        log.Fatalf("error initializing app: %v\n", err)
    }

    // Obtain a messaging.Client from the App.
    ctx := context.Background()
    client, err := app.Messaging(ctx)
    if err != nil {
        log.Fatalf("error getting Messaging client: %v\n", err)
    }

    uid := "25696773511053390"
    // This registration token comes from the client FCM SDKs.
    registrationToken := "fxV6ToLJh3A:APA91bGfcaOl4mmnj_mPY7MTscjzT0aZLvyK5xaLLboWavxFoeqc3hZu_npEtaINebzHAfOrARg4kn9RmWC9ZYKvhqJrPhnNI43qtUruQsvd7Or7w_ZnDG4agOMM_7xB0J4ci9UHPT5S"

    // These registration tokens come from the client FCM SDKs.
    registrationTokens := []string{
        registrationToken,
        // ...
        "cBYSJNhfG_Q:APA91bFzLxiSVynUc2thc6aGfF1ba_6WoJvOctw2_1cIlUEr2r7Pf-n_Qk6uisLpc9Whcf-UU4WwcjnRwLTm_Zok1pH2RGw2_WvLmaT_AdZp84caH29haB4gQFIdrc0wQSr-vVgR0F3o",
    }

    subscribe(ctx, client, uid, registrationTokens)
    // sendMsgToToken(ctx, client, registrationToken)
    sendMsgToTopic(ctx, client, uid)
    // createCustomToken(ctx, app)
}

func sendMsgToTopic(ctx context.Context, client *messaging.Client, topic string) {
    notification := &messaging.Notification{
        Title: "0007 2019-04-23",
        Body: "fffffffffffffffffffffffffff.",
    }

    // See documentation on defining a message payload.
    message := &messaging.Message{
        Data: map[string]string{
            "score": "88888",
            "time": "2:45",
        },
        Notification: notification,
        Topic: topic,
    }

    // Send a message to the devices subscribed to the provided topic.
    response, err := client.Send(ctx, message)
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    // Response is a message ID string.
    fmt.Println("Successfully sent message:", response)
}

func sendMsgToToken(ctx context.Context, client *messaging.Client, registrationToken string) {
    // See documentation on defining a message payload.

    notification := &messaging.Notification{
        Title: "$GOOG up 1.43% on the day",
        Body: "$GOOG gained 11.80 points to close at 835.67, up 1.43% on the day.",
    }

    // timestampMillis := int64(12345)

    message := &messaging.Message{
        // Data: map[string]string{
        //  "score": "850",
        //  "time": "2:45",
        // },
        Notification: notification,
        Webpush: &messaging.WebpushConfig{
            Notification: &messaging.WebpushNotification{
                Title: "title",
                Body: "body",
                //      Icon: "icon",
            },
            FcmOptions: &messaging.WebpushFcmOptions{
                Link: "https://fcm.googleapis.com/",
            },
        },
        Token: registrationToken,
    }

    // Send a message to the device corresponding to the provided
    // registration token.
    response, err := client.Send(ctx, message)
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    // Response is a message ID string.
    fmt.Println("Successfully sent message:", response)
}

func subscribe(ctx context.Context, client *messaging.Client, topic string, registrationTokens []string) {
    // Subscribe the devices corresponding to the registration tokens to the
    // topic.
    response, err := client.SubscribeToTopic(ctx, registrationTokens, topic)
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    // See the TopicManagementResponse reference documentation
    // for the contents of response.
    fmt.Println(response.SuccessCount, "tokens were subscribed successfully")
}

func createCustomToken(ctx context.Context, app *firebase.App) {
    authClient, err := app.Auth(context.Background())
    if err != nil {
        log.Fatalf("error getting Auth client: %v\n", err)
    }

    token, err := authClient.CustomToken(ctx, "25696773511053390")
    if err != nil {
        log.Fatalf("error minting custom token: %v\n", err)
    }

    log.Printf("Got custom token: %v\n", token)
}

参考

Firebase Cloud Messaging
Device Group Management With Firebase Cloud Messaging
Firebase 云消息传送