本文以用QQ好友系統(tǒng)為例，為大家分析QQ好友系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理以及設(shè)計(jì)步驟。閱讀完整文相信大家對(duì)設(shè)計(jì)QQ好友系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識(shí)。
什么是好友系統(tǒng)？
簡(jiǎn)單的說(shuō)，好友系統(tǒng)是維護(hù)用戶好友關(guān)系的系統(tǒng)。我們最熟悉的好友系統(tǒng)案例當(dāng)屬Q(mào)Q，實(shí)際上QQ是一款即時(shí)通訊工具，憑著好友系統(tǒng)沉淀了海量的好友關(guān)系鏈，從而鑄就了一個(gè)堅(jiān)不可摧的商業(yè)帝國(guó)。好友系統(tǒng)的重要性可見(jiàn)一斑。
熟悉互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的人都知道，當(dāng)產(chǎn)品有了一定的用戶量，往往會(huì)開(kāi)發(fā)一個(gè)好友系統(tǒng)。其主要目的是增加用戶粘性（有了好友就會(huì)常來(lái)）或者增加社區(qū)活躍度（有了好友就會(huì)多交流）。
而我的后臺(tái)開(kāi)發(fā)生涯就是從這樣一個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始的。
那時(shí)候，好友系統(tǒng)對(duì)于我們團(tuán)隊(duì)大部分人來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)全新的事物，因?yàn)槲覀兇蟛糠秩硕际菓?yīng)屆生。整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)自然不是我們一群黃毛小孩所能創(chuàng)造。當(dāng)年的架構(gòu)圖已經(jīng)找不到了，但是憑著一點(diǎn)記憶和多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)積累，還是可以把當(dāng)年的架構(gòu)勾勒出來(lái)。
如圖，好友系統(tǒng)的架構(gòu)是常見(jiàn)的3層結(jié)構(gòu)，包括接入層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。
我們先從數(shù)據(jù)層講起。
因?yàn)槲覀儗?duì)QQ太熟悉了，我們可以很容易地列出好友系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包括用戶資料、好友關(guān)系鏈、消息（聊天消息和系統(tǒng)消息）、在線狀態(tài)等。
互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品往往要面對(duì)海量的請(qǐng)求并發(fā)，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)比較難滿足讀寫(xiě)需求。在存儲(chǔ)中，一般是讀多寫(xiě)少的數(shù)據(jù)才會(huì)使用MySQL等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，而且往往還需要增加緩存來(lái)保證性能；NoSQL（Not Only SQL）應(yīng)該是目前的主流。
對(duì)于好友系統(tǒng)，用戶資料和好友關(guān)系鏈都使用了kv存儲(chǔ)，而消息使用公司自研的tlist（可以用redis的list替代），在線狀態(tài)下面再介紹。
接著是邏輯層。
在這個(gè)系統(tǒng)中復(fù)雜度最高的應(yīng)該是消息服務(wù)（而這個(gè)服務(wù)我并沒(méi)有參與開(kāi)發(fā)[捂臉]）。
消息服務(wù)中，消息按類(lèi)型分為聊天消息和系統(tǒng)消息（系統(tǒng)消息包括加好友消息、全局tips推送等），按狀態(tài)分為在線消息和離線消息。在實(shí)現(xiàn)中，維護(hù)3種list：聊天消息、系統(tǒng)消息和離線消息。聊天消息是兩個(gè)用戶共享的，系統(tǒng)消息和離線消息每個(gè)用戶獨(dú)占。當(dāng)用戶在線時(shí)，聊天消息和系統(tǒng)消息是直接發(fā)送的；如果用戶離線，就把消息往離線消息list存入一份，等用戶再次登錄時(shí)拉取。
這樣看來(lái)，消息服務(wù)并不復(fù)雜？其實(shí)不然，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常規(guī)的流程設(shè)計(jì)往往是比較簡(jiǎn)單的，但是對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，異常情況才是常態(tài)，當(dāng)把各種異常情況都考慮進(jìn)來(lái)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)非常復(fù)雜。
這個(gè)例子中，消息發(fā)送丟包是一種異常情況，怎么保證在丟包情況下，還能正常運(yùn)行就是一個(gè)不小的問(wèn)題。
常見(jiàn)的解決方法是收包方回復(fù)確認(rèn)包，發(fā)送方如果沒(méi)收到確認(rèn)包就重發(fā)。但是確認(rèn)包又可能丟包，那又可以給確認(rèn)包增加一個(gè)確認(rèn)包，這是一個(gè)永無(wú)止境的確認(rèn)。
解決方法可以參考TCP的重傳機(jī)制。那問(wèn)題來(lái)了，我們?yōu)槭裁床挥肨CP呢？因?yàn)門(mén)CP還是比較慢的，聊天消息的可靠性沒(méi)有交易數(shù)據(jù)要求那么高，丟幾條消息并不會(huì)造成嚴(yán)重后果，但是如果用戶每次發(fā)送消息后都要等很久才能被收到，那體驗(yàn)是很差的。
一個(gè)比較折中的方案是，收包方回復(fù)確認(rèn)包，如果發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)就重發(fā)；如果收包方收到兩個(gè)相同的包（自定義seq一樣），去重即可。
一個(gè)面試題引發(fā)的討論：
面試時(shí)我常常會(huì)問(wèn)候選人一個(gè)問(wèn)題：在分布式系統(tǒng)中怎樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)用戶同時(shí)只能有一個(gè)終端在線（用戶在兩個(gè)地方先后登錄賬號(hào)，后一次登錄可以把前一次登錄踢下線）？這是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中非常基礎(chǔ)的一個(gè)功能，考察的是候選人基本的架構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
設(shè)計(jì)要先從接入服務(wù)器（下稱(chēng)接口機(jī)）說(shuō)起。接口機(jī)是好友系統(tǒng)對(duì)外的窗口，主要功能是維護(hù)用戶連接、登錄鑒權(quán)、加解密數(shù)據(jù)和向后端服務(wù)透?jìng)鲾?shù)據(jù)等。用戶連接好友系統(tǒng)，首先是連接到接口機(jī)，鑒權(quán)成功后，接口機(jī)會(huì)在內(nèi)存中維護(hù)用戶session，后續(xù)的操作都是基于session進(jìn)行。
如圖所示，用戶如果嘗試登錄兩次，接口機(jī)通過(guò)session就可以將第一次的登錄踢下線，從而保證只有一個(gè)終端在線。
問(wèn)題解決了嗎？
沒(méi)有。因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)肯定不會(huì)只有一臺(tái)接口機(jī)，在多臺(tái)接口的情況下，上面的方法就不可行了。因?yàn)槊總€(gè)接口機(jī)只能維護(hù)部分用戶的session，所以如果用戶先后連接到不同的接口機(jī)，就會(huì)造成用戶多處登錄的問(wèn)題。
自然可以想到，解決的方法就是要維護(hù)一個(gè)用戶狀態(tài)的全局視圖。在我們的好友系統(tǒng)中，稱(chēng)為在線狀態(tài)服務(wù)。
在線狀態(tài)服務(wù)，顧名思義就是維護(hù)用戶的在線狀態(tài)（登錄時(shí)間、接口機(jī)IP等）的服務(wù)。用戶登錄和退出會(huì)通過(guò)接口機(jī)觸發(fā)這里的狀態(tài)變更。因?yàn)榈卿洶屯顺霭伎赡軄G包，所以心跳包也用作在線狀態(tài)維護(hù)（收到一次心跳標(biāo)記為在線，收不到n次心跳標(biāo)記為離線）。
一種常用的方法是，采用bitmap存儲(chǔ)在線狀態(tài)，具體是指在內(nèi)存中分配一塊空間，32位機(jī)器上的自然數(shù)一共有4294967296個(gè)，如果用一個(gè)bit來(lái)表示一個(gè)用戶ID（例如QQ號(hào)），1代表在線，0代表離線，那么把全部自然數(shù)存儲(chǔ)在內(nèi)存只要4294967296 / (810241024) = 512MB（8bit = 1Byte）。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)中也可以根據(jù)需要給每個(gè)用戶分配更多的bit。
于是，踢下線功能如圖所示。
用戶登錄的時(shí)候，接口機(jī)首先查找本機(jī)上是否有session，如果有則更新session，接著給在線狀態(tài)服務(wù)發(fā)送登錄包，在線狀態(tài)服務(wù)檢查用戶是否已經(jīng)在線，如果在線則更新?tīng)顟B(tài)信息，并向上次登錄的接口機(jī)IP發(fā)送踢下線包；接口機(jī)在收到踢下線包時(shí)會(huì)檢查包中的用戶ID是否存在session，如果存在則給客戶端發(fā)送踢下線包并刪除session。
在實(shí)際中，踢下線功能還有很多細(xì)節(jié)問(wèn)題需要注意。
又回到用戶先后登錄同一臺(tái)接口機(jī)的情況：
圖中踢下線流程是正確的，但是如果步驟10和13調(diào)換了順序（在UDP傳輸中是常見(jiàn)的）會(huì)發(fā)生什么？大家可以自己推演一下，后到的踢下線包會(huì)把第二次登錄的A’踢下線了。這不是我們期望的。怎么辦呢？
解決方法分幾個(gè)細(xì)節(jié)，①接口機(jī)在收到13號(hào)登錄成功包時(shí)，先將session A替換成session A’，然后給客戶端A發(fā)生踢下線包（避免多處存活導(dǎo)致互相踢下線）；②踢下線包中必須包含除用戶ID外的其他標(biāo)識(shí)信息，session的唯一標(biāo)識(shí)應(yīng)該是ID+XXX的形式（我最開(kāi)始采用的是ID+LoginTime），XXX是為了區(qū)分某次的登錄；③接口機(jī)在收到踢下線包的時(shí)候只要判斷ID+XXX是否吻合來(lái)決定是否給客戶端發(fā)踢下線包。
現(xiàn)實(shí)情況，問(wèn)題總是千奇百怪的，好在辦法總比問(wèn)題多。
比如我在項(xiàng)目中遇到過(guò)接口機(jī)和在線狀態(tài)服務(wù)時(shí)間漂移（差幾秒）的情況。這樣踢下線的唯一標(biāo)識(shí)就不能是用戶ID+LoginTime的形式了?？梢詾槊看蔚牡卿浬梢粋€(gè)唯一的UUID解決。類(lèi)似的問(wèn)題還有很多，不再贅述。
總結(jié)一下，本篇主要介紹了好友系統(tǒng)的整體架構(gòu)和部分模塊的實(shí)現(xiàn)方式。分布式系統(tǒng)中各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)其實(shí)并不難，難點(diǎn)主要在于應(yīng)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來(lái)的問(wèn)題（如丟包、時(shí)延等）和服務(wù)器異常帶來(lái)的問(wèn)題（如為了應(yīng)對(duì)服務(wù)器宕機(jī)會(huì)增加服務(wù)器冗余度，進(jìn)而又會(huì)引發(fā)其它問(wèn)題）。
看完這篇文章，你們學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)QQ好友系統(tǒng)了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站建設(shè)公司行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀。
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