可靠消息系統(tǒng)移動網(wǎng)絡的論文
1消息系統(tǒng)設計
1.1系統(tǒng)基礎架構
基于不可靠移動網(wǎng)絡的消息系統(tǒng)，是目前移動互聯(lián)網(wǎng)及時通訊研究的熱點，無論是消息推送，還是IM等及時通訊應用都涉及這個方面的問題，如何保證消息及時有效地送到用戶是研究的關鍵。從技術上，消息的送達主要有2類技術，一類是客戶端輪詢，即客戶端不斷地發(fā)送請求獲取新內容;另一類是推送，即服務端在有消息內容時將消息推送到客戶端。輪詢實現(xiàn)比較簡單，即客戶端在一定的時間間隔內向服務端請求，獲取新的數(shù)據(jù)，目前這種方式在當前互聯(lián)網(wǎng)上的消息應用中較為普遍。但這種方式在移動網(wǎng)絡下存在較多問題，如果設置時間間隔太長，會造成消息的及時性不夠，如果設置太短，會造成較大的數(shù)據(jù)流量，移動網(wǎng)絡目前的流量成本還比較高，另外對移動設備的電量消耗較大。而推送方式采用長連接的方式，有效地避免了上述問題，但是，由于移動網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性，在長連接情況下沒有傳統(tǒng)網(wǎng)絡穩(wěn)定，客戶端時有掉線。因此筆者在參考推送模式和XMPP(ExtensibleMessagingandPresenceProtocol，可擴展消息與出席協(xié)議)的基礎上，借用輪詢請求的方式，實現(xiàn)消息的有效回執(zhí)，同時采用重試鏈接的方式回避長連接的不穩(wěn)定，在傳統(tǒng)的推送基礎上加了重發(fā)機制。該消息系統(tǒng)在架構上由客戶端、服務端和數(shù)據(jù)層構成，各層由不同子功能模塊組成�？蛻舳酥饕獮橛脩籼峁┙换ゲ僮鞯慕缑�，包含消息回執(zhí)、消息顯示等模塊，其核心是客戶端收到消息后，根據(jù)消息體的相關屬性決定消息是否需要回執(zhí)，采用何種模板進行消息體的展示。服務端由多臺基于Openfire的IM服務器集群、Zookeeper集群以及消息待發(fā)隊列和重發(fā)隊列組成，用于處理、轉發(fā)及重發(fā)客戶端消息、接收客戶端消息回執(zhí)、監(jiān)聽客戶端狀態(tài)等。此外，還包含統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，用于訪問緩存數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)層用于存儲來自應用系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)和用戶狀態(tài)，其中緩存數(shù)據(jù)庫主要存儲用戶信息及離線消息等，Zookeeper集群主要存儲IM服務器集群的共享數(shù)據(jù)。
1.2各模塊功能
1)客戶端消息回執(zhí)模塊用于構造并發(fā)送客戶端消息回執(zhí)。當客戶端成功接收在線消息或離線消息時，立刻向服務端發(fā)送“成功接收在線消息”或“成功接收離線消息”的回執(zhí)，告知服務器客戶端已成功接收到消息，不用重復向其發(fā)送此消息，服務端的業(yè)務層根據(jù)回執(zhí)的情況對消息進行相應的業(yè)務處理。
2)客戶端消息顯示模塊根據(jù)消息類型對消息予以不同的顯示。消息主要分為普通消息、多媒體消息、聯(lián)動消息3類，客戶端消息顯示模塊根據(jù)上述的類型，從消息彈出方式、消息字體顏色、消息的聯(lián)動等方面進行不同的.處理。比如消息是否需要彈出、客戶端收到消息的聲音模式以及該消息內容是否進行下一步聯(lián)動操作。
3)服務端消息處理模塊主要負責接收客戶端的消息回執(zhí)，當該模塊接收到客戶端的消息回執(zhí)時，表示客戶端已經(jīng)收到該消息，后續(xù)對該消息進行完整的事務處理，把該消息從待發(fā)隊列移除，同時置該消息狀態(tài)位為已發(fā)送。
4)服務端消息處理推送模塊主要根據(jù)消息接收者的狀態(tài)實行不同的消息發(fā)送策略，同時根據(jù)消息的內容和形式組成不同的消息體，便于客戶端進行消息的顯示，同時提供其他應用服務器能夠通過IM服務器向客戶端推送消息接口。
5)服務端消息重發(fā)模塊用于重新發(fā)送未成功送達客戶端的消息。服務器端維護一個重發(fā)隊列保存其發(fā)送過的消息，當收到回執(zhí)時則從隊列刪除相應消息，若未收到回執(zhí)，則在計時器周期遍歷重發(fā)隊列時重發(fā)此消息，以此來提高服務器端向客戶端發(fā)送消息的可靠性。服務器端根據(jù)消息的重要程度采用不同級別的重發(fā)策略，越重要的消息重發(fā)的頻率和次數(shù)越高，多級別的重發(fā)策略便于定制，更為靈活。
6)服務端狀態(tài)管理模塊主要是維護客戶端的長連接狀態(tài)，如客戶端上線、離線、暫時不接受某類消息等，該模塊對消息推送策略的制定至關重要。
7)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)存儲模塊主要是對消息內容的保存和用戶連接狀態(tài)的存儲，由于消息的量比較大，文件大小較小，采用緩存機制可以有效降低磁盤IO吞吐消耗，緩存機制的讀取和存儲速度較快，有效地提升系統(tǒng)的響應速度。
1.3重發(fā)策略分析
保障客戶端的消息接收是本文的關鍵，難點在重發(fā)策略。消息重發(fā)策略包括服務端消息重發(fā)策略及客戶端消息回執(zhí)策略。為支持服務端消息重發(fā)功能，IM服務器需要維護一個消息重發(fā)隊列，當IM服務器推送完成一條消息后，將該消息從待發(fā)隊列中移到重發(fā)隊列，IM服務器檢測客戶端的在線狀態(tài)，如果在線，則立即發(fā)送，同時待成功收到客戶端的回執(zhí)時從重發(fā)隊列刪除相應的消息，如果不在線，則將消息存為離線消息，標識消息的發(fā)送時間和已發(fā)送次數(shù)。IM服務器采用集群方式，各個IM服務器需要共享同一個消息重發(fā)隊列，本文借助Zookeeper實現(xiàn)消息隊列的共享與同步。Zookeeper是通過選舉產(chǎn)生leader和follower，其算法正確執(zhí)行的前提是有一半以上機器正常工作，每臺機器部署一個IM服務器及一個Zookeeper服務器，各IM服務器之間進行負載平衡，各Zookeeper之間進行數(shù)據(jù)同步，IM服務器優(yōu)先從本地Zookeeper存取數(shù)據(jù)。各機器中只有一臺機器作為主服務器，其余作為從屬服務器，主服務器負責消息的重發(fā)。計時器控制消息重發(fā)，要求重發(fā)隊列中的消息至少包含消息體、已重發(fā)次數(shù)、上一次發(fā)送時間等數(shù)據(jù)。當執(zhí)行計時器任務遍歷重發(fā)隊列時，若某消息距上次發(fā)送時間超過閾值則重發(fā)此消息，并修改消息最后一次發(fā)送時間以及已發(fā)送次數(shù)，當某消息發(fā)送次數(shù)達到設定的上限時就將其存為離線消息，待用戶登錄以后再接收此消息。
2消息系統(tǒng)實現(xiàn)
本系統(tǒng)在完成設計后，筆者搭建了一套測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)服務端采用4臺2CPU/4G內存機器做IM服務器和3個Zookeeper集群，1臺2CPU/8G內存的服務器作為數(shù)據(jù)存儲的redis服務器。同時選取了目前市場比較主流的中國移動2GAndroid手機1臺，中國聯(lián)通的3GAndroid手機終端1臺。在應用搭建完成后，分別在2G、3G網(wǎng)絡下，通過服務端進行了100、1000、1000、10000條消息向客戶端推送，一種情況是消息沒有重發(fā)和回執(zhí)策略，另一種情況采取5次的重發(fā)策略和消息回執(zhí)策略，特別是2G(不穩(wěn)定)的網(wǎng)絡，通過提升重試次數(shù)，大大增加了消息的投達能力，消息到達率由80%多平均提升到96%左右，而在3G網(wǎng)絡下，消息的到達率也平均有90%提升到98%左右。同時由于有了消息回執(zhí)機制，服務端顯示的消息到達條數(shù)和客戶端實際收到的消息條數(shù)是一致的。而沒有采用消息回執(zhí)策略的，客戶端實際收到的消息大概是95%左右，有5%的異常情況。進一步分析各種失敗的消息情況，可以看到重試間隔時間越長，消息的失敗率越高。從測試報告可以看出，系統(tǒng)的重試間隔時間在一定范圍內，成功率比較高，隨著時間越長，成功率顯著下降。因此重試間隔也有一定的限制。
3結束語
隨著從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)時代步入移動互聯(lián)網(wǎng)時代，無論對于個人還是企業(yè)，對于即時通訊的需求一直有增無減，及時獲取消息，對提升用戶體驗，保證通信質量，提高用戶滿意度，增強產(chǎn)品及企業(yè)的競爭力具有重要的意義。本文通過結合推送和輪詢模式，探索出一種基于移動網(wǎng)絡安全可靠的消息系統(tǒng)。它既能大大地提升服務能力和服務體驗，還能有效地降低系統(tǒng)成本。
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