前言
如何设计一款高性能，高并发以及高可用的im消息沟通平台是很多公司发展过程中必须要碰到并且解决的问题，如一家公司内部的通信，各个互联网平台的客服咨询，都是离不开一款好用并且方便维护的im消息沟通系统。那么我们应该怎么样来设计一款三高特性的im系统，并能支持各个业务线接入（内部oa通信，客服咨询，消息推送）等功能呢
下面就由我来介绍一下我所负责im消息沟通系统所经历的设计历程
im第一版设计
im第一版设计的初衷是公司需要一款im消息中间件用于支撑客服咨询业务，但是为了方便日后其他业务线也能接入消息沟通平台，所以将整个消息中心的能力需要给到中间件团队进行开发，各业务线接入消息沟通中心实现消息实时触达的能力
im初版架构介绍
存储端
在存储端我们使用tidb,redis作为主要存储，redis用于存储消息已读未读，缓存连接信息等功能，tidb作为开源的分布式数据库，选择它是为了方便消息的存储
mq消息总线
我们使用rocketmq来实现消息总线，消息总线是整个im的核心，使用rocketmq能支持十万级别的tps。基本所有服务都要从消息总线中消费消息进行业务处理
zookeeper注册中心
服务会注册到zk中，方便服务之间内部进行调用，同样也可以暴露服务给外部进行调用
link服务
link服务主要用于接收客户端的ws,tcp,udp等协议的连接，调用用户服务进行认证，并投递连接成功的消息给位置服务进行消费，存储连接信息。ws过来的消息先到link再投递到消息总线
消息分发服务
消息分发服务主要用于接收消息总线推过来的消息进行处理，按照im内部消息协议构造好消息体后又推送到消息总线中，比如会推给会话服务、消息盒子、link服务
位置服务
存储link的ws连接，tcp连接等信息，并使用redis进行缓存,key为userId，方便根据UserId查询到该用户所登录的客户端连接在哪个link上。一个用户在相同设备只能登录一个，可以多端登录
用户服务
用于存储所有用户，提供认证查询接口
消息盒子
存储所有消息，提供消息查询，消息已读未读，消息未读数，消息检索等功能
会话服务
管理会话，群聊会话，单聊会话等功能
整体流程
该设计存在的问题思考
在上面的架构设计中，我们详细介绍了初版系统架构的设计思路以及具体流程，那么在初版设计中存在什么样的问题，又该如何优化呢？
- link服务到消息分发服务的消息推送使用消息总线
初版架构设计中，link服务将消息下推给消息分发服务进行处理使用的mq消息总线，使用mq消息总线会有一定的时延。
a用户发送消息到link --> 消息总线 -->消息分发服务 --> 消息总线 --> link --> b用户
这个流程太长，并且大大降低系统吞吐量
- 消息落库为写扩散
其实现阶段我们使用的微信采用的是写扩散，为啥微信使用写扩散不是缺陷，对于消息沟通中心来说确实缺陷呢？
微信特性：
一、微信号称没有存储用户的聊天记录，全是实时推送
二、微信聊天记录全部会在我们手机端存储一份，两台手机终端上的聊天记录并不互通，并且互不可见
消息沟通中心特性：
一、消息沟通中心是会有拉取历史聊天记录（服务端拉取）的功能，存储了全量消息
二、消息沟通中心不仅要支持客户端版本，还需要支持网页版本，并且很大概率为网页版
综上
1）写扩散对微信这样有客户端版本的即时通讯产品十分友好，每个消息在消息分发的时候给处于这个会话（单聊，群聊）下的所有用户所在客户端先推送消息，
没找到连接就针对这个用户写一个离线缓存消息，那么下次该用户登录进来，可以从缓存中拉取到该消息，并且清掉缓存
2）写扩散对于通用消息沟通平台并不友好，由于接入方大部分是网页版的客户端，所以没有缓存消息的能力，浏览器刷新就没有了任何消息，所以需要实时去
服务端拉取历史消息，假设我是写扩散，在一个群聊中有五百个用户，针对这五百个用户在这个会话，我需要去写五百条消息，大大的增加了写io，并且还不能
写缓存，得写数据库。
- tidb存在不稳定性，以及事务并发问题
tidb是目前主流的开源分布式数据库，查询效率高，无需分库分表。同样，tidb存在一些隐藏的问题
一、在高并发情况下并发事务会导致事务失败，具体原因不知
二、tidb排错成本高，公司很少有tidb专业运维，经常遇到不走索引的情况
- 群聊单聊冗余在同一个服务
在初版设计中，单聊和群聊是冗余在会话服务，并且冗余在同一张表的，其实单聊群聊还是会有不同，如业务属性，虽然都是会话，我们还是需要将这两个服务拆分开，细粒度的服务拆分能更好的把控整体的逻辑。
im第二版升级设计
渐渐的我们发现初版im有很大的不足之处，在生产上暴露出了以下问题：
- tps没达到预期，吞吐量不能满足公司业务的发展
- 使用的存储中间件难以维护，试错成本高，经常在生产暴露问题，并且速度越来越慢
- 消息写扩散没有太大必要，并大大增加了系统io次数
- 一些特性无法支持，比如消息图文检索，消息已读未读
im升级版架构介绍
存储端
存储端我们使用了mysql,针对消息服务单独使用了主从mysql集群，主节点用于写消息，从节点用于消息检索
mq消息总线
与第一版相比没有改动
link服务
与第一版相比改动了link服务到消息分发服务的消息推送方式（变更为tcp实时推送）
消息分发服务
集成了消息处理能力，路由能力，每台消息分发服务拥有所有link服务的tcp连接
单聊服务
负责单聊会话的管理能力
群聊服务
负责群聊会话的管理能力
用户服务
提供用户认证，登录\注册能力
针对第一版本的改动对比
- 将link到消息分发服务改为tcp实时连接，百万客户端连接同一台link机器，消息实时触达能力tps达到16万
link到消息分发服务的改版是本次设计的亮点之一
完全消除了mq推送的时延性，并且路由简单，几乎实时触达
用户a --> link --> 消息分发 --> link --> 用户b
link服务到消息分发服务集群的消息推送使用轮询负载均衡的方式，保证公平，不会导致个别机器负载过高
- 取消位置服务，消息分发服务集成位置服务的能力
消息分发服务本身业务简单，不需要再单独划分位置服务，增加网络io，并且消息分发服务直连link，它负责路由更加方便
- 存储端使用mysql,增强可维护性，消息服务使用主从读写分离方式，提高消息落库速度与检索速度，减轻数据库压力
前面有提到过使用tidb这样维护成本高，排查问题难的分布式数据库是一件很痛苦的事情，我们使用mysql更加稳定，大家对mysql的学习成本相对较低。针对消息服务使用读写分离的方式，能大大提高消息的吞吐量
- 实现了特性功能，消息已读未读，红包推送，商品链接推送等功能
新版消息沟通中心加入了消息已读未读，发送红包，链接推送等功能，这些功能带有一定的特性，毕竟不是所有Im都需要，可通过配置取消这些功能
- 消息存储写扩散改为读扩散
前面有提到，写扩散和读扩散的利弊，对于网页端我们更适合使用读扩散，只需要落一条消息，大大提高消息服务的吞吐量
- 增加门面服务 im-logic，用于暴露给第三方业务线接口调用
初版都是im的各个服务各自暴露接口给到外部进行调用， 我们统一使用logic服务暴露给外部调用，在logic服务针对调用可以做一些处理，这样不会影响到整体im的通用，不会增加im底层代码的复杂度。将业务逻辑与底层进行解耦
优化效果对比
| 指标 | 第一版 | 第二版 |
|---|---|---|
| 消息实时触达 | 10000tps | 160000tps |
| 全链路tps | 5000tps | 15000tps |
| 消息推送 | 6000tps | 50000tps |
业务线接入im的业务划分思考（以客服系统以及企业微信为例）
假如我开发了一款通用的im消息沟通系统，现在有很多业务方需要接入我们，我们该如何进行业务域的清晰划分显得尤为重要，在妥协与不妥协中进行平衡
当前开源消息沟通平台存在的问题
当前开源的很多消息沟通中心其实是集成了很多的业务逻辑，要不这是一款单纯的客服系统，要不这就是一款好友聊天系统。中间的业务划分并不明确。当然，这也有好处，拿来就能用，并不需要进行二次业务封装。
如何将im设计为一款真正的高性能通用im消息沟通系统
通用的消息沟通平台只需要有通用的底层能力：
以下案例假设在我已经按照上述架构设计了一版im消息沟通中心
客服系统
客服系统不光需要实现自身业务，还需要整合im的消息能力，消费im的消息，来进行场景分析，实现会话变更，信令消息推送等逻辑，客服系统内部需要根据im的底层支持能力进行相应的业务封装以及客服系统的客服用户池，c端用户池如何初始化到im的用户中心这些问题都是需要考虑进去的
内部通信
员工内部通信系统需要集成好友功能，需要根据im的用户中心封装组织架构，用户权限等功能。同时，内部通信系统需要根据im实现消息已读未读，群聊列表，会话列表拉取等功能。
总结
im的消息沟通平台是一款需要高度结合业务的中间件系统，它直接与业务打交道，跟普通的中间件有根本的区别，一款好用的im的消息沟通平台，直接取决于你的通用性，可扩展性以及系统吞吐能力。希望这篇文章能对大家开发im时候的思路有所启迪。