从新手到专家：如何设计一套亿级消息量的分布式IM系统

本文原作者Chank，原题“如何设计一个亿级消息量的 IM 系统”，为了提升内容质量，即时通讯收录时有修订和改动。

1、写有前面

本文将在亿级消息量、分布式IM系统这个技术前提下，分析和总结实现这套系统所需要掌握的知识点，内容没有高深的技术概念，尽量做到新手老手皆能读懂。



本文不会给出一套通用的IM方案，也不会评判某种架构的好坏，而是讨论设计IM系统的常见难题跟业界的解决方案。

因为也没有所谓的通用IM架构方案，不同的解决方案都各有其优缺点，只有最满足业务的系统才是一个好的系统。

在人力、物力、时间资源有限的前提下，通常需要做出很多权衡，此时，一个能够支持快速迭代、方便扩展的IM系统才是最优解。

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2、相关文章

与本文类似，以下两篇也非常适合同时阅读，有兴趣可以一并学习。

• 《一套亿级用户的IM架构技术干货(上篇)：整体架构、服务拆分等》
• 《一套亿级用户的IM架构技术干货(下篇)：可靠性、有序性、弱网优化等》
  

3、IM常见术语

0）用户：系统的使用者。

1）消息：是指用户之间的沟通内容（通常在IM系统中，消息会有以下几类：文本消息、表情消息、图片消息、视频消息、文件消息等等）。

2）会话：通常指两个用户之间因聊天而建立起的关联。

3）群：通常指多个用户之间因聊天而建立起的关联。

4）终端：指用户使用IM系统的机器（通常有Android端、iOS端、Web端等等）。

5）未读数：指用户还没读的消息数量。

6）用户状态：指用户当前是在线、离线还是挂起等状态。

7）关系链：是指用户与用户之间的关系，通常有单向的好友关系、双向的好友关系、关注关系等等（这里需要注意与会话的区别：用户只有在发起聊天时才产生会话，但关系并不需要聊天才能建立。对于关系链的存储，可以使用图数据库（Neo4j等等），可以很自然地表达现实世界中的关系，易于建模）。

8）单聊：一对一聊天。

9）群聊：多人聊天。

10）客服：在电商领域，通常需要对用户提供售前咨询、售后咨询等服务（这时，就需要引入客服来处理用户的咨询）。

11）消息分流：在电商领域，一个店铺通常会有多个客服，此时决定用户的咨询由哪个客服来处理就是消息分流（通常消息分流会根据一系列规则来确定消息会分流给哪个客服，例如客服是否在线（客服不在线的话需要重新分流给另一个客服）、该消息是售前咨询还是售后咨询、当前客服的繁忙程度等等）。

12）信箱：本文的信箱我们指一个Timeline、一个收发消息的队列。

4、读扩散 vs 写扩散

IM系统里经常会涉及到读扩散和写扩散这两个技术概念，我们来看看。

4.1读扩散

如上图所示：A与每个聊天的人跟群都有一个信箱（有些博文会叫Timeline，见《现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨》），A在查看聊天信息的时候需要读取所有有新消息的信箱。

需要注意与Feeds系统的区别：在Feeds系统中，每个人都有一个写信箱，写只需要往自己的写信箱里写一次就好了，读需要从所有关注的人的写信箱里读。但IM系统里的读扩散通常是每两个相关联的人就有一个信箱，或者每个群一个信箱。

读扩散的优点：

• 1）写操作（发消息）很轻量，不管是单聊还是群聊，只需要往相应的信箱写一次就好了；
• 2）每一个信箱天然就是两个人的聊天记录，可以方便查看聊天记录跟进行聊天记录的搜索。
  

读扩散的缺点：读操作（读消息）很重，在复杂业务下，一条读扩散消息源需要复杂的逻辑才能扩散成目标消息。

4.2写扩散

接下来看看写扩散。



如上图所示：在写扩散中，每个人都只从自己的信箱里读取消息。

但写（发消息）的时候，对于单聊跟群聊处理如下：

• 1）单聊：往自己的信箱跟对方的信箱都写一份消息，同时，如果需要查看两个人的聊天历史记录的话还需要再写一份（当然，如果从个人信箱也能回溯出两个人的所有聊天记录，但这样效率会很低）；
• 2）群聊：需要往所有的群成员的信箱都写一份消息，同时，如果需要查看群的聊天历史记录的话还需要再写一份。可以看出，写扩散对于群聊来说大大地放大了写操作。
  

PS：实际上群聊中消息扩散是IM开发中的技术痛点，有兴趣建议详细阅读：《有关IM群聊技术实现的文章汇总》。

写扩散优点：

• 1）读操作很轻量；
• 2）可以很方便地做消息的多终端同步。
  

写扩散缺点：写操作很重，尤其是对于群聊来说（因为如果群成员很多的话，1条消息源要扩散写成“成员数-1”条目标消息，这是很恐怖的）。

在Feeds系统中：

• 1）写扩散也叫：Push、Fan-out或者Write-fanout；
• 2）读扩散也叫：Pull、Fan-in或者Read-fanout。
  

5、唯一ID的技术方案

5.1基础知识

通常情况下，ID设计主要有以下几大类：

• 1）UUID；
• 2）基于Snowflake算法的ID生成方式；
• 3）基于申请DB步长的生成方式；
• 4）基于Redis或者DB的自增ID生成方式；
• 5）特殊的规则生成唯一ID。
• ... ...
  

具体的实现方法跟优缺点可以参考以下IM消息ID的专题文章：

• 《IM消息ID技术专题(一)：微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（算法原理篇）》
• 《IM消息ID技术专题(二)：微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（容灾方案篇）》
• 《IM消息ID技术专题(三)：解密融云IM产品的聊天消息ID生成策略》
• 《IM消息ID技术专题(四)：深度解密美团的分布式ID生成算法》
• 《IM消息ID技术专题(五)：开源分布式ID生成器UidGenerator的技术实现》
• 《IM消息ID技术专题(六)：深度解密滴滴的高性能ID生成器(Tinyid)》
  

在IM系统中需要唯一Id的地方主要是：

• 1）聊天会话ID；
• 2）聊天消息ID。
  

5.2消息ID

我们来看看在设计消息ID时需要考虑的三个问题。

5.2.1）消息ID不递增可以吗？

我们先看看不递增的话会怎样：

• 1）使用字符串，浪费存储空间，而且不能利用存储引擎的特性让相邻的消息存储在一起，降低消息的写入跟读取性能；
• 2）使用数字，但数字随机，也不能利用存储引擎的特性让相邻的消息存储在一起，会加大随机IO，降低性能；而且随机的ID不好保证ID的唯一性。
  

因此，消息ID最好是递增的。

5.2.3）全局递增 vs 用户级别递增 vs 会话级别递增：

全局递增：指消息ID在整个IM系统随着时间的推移是递增的。全局递增的话一般可以使用Snowflake（当然，Snowflake也只是worker级别的递增）。此时，如果你的系统是读扩散的话为了防止消息丢失，那每一条消息就只能带上上一条消息的ID，前端根据上一条消息判断是否有丢失消息，有消息丢失的话需要重新拉一次。

用户级别递增：指消息ID只保证在单个用户中是递增的，不同用户之间不影响并且可能重复。典型代表：微信（见《微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（算法原理篇）》）。如果是写扩散系统的话信箱时间线ID跟消息ID需要分开设计，信箱时间线ID用户级别递增，消息ID全局递增。如果是读扩散系统的话感觉使用用户级别递增必要性不是很大。

会话级别递增：指消息ID只保证在单个会话中是递增的，不同会话之间不影响并且可能重复。典型代表：QQ。

5.2.3）连续递增 vs 单调递增：

连续递增是指ID按 1,2,3...n 的方式生成；而单调递增是指只要保证后面生成的ID比前面生成的ID大就可以了，不需要连续。

据我所知：QQ的消息ID就是在会话级别使用的连续递增，这样的好处是，如果丢失了消息，当下一条消息来的时候发现ID不连续就会去请求服务器，避免丢失消息。

此时，可能有人会想，我不能用定时拉的方式看有没有消息丢失吗？当然不能，因为消息ID只在会话级别连续递增的话那如果一个人有上千个会话，那得拉多少次啊，服务器肯定是抗不住的。

对于读扩散来说，消息ID使用连续递增就是一种不错的方式了。如果使用单调递增的话当前消息需要带上前一条消息的ID（即聊天消息组成一个链表），这样，才能判断消息是否丢失。

5.2.4）小结一下：

写扩散：信箱时间线ID使用用户级别递增，消息ID全局递增，此时只要保证单调递增就可以了。

读扩散：消息ID可以使用会话级别递增并且最好是连续递增。

5.3会话ID

我们来看看设计会话ID需要注意的问题。

其中，会话ID有种比较简单的生成方式——特殊的规则生成唯一ID：即拼接 from_user_id 跟 to_user_id。

拼接逻辑可以像下面这样：

• 1）如果 from_user_id 跟 to_user_id 都是32位整形数据的话可以很方便地用位运算拼接成一个64位的会话ID，即： conversation_id = ${from_user_id} << 32 | ${to_user_id} （在拼接前需要确保值比较小的用户ID是 from_user_id，这样任意两个用户发起会话可以很方便地知道会话ID）；
• 2）如果from_user_id 跟 to_user_id 都是64位整形数据的话那就只能拼接成一个字符串了，拼接成字符串的话就比较伤了，浪费存储空间性能又不好。
  

前东家就是使用的上面第1种方式，第1种方式有个硬伤：随着业务在全球的扩展，32位的用户ID如果不够用需要扩展到64位的话那就需要大刀阔斧地改了。32位整形ID看起来能够容纳21亿个用户，但通常我们为了防止别人知道真实的用户数据，使用的ID通常不是连续的，这时32位的用户ID就完全不够用了。该设计完全依赖于用户ID，不是一种可取的设计方式。

因此：会话ID的设计可以使用全局递增的方式，加一个映射表：保存from_user_id、to_user_id跟conversation_id的关系。

6、新息的“推模式 vs 拉模式 vs 推拉结合模式”

在IM系统中，新消息的获取通常会有三种可能的做法：

• 1）推模式：有新消息时服务器主动推给所有端（iOS、Android、PC等）；
• 2）拉模式：由前端主动发起拉取消息的请求，为了保证消息的实时性，一般采用推模式，拉模式一般用于获取历史消息；
• 3）推拉结合模式：有新消息时服务器会先推一个有新消息的通知给前端，前端接收到通知后就向服务器拉取消息。
  

推模式简化图如下：


如上图所示：正常情况下，用户发的消息经过服务器存储等操作后会推给接收方的所有端。

但推是有可能会丢失的：最常见的情况就是用户可能会伪在线（是指如果推送服务基于长连接，而长连接可能已经断开，即用户已经掉线，但一般需要经过一个心跳周期后服务器才能感知到，这时服务器会错误地以为用户还在线；伪在线是本人自己想的一个概念，没想到合适的词来解释）。因此如果单纯使用推模式的话，是有可能会丢失消息的。

PS：为什么会出现作者所述“伪在线”这个问题，可以读一下《为什么说基于TCP的移动端IM仍然需要心跳保活？》。

推拉结合模式简化图如下：


可以使用推拉结合模式解决推模式可能会丢消息的问题：即在用户发新消息时服务器推送一个通知，然后前端请求最新消息列表，为了防止有消息丢失，可以再每隔一段时间主动请求一次。可以看出，使用推拉结合模式最好是用写扩散，因为写扩散只需要拉一条时间线的个人信箱就好了，而读扩散有N条时间线（每个信箱一条），如果也定时拉取的话性能会很差。

7、业界的IM解决方案参考

前面了解了IM系统的常见设计问题，接下来我们再看看业界是怎么设计IM系统的。

研究业界的主流方案有助于我们深入理解IM系统的设计。以下研究都是基于网上已经公开的资料，不一定正确，大家仅作参考就好了。

7.1微信

虽然微信很多基础框架都是自研，但这并不妨碍我们理解微信的架构设计。

从微信公开的《快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（二）》这篇文章可以看出，微信采用的主要是：写扩散 + 推拉结合。由于群聊使用的也是写扩散，而写扩散很消耗资源，因此微信群有人数上限（目前是500）。所以这也是写扩散的一个明显缺点，如果需要万人群就比较难了。

从文中还可以看出，微信采用了多数据中心架构：

▲ 图片引用自《快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（二）》

微信每个数据中心都是自治的，每个数据中心都有全量的数据，数据中心间通过自研的消息队列来同步数据。

为了保证数据的一致性，每个用户都只属于一个数据中心，只能在自己所属的数据中心进行数据读写，如果用户连了其它数据中心则会自动引导用户接入所属的数据中心。而如果需要访问其它用户的数据那只需要访问自己所属的数据中心就可以了。

同时，微信使用了三园区容灾的架构，使用Paxos来保证数据的一致性。

从微信公开的《微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（容灾方案篇）》这篇文章可以看出，微信的ID设计采用的是：基于申请DB步长的生成方式 + 用户级别递增。

如下图所示：

▲ 图片引用自《微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（容灾方案篇）》

微信的序列号生成器由仲裁服务生成路由表（路由表保存了uid号段到AllocSvr的全映射），路由表会同步到AllocSvr跟Client。如果AllocSvr宕机的话会由仲裁服务重新调度uid号段到其它AllocSvr。

PS：微信团队分享了大量的技术资料，有兴趣可以看看《QQ、微信技术分享 - 汇总》。

7.2钉钉

钉钉公开的资料不多，从《阿里钉钉技术分享：企业级IM王者——钉钉在后端架构上的过人之处》这篇文章我们只能知道，钉钉最开始使用的是写扩散模型，为了支持万人群，后来貌似优化成了读扩散。

但聊到阿里的IM系统，不得不提的是阿里自研的Tablestore：一般情况下，IM系统都会有一个自增ID生成系统，但Tablestore创造性地引入了主键列自增，即把ID的生成整合到了DB层，支持了用户级别递增（传统MySQL等DB只能支持表级自增，即全局自增），具体可以参考：《如何优化高并发IM系统架构》。

PS：钉钉团队公开的技术很少，这是另一篇：《钉钉——基于IM技术的新一代企业OA平台的技术挑战(视频+PPT)》，有兴趣可以研究研究。

7.3Twitter

什么？Twitter不是Feeds系统吗？这篇文章不是讨论IM的吗？

是的，Twitter是Feeds系统，但Feeds系统跟IM系统其实有很多设计上的共性，研究下Feeds系统有助于我们在设计IM系统时进行参考。再说了，研究下Feeds系统也没有坏处，扩展下技术视野嘛。

Twitter的自增ID设计估计大家都耳熟能详了，即大名鼎鼎的 Snowflake，因此ID是全局递增的。



从这个视频分享《How We Learned to Stop Worrying and Love Fan-In at Twitter》可以看出，Twitter一开始使用的是写扩散模型，Fanout Service负责扩散写到Timelines Cache（使用了Redis），Timeline Service负责读取Timeline数据，然后由API Services返回给用户。

但由于写扩散对于大V来说写的消耗太大，因此后面Twitter又使用了写扩散跟读扩散结合的方式。

如下图所示：


对于粉丝数不多的用户如果发Twitter使用的还是写扩散模型，由Timeline Mixer服务将用户的Timeline、大V的写Timeline跟系统推荐等内容整合起来，最后再由API Services返回给用户。

7.458到家

58到家实现了一个通用的实时消息平台：

▲ 图片引用自《58到家实时消息系统的架构设计及技术选型经验总结》

可以看出：msg-server保存了应用跟MQ主题之间的对应关系，msg-server根据这个配置将消息推到不同的MQ队列，具体的应用来消费就可以了。因此，新增一个应用只需要修改配置就可以了。

58到家为了保证消息投递的可靠性，还引入了确认机制：消息平台收到消息先落地数据库，接收方收到后应用层ACK再删除。使用确认机制最好是只能单点登录，如果多端能够同时登录的话那就比较麻烦了，因为需要所有端都确认收到消息后才能删除。

PS：58到家平台部负责人任桃术还分享过《58到家实时消息系统的协议设计等技术实践分享》一文，有兴趣可以一并阅读。

看到这里，估计大家已经明白了，设计一个IM系统很有挑战性。我们还是继续来看设计一个IM系统需要考虑的问题吧。

7.5其它业界方案

即时通讯网也收录了大量其它的业界IM或类IM系统的设计方案，限于篇幅原因这里就不一一列出，有兴趣可以选择性地阅读，一下是文章汇总。

• 《一套海量在线用户的移动端IM架构设计实践分享(含详细图文)》
• 《一套原创分布式即时通讯(IM)系统理论架构方案》
• 《从零到卓越：京东客服即时通讯系统的技术架构演进历程》
• 《蘑菇街即时通讯/IM服务器开发之架构选择》
• 《现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨》
• 《WhatsApp技术实践分享：32人工程团队创造的技术神话》
• 《微信朋友圈千亿访问量背后的技术挑战和实践总结》
• 《以微博类应用场景为例，总结海量社交系统的架构设计步骤》
• 《子弹短信光鲜的背后：网易云信首席架构师分享亿级IM平台的技术实践》
• 《一套高可用、易伸缩、高并发的IM群聊、单聊架构方案设计实践》
• 《从游击队到正规军(一)：马蜂窝旅游网的IM系统架构演进之路》
• 《从游击队到正规军(三)：基于Go的马蜂窝旅游网分布式IM系统技术实践》
• 《瓜子IM智能客服系统的数据架构设计（整理自现场演讲，有配套PPT）》
• 《阿里技术分享：电商IM消息平台，在群聊、直播场景下的技术实践》
• 《一套亿级用户的IM架构技术干货(上篇)：整体架构、服务拆分等》
  

8、IM需要解决的技术痛点

8.1如何保证消息的实时性

PS：如果你还不了解IM里的消息实时性是什么，务必先读这篇《零基础IM开发入门(二)：什么是IM系统的实时性？》；

在通信协议的选择上，我们主要有以下几个选择：

• 1）使用TCP Socket通信，自己设计协议：58到家等等；
• 2）使用UDP Socket通信：QQ等等（见《为什么QQ用的是UDP协议而不是TCP协议？》）；
• 3）使用HTTP长轮循：微信网页版等等。
  

不管使用哪种方式，我们都能够做到消息的实时通知，但影响我们消息实时性的可能会在我们处理消息的方式上。

例如：假如我们推送的时候使用MQ去处理并推送一个万人群的消息，推送一个人需要2ms，那么推完一万人需要20s，那么后面的消息就阻塞了20s。如果我们需要在10ms内推完，那么我们推送的并发度应该是：人数：10000 / (推送总时长：10 / 单个人推送时长：2) = 2000。

因此：我们在选择具体的实现方案的时候一定要评估好我们系统的吞吐量，系统的每一个环节都要进行评估压测。只有把每一个环节的吞吐量评估好了，才能保证消息推送的实时性。

IM消息实时性中群聊消息和单聊消息的处理又有很大区别，有兴趣可以深入阅读：

• 《IM消息送达保证机制实现(一)：保证在线实时消息的可靠投递》
• 《移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性？》
  

8.2如何保证消息时序

在IM的技术实现中，以下情况下消息可能会乱序（提示：如果你还不了解什么是IM的消息时序，务必先阅读《零基础IM开发入门(四)：什么是IM系统的消息时序一致性？》）。

8.2.1）发送消息如果使用的不是长连接，而是使用HTTP的话可能会出现乱序：

因为后端一般是集群部署，使用HTTP的话请求可能会打到不同的服务器，由于网络延迟或者服务器处理速度的不同，后发的消息可能会先完成，此时就产生了消息乱序。

解决方案：

• 1）前端依次对消息进行处理，发送完一个消息再发送下一个消息。这种方式会降低用户体验，一般情况下不建议使用；
• 2）带上一个前端生成的顺序ID，让接收方根据该ID进行排序。这种方式前端处理会比较麻烦一点，而且聊天的过程中接收方的历史消息列表中可能会在中间插入一条消息，这样会很奇怪，而且用户可能会漏读消息。但这种情况可以通过在用户切换窗口的时候再进行重排来解决，接收方每次收到消息都先往最后面追加。
  

8.2.2）通常为了优化体验，有的IM系统可能会采取异步发送确认机制（例如：QQ）：

即消息只要到达服务器，然后服务器发送到MQ就算发送成功。如果由于权限等问题发送失败的话后端再推一个通知下去。

这种情况下MQ就要选择合适的Sharding策略了：

• 1）按to_user_id进行Sharding：使用该策略如果需要做多端同步的话发送方多个端进行同步可能会乱序，因为不同队列的处理速度可能会不一样。例如发送方先发送m1然后发送m2，但服务器可能会先处理完m2再处理m1，这里其它端会先收到m2然后是m1，此时其它端的会话列表就乱了；
• 2）按conversation_id进行Sharding：使用该策略同样会导致多端同步会乱序；
• 3）按from_user_id进行Sharding：这种情况下使用该策略是比较好的选择。
  

通常为了优化性能，推送前可能会先往MQ推，这种情况下使用to_user_id才是比较好的选择。

PS：实际上，导致IM消息乱序的可能性还有很多，这里就不一一展开，以下几篇值得深入阅读。

• 《如何保证IM实时消息的“时序性”与“一致性”？》
• 《一个低成本确保IM消息时序的方法探讨》
• 《一套亿级用户的IM架构技术干货(下篇)：可靠性、有序性、弱网优化等》
  

8.3用户在线状态如何做

很多IM系统都需要展示用户的状态：是否在线，是否忙碌等。

要实现用户在线状态的存储，主要可以使用：

• 1）Redis；
• 2）分布式一致性哈希来。
  

Redis存储用户在线状态：


看上面的图可能会有人疑惑：为什么每次心跳都需要更新Redis？

如果我使用的是TCP长连接那是不是就不用每次心跳都更新了？

确实：正常情况下服务器只需要在新建连接或者断开连接的时候更新一下Redis就好了。但由于服务器可能会出现异常，或者服务器跟Redis之间的网络会出现问题，此时基于事件的更新就会出现问题，导致用户状态不正确。因此，如果需要用户在线状态准确的话最好通过心跳来更新在线状态。

由于Redis是单机存储的，因此，为了提高可靠性跟性能，我们可以使用Redis Cluster或者Codis。

分布式一致性哈希存储用户在线状态：


使用分布式一致性哈希需要注意在对Status Server Cluster进行扩容或者缩容的时候要先对用户状态进行迁移，不然在刚操作时会出现用户状态不一致的情况。同时还需要使用虚拟节点避免数据倾斜的问题。

PS：用户状态在客户端的更新也是个很有挑战性的问题，有兴趣可以读一下《IM单聊和群聊中的在线状态同步应该用“推”还是“拉”？》。

8.4多端同步怎么做

8.4.1）读扩散：

前面也提到过：对于读扩散，消息的同步主要是以推模式为主，单个会话的消息ID顺序递增，前端收到推的消息如果发现消息ID不连续就请求后端重新获取消息。

但这样仍然可能丢失会话的最后一条消息。

为了加大消息的可靠性：可以在历史会话列表的会话里再带上最后一条消息的ID，前端在收到新消息的时候会先拉取最新的会话列表，然后判断会话的最后一条消息是否存在，如果不存在，消息就可能丢失了，前端需要再拉一次会话的消息列表；如果会话的最后一条消息ID跟消息列表里的最后一条消息ID一样，前端就不再处理。

这种做法的性能瓶颈会在拉取历史会话列表那里，因为每次新消息都需要拉取后端一次，如果按微信的量级来看，单是消息就可能会有20万的QPS，如果历史会话列表放到MySQL等传统DB的话肯定抗不住。

因此，最好将历史会话列表存到开了AOF（用RDB的话可能会丢数据）的Redis集群。这里只能感慨性能跟简单性不能兼得。

8.4.2）写扩散：



对于写扩散来说，多端同步就简单些了。前端只需要记录最后同步的位点，同步的时候带上同步位点，然后服务器就将该位点后面的数据全部返回给前端，前端更新同步位点就可以了。

PS：多端同步这也是IM里比较坑爹的技术痛点，有兴趣请移步《浅谈移动端IM的多点登录和消息漫游原理》。

8.5如何处理未读数

在IM系统中，未读数的处理非常重要。

未读数一般分为会话未读数跟总未读数，如果处理不当，会话未读数跟总未读数可能会不一致，严重降低用户体验。

8.5.1）读扩散：

对于读扩散来说，我们可以将会话未读数跟总未读数都存在后端，但后端需要保证两个未读数更新的原子性跟一致性。

一般可以通过以下两种方法来实现：

• 1）使用Redis的multi事务功能，事务更新失败可以重试。但要注意如果你使用Codis集群的话并不支持事务功能；
• 2）使用Lua嵌入脚本的方式。使用这种方式需要保证会话未读数跟总未读数都在同一个Redis节点（Codis的话可以使用Hashtag）。这种方式会导致实现逻辑分散，加大维护成本。
  

8.5.2）写扩散：

对于写扩散来说，服务端通常会弱化会话的概念，即服务端不存储历史会话列表。

未读数的计算可由前端来负责，标记已读跟标记未读可以只记录一个事件到信箱里，各个端通过重放该事件的形式来处理会话未读数。

使用这种方式可能会造成各个端的未读数不一致，至少微信就会有这个问题（Jack Jiang 注：实际上QQ也同样有这个问题，在分布式和多端IM中这确实是个很头痛的问题，大家都不会例外，哈哈 ~~）。

如果写扩散也通过历史会话列表来存储未读数的话那用户时间线服务跟会话服务紧耦合，这个时候需要保证原子性跟一致性的话那就只能使用分布式事务了，会大大降低系统的性能。

8.6如何存储历史消息

读扩散：对于读扩散，只需要按会话ID进行Sharding存储一份就可以了。

写扩散：对于写扩散，需要存储两份，一份是以用户为Timeline的消息列表，一份是以会话为Timeline的消息列表。以用户为Timeline的消息列表可以用用户ID来做Sharding，以会话为Timeline的消息列表可以用会话ID来做Sharding。

PS：如果你对Timeline这个概念不熟悉，请读这篇《现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨》。

8.7数据冷热分离

对于IM来说，历史消息的存储有很强的时间序列特性，时间越久，消息被访问的概率也越低，价值也越低。



如果我们需要存储几年甚至是永久的历史消息的话（电商IM中比较常见），那么做历史消息的冷热分离就非常有必要了。

数据的冷热分离一般是HWC（Hot-Warm-Cold）架构。

对于刚发送的消息可以放到Hot存储系统（可以用Redis）跟Warm存储系统，然后由Store Scheduler根据一定的规则定时将冷数据迁移到Cold存储系统。

获取消息的时候需要依次访问Hot、Warm跟Cold存储系统，由Store Service整合数据返回给IM Service。

微信团队分享的这篇《微信后台基于时间序的海量数据冷热分级架构设计实践》，或许可以有些启发。

8.8接入层怎么做

对于分布于IM来说，接入层是必须要考虑的的。

实现接入层的负载均衡主要有以下几个方法：

• 1）硬件负载均衡：例如F5、A10等等。硬件负载均衡性能强大，稳定性高，但价格非常贵，不是土豪公司不建议使用；
• 2）使用DNS实现负载均衡：使用DNS实现负载均衡比较简单，但使用DNS实现负载均衡如果需要切换或者扩容那生效会很慢，而且使用DNS实现负载均衡支持的IP个数有限制、支持的负载均衡策略也比较简单；
• 3）DNS + 4层负载均衡 + 7层负载均衡架构：例如 DNS + DPVS + Nginx 或者 DNS + LVS + Nginx；
• 4）DNS + 4层负载均衡：4层负载均衡一般比较稳定，很少改动，比较适合于长连接。
  

对于第 3）点：有人可能会疑惑为什么要加入4层负载均衡呢？

这是因为7层负载均衡很耗CPU，并且经常需要扩容或者缩容，对于大型网站来说可能需要很多7层负载均衡服务器，但只需要少量的4层负载均衡服务器即可。因此，该架构对于HTTP等短连接大型应用很有用。

当然，如果流量不大的话只使用DNS + 7层负载均衡即可。但对于长连接来说，加入7层负载均衡Nginx就不大好了。因为Nginx经常需要改配置并且reload配置，reload的时候TCP连接会断开，造成大量掉线。

对于长连接的接入层，如果我们需要更加灵活的负载均衡策略或者需要做灰度的话，那我们可以引入一个调度服务。

如下图所示：


Access Schedule Service可以实现根据各种策略来分配Access Service。

例如：

• 1）根据灰度策略来分配；
• 2）根据就近原则来分配；
• 3）根据最少连接数来分配。
  

9、写在最后

看完上面的内容你应该能深刻体会到，要实现一个稳定可靠的大用户量分布式IM系统难度是相当大的，所谓路漫漫其修远兮。。。

在不断追求体验更好、性能更高、负载更多、成本更低的动力下，IM架构优化这条路是没有尽头的，所以为了延缓程序员发量较少的焦虑，大家代码一定要悠着点撸，头凉是很难受滴 ~~

PS：本篇主要是从IM架构设计这个角度来讲的，对于IM初学者来说是不容易看的明白，建议初学者从这篇开始：《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》。

10、参考资料

[1] 58到家实时消息系统的架构设计及技术选型经验总结
[2] 一套海量在线用户的移动端IM架构设计实践分享(含详细图文)
[3] 现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨
[4] 一套亿级用户的IM架构技术干货(上篇)：整体架构、服务拆分等
[5] IM消息ID技术专题(二)：微信的海量IM聊天消息序列号生成实践（容灾方案篇）
[6] 快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（二）

引用：苏门答腊伟 发表于 2024-02-05 10:44
可以直接用发送方和接收方吗，不额外引入一个会话的概念。

可以

引用：JackJiang 发表于 2024-02-03 11:20
会话id才能关联到信箱呀

可以直接用发送方和接收方吗，不额外引入一个会话的概念。

引用：苏门答腊伟 发表于 2024-02-01 20:44
按照信箱这种设计，不懂为什么还需要会话id呢？求解答

会话id才能关联到信箱呀

引用：苏门答腊伟 发表于 2024-02-01 20:44
按照信箱这种设计，不懂为什么还需要会话id呢？求解答

恢复历史聊天记录?

按照信箱这种设计，不懂为什么还需要会话id呢？求解答

引用：JackJiang 发表于 2021-04-23 11:40
引入mq起到了什么作用？

针对楼主的问题，mq在此是否可以起到类似预写日志的作用。入mq成功，则可以认为发送成功，由消费者存储到不同的存储系统。如果消费者处理失败（1.消费者异常，2.存储系统异常，3.网络异常），对于异常1，消费者恢复后可以从上次ack的位置继续消费，问题由系统内部消化。
如果不使用mq，发送成功的判定标准就变成了：1.消费者正常（在此指消息处理服务器） 2.所有存储系统存储成功。那么当出现异常导致数据不一致时，相应的错误由发送方感知，并依赖发送方进行重试，在重试期间（可能很短，极端情况下可能会较长）会出现数据的不一致。

引用：LitJoke_GtFqQ 发表于 2021-04-23 10:56
如果要保证数据的强一致，通常就会牺牲系统的性能。个人认为可以换个思路，消息到来先入mq，由消费者来落 ...

引入mq起到了什么作用？

引用：just fine 发表于 2021-04-18 21:54
写扩散的时候需要写两份，通常同步和漫游的使用不同的存储系统，如何保障事务呢？

如果要保证数据的强一致，通常就会牺牲系统的性能。个人认为可以换个思路，消息到来先入mq，由消费者来落地到不同的存储系统，并提供最终一致性保障。个人看法，希望可以起到抛砖引玉的作用

写扩散的时候需要写两份，通常同步和漫游的使用不同的存储系统，如何保障事务呢？

可以说很全面了