消息队列架构设计文档

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。

1. 业务背景

2014年左右，游戏业务发展很快，系统也越来越多，系统间协作的效率很低，例如：

【新版本发布了】

1. 游戏厂家更新游戏版本后，运营人员获取最新的游戏包，更新版本信息，然后上传包到包管理系统打测试包，运营人员进行基本测试。运营子系统通知论坛有新的包将要发布，进行预热。

2. 测试完成后，运营管理子系统要通知包管理系统进行打包

3. 游戏准点正式发布的时候，运营子系统要通知App、Web站点等即时更新到新版本

【玩家充钱了】

1. 玩家进行充值，充值完成后充值子系统通知VIP子系统；

2. VIP子系统判断玩家等级，达到VIP后，等级子系统要通知福利子系统进行奖品发放，要通知客服子系统安排专属服务人员，要通知商品子系统进行商品打折处理……等级子系统的开发人员也是不胜其烦。

基于以上背景，我们需要引入消息队列进行系统解耦，将目前的同步调用改为异步通知。

2. 约束和限制

1.成本：开发成本不能太高。

2.时间：开发投入人力和时间不能太长

3.技术：中间件团队规模不大，大约6人左右。中间件团队熟悉Java语言，开发平台是Linux，数据库是MySQL。目前整个业务系统是单机房部署，没有双机房。

4.质量：业务优先考虑可用性，各种维护操作要方便，例如收发消息情况、权限控制、上下线等。

3. 总体架构

【客户端Role设计】

客户端采用Java语言开发，基于Netty实现与服务端交

【服务器Role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，整个系统可以多个sharding，每个sharding包含一主一从两台服务器（可以对比MongoDB shard）

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

【MySQL的Role和Relation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

【客户端和服务器的Relation设计】

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

3.1 架构分析

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

高可用：需要，游戏版本发布和VIP都是高优先级业务

可扩展：不需要，消息队列的功能基本明确，无需扩展

成本：开发投入人力和时间不能

3.2 总体架构

1）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。

2）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 4）器宕机的情况下，备服务器对外提供消息读取的服务。

5）客户端采取轮询的策略写入和读取消息。

4. 详细设计

4.1 核心功能

【消息发布】

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。

【消息读取】

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。

【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

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。

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。

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

[必选，描述 Role 和 Relation 相关的开发框架、连接协议、数据包格式等]

[样例：

1）消息队列服务器使用 Spring Boot + Netty 开发

2）MySQL 使用 Innodb 存储引擎

3）TCP 包的结构设计……（此处省略，请自行补充）

]

[技巧：如果某个规范涉及内容比较多，请独立章节描述，例如数据包格式定义]

5. 质量设计

[必选，描述和质量相关的设计，包括：可测试性、可维护性、可观测性、成本等设计]

[样例：

5.1 消息队列管理后台

5.2 成本

]

[技巧：如果某个维度不涉及，也请在文档中说明，避免评审的时候被认为考虑不周全]

6. 演进规划

[必选，可以是演进规划，也可以是项目计划，需要描述每个里程碑或者版本具体要实现的能力]

[样例：

6.1 消息队列一期

6.2 消息队列二期

]

[技巧：开发阶段快速迭代，小步快跑，但要基本完善后才能正式推出给其他人用]