微信、陌陌等著名IM软件设计架构详解

对微信、陌陌等进行了分析，发出来分享一下(时间有些久了) 电量：对于移动设备最大的瓶颈就是电量了。因为用户不可能随时携带电源，充电宝。所以必须考虑到电量问题。那就要检查我们工程是不是有后台运行，心跳包发送时间是不是合理。 流量：对于好多国内大部分屌丝用户来说可能还是包月30M，那么我们必须站在广大用户角度来考虑问题了。一个包可以解决的就一个包。

网络： 这个也是IM最核心的内容了，我们要做到在任何网络下等顺畅聊天那就不容易了，好多公司都用的xmpp框架，如果在强网络环境下，xmpp完全没有问题。但是那种弱网络环境下xmpp就束手无策啦，用户体验就很垃圾了。 个人觉得xmpp 可以玩玩(参考看这个RFC3920和RFC3921 )， 但是用来真正的产品就差远了。如果遇到一个做IM 的朋友张口闭口都说xmpp 的话，那么不用沟通了，肯定不是什么好产品。微信、QQ以前也曾用过xmpp，但是最后也放弃了xmpp，就知道xmpp有很多弊端了，还有就是报文太大，好臃肿，浪费流量。为了保证稳定，微信用了长链接和短链接相结合，例如： 1 、两个域名 微信划分了http模式(short链接)和 tcp 模式(long 链接)，分别应对状态协议和数据传输协议 long.weixin.qq.com dns check (112.64.237.188 112.64.200.218) short.weixin.qq.com dns check ( 112.64.237.186 112.64.200.240) 2 说明 2.1 short.weixin.qq.com 是HTTP协议扩展，运行8080 端口，http body为二进制(protobuf)。 主要用途(接口)： 用户登录验证; 好友关系(获取，添加); 消息sync (newsync)，自有sync机制; 获取用户图像; 用户注销; 行为日志上报。 朋友圈发表刷新 2.2 long.weixin.qq.com tcp 长连接， 端口为8080，类似微软activesync的二进制协议。 主要用途(接口)： 接受/发送文本消息; 接受/发送语音; 接受/发送图片; 接受/发送视频文件等。 所有上面请求都是基于tcp长连接。在发送图片和视频文件等时，分为两个请求;第一个请求是缩略图的方式，第二个请求是全数据的方式。 2.2.1 数据报文方面 增量上传策略： 每次8k左右大小数据上传，服务器确认;在继续传输。 图片上传： 先传缩略图，传文本消息，再传具体文件 下载： 先下载缩略图， 在下载原图 下载的时候，全部一次推送。

3 附录 3.1 用户登录验证 POST /cgi-bin/micromsg-bin/auth HTTP/1.1 Accept: ** User-Agent: Mozilla/4.0 Content-Type: application/x-www-form-urlencoded Host: short.weixin.qq.com Content-Length: 174 3.3 消息sync (newsync) POST /cgi-bin/micromsg-bin/newsync HTTP/1.1 Host: short.weixin.qq.com User-Agent: Android QQMail HTTP Client Cache-Control: no-cache Connection: Keep-Alive Content-Type: application/octet-stream accept: ** Content-Length: 206 3.5 用户注销 POST /cgi-bin/micromsg-bin/iphoneunreg HTTP/1.1 Accept: */* User-Agent: Mozilla/4.0 Cotent-Type: application/x-www-form-urlencoded Host: short.weixin.qq.com Content-Length: 271 3.6 行为日志上报 POST /cgi-bin/stackreport?version=240000a7&filelength=1258&sum=7eda777ee26a76a5c93b233eed504c7d&reporttype=1&username=jolestar HTTP/1.1 Content-Length: 736 Content-Type: binary/octet-stream Host: weixin.qq.com Connection: Keep-Alive User-Agent: Apache-HttpClient/UNAVAILABLE (java 1.4)

从现在互联网的发展而言，IM和视频(包括IM里面视频通话)是一个方向，这些都应该成为互联网的基础设施，就像浏览器一样。现在IM还没有一个很好的解决方案，XMPP并不能很好地做到业务逻辑独立开来。从IM的本质来看，IM其实就是将一条消息从一个地方传输到另外一个地方，这个和TCP很像，为什么不实现一个高级点的TCP协议了，只是将TCP/IP里面的IP地址换成了一个类似XMPP的唯一ID而已，其他的很多细节都可以照搬TCP协议。有了这个协议之后，将业务逻辑在现有HTTP server的基础上做，例如发送语音和图片就相当于上传一个文件，服务器在处理完这个文件后就发一条特殊的IM消息。客户端收到这个IM消息后，按照IM消息里面url去HTTP server取语音文件和图片文件。将HTTP server和IM server打通之后，可以做很多事情。但将这个两个server合并在一块并不是一个好事，不然腾讯也不会有2005年的战略转型了。从现在的情况来看，应用除了游戏，都没怎么赚钱，现在能够承载赚钱业务的还是以web为主。IM不可以赚钱，但没有却是不行的，就像一个地方要致富，不修路是不行的道理一样。

上面说到了protobuf ，就简单介绍下：

JSON相信大家都知道是什么东西，如果不知道，那可就真的OUT了，GOOGLE一下去。这里就不介绍啥的了。

Protobuffer大家估计就很少听说了，但如果说到是GOOGLE搞的，相信大家都会有兴趣去试一下，毕竟GOOGLE出口，多属精品。

Protobuffer是一个类似JSON的一个传输协议，其实也不能说是协议，只是一个数据传输的东西罢了。

那它跟JSON有什么区别呢?

跨语言，这是它的一个优点。它自带了一个编译器，protoc，只需要用它进行编译，可以编译成JAVA、python、C++代码，暂时只有这三个，其他就暂时不要想了，然后就可以直接使用，不需要再写任何其他代码。连解析的那些都已经自带有的。JSON当然也是跨语言的，但这个跨语言是建立在编写代码的基础上。

陌陌设计： 陌陌发展刚开始由于规模小，30-40W的连接数(包括Android后台长连接用户)，也使用XMPP;由于XMPP的缺点：流量大(基于XML)，不可靠(为传统固定网络设计，没有考虑WIFI/2G/3G/地铁/电梯等复杂网络场景)，交互复杂(登陆需5-6次，尤其是TLS握手);XMPP丢消息的根本原因：服务端和客户端处于“半关闭”状态，客户端假连接状态，服务端有收不到回执;Server端连接层和逻辑层代码没有解耦分离，常常重启导致不可用;

消息中转：

链接层：

逻辑层：

通讯协议设计：

高效：弱网络快速的收发 可靠：不会丢消息 易于扩展 协议格式：

Redis协议：

是啊发

阿萨德发阿发a

优化 连接层(参见通讯服务器组成)：只做消息转发，允许随时重启更新，设计原则简单/异步;单台压测试连接数70W;现状：1.5亿用户，月活5000W+，连接数1200W+;

逻辑层(参见通讯服务器组成)：用户会话验证即登陆、消息存取、异步队列

采用私有通讯协议，目标：高效，弱网络快速收发;可靠：不会丢消息;易于扩展;参考协议格式：REDIS协议;参见协议格式、基于队列的消息协议、基于队列的交互、基于版本号的消息协议、基于版本号的交互等;

核心的长连接只用于传输轻量的实时数据，图片、语音等都开新的TCP或HTTP连接;

一切就绪后，最重要的就是监控，写一个APP查看所有的运营状态，每天观察;

如何选择最优路线，即智能路由;

二、智能路由、连接策略：

多端口、双协议支持

应对移动网关代理的端口限制

支持TCP、HTTP两种协议

根据备选IP列表进行并发测速(IP+端口+协议)

后端根据终端连接情况，定时更新终端的备选IP列表

终端在连接空闲时上报测速数据，便于后端决策

TCP协议不通，自动切换到http

优先使用最近可用IP

并发测速，根据终端所处的位置下发多组IP、PORT，只用IP，不用域名，手机上的DNS50%不准

负载均衡器(LVS...)的问题– 单点失效

单点性能瓶颈

负载均衡从客户端开始做起? 域名负载的问题

域名系统不可靠– 更新延迟大

WNS(wireless network services)

1解决移动互联网开发常见问题：通道：数据交互、大数据上传、push 网络连接：大量长链接管理、链接不上、慢、多地分布运营支撑：海量监控、简化问题定位登录&安全：登录鉴权、频率控制

移动互联网特点： 1、高延时： 信道建立耗时( 高RTT) 2、低宽带、高丢包 3、多运营商(电信，移动，联通等) 4、复杂网络 -2G，3G，4G，wifi。cmwap，cmnet。。 -网关限制：协议，端口 5、用户流动性大，上网环境复杂

WNS 性能指标：

1、开发时间：历史一年半 2、链接成功率-99.9% 3、极端网络环境下成功率-由于常见app 4、crash率 -0.02%(crash次数/登录用户数)

微信后台系统架构 背景： A、分布式问题收敛 后台逻辑模块专注逻辑，快速开发 可能读取到过时的数据是个痛点 需要看到一致的数据 B、内部定义 数据拥有两个以上的副本 如果成功提交了变更，那么不会再返回旧数据 推演： 1增加一个数据 2 序列号发生器，偏序 约束：只能有一个client操作 client有解决冲突的能力 问题转移：client如何分布? 3 修改集群中一个制定的key的value 1)覆盖他 2)根据value的内容做修改 if value = 1 then value ：=2 通用解法： 1)paxos算法 工程难度 一切可控

分布式算法设计： 2)quorum算法(2011) 再单个key上面运算 真是系统约束 类paxos方案，简化 为每次变更选举(by key) 算法过程 提议/变更/同步/广播

系统架构

写流程

Replication & Sharding 权衡点 自治，负载均衡，扩散控制 replication->relation

容灾抵消 同城(上海)多数派存活 三园区(独立供电，独立)

Sharding

一组KV6 为一个单位

1、人工阶段 局部扩容，影响收敛9 2均匀分布 制定分段hash32 (string) 翻倍扩容

3一致性哈希 具体实现? 1、业务侧快速开发 存储需要提供强一致性 丰富的数据模型支持(结构化、类SQL/KV) 条件读，条件写

2 业务增长迅速，系统要能够方便的横向扩容 3设备故障/短时节点实效便成为常态，容灾自动化，主碑可写无需人工介入 4小数据

存储模型 纯内存 Bitcask 小表系统 LSM-tree

小表系统 1、解决放大问题 2、数据按变更聚集存储 3、Affected1 ChangeTable (1+2+。。。。+n-1+total)/n 4、分裂与合并 数据流动 1、自动化迁移 2、节点同时做代理 3、合并磁盘io

同步流量 1、数据vs 操作 2、幂等 3、保底策略

通信包量 1、动态合并 100K qps 200% -10% 3、权衡与估算 设计要点 1、吞吐量 2、异步化 3、复杂度 4、libco 自动修复系统 1、不要让错误累计 2、全量扫描 bitcask 的一些变化 1、内存限制 2、全内存