请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

默认
打赏 发表评论 4
从客户端的角度来谈谈移动端IM的消息可靠性和送达机制

1、前言


IM App 是我做过 App 类型里复杂度最高的一类,里面可供深究探讨的技术难点非常之多。这篇文章和大家聊下从移动端客户端的角度所关注的IM消息可靠性和送达机制(因为我个人对移动客户端的经验积累的比较丰富嘛)。

2、关于作者


221247pr2h56y7ru5br6iu.jpeg

作者网名:Peak,毕业于浙江大学,现为Facebook iOS 工程师。
作者的github:https://github.com/music4kid
作者的博客:http://mrpeak.cn/About/

3、相关文章


IM开发干货系列文章或许也值得您读一读,总目录如下:


如果您是IM开发初学者,强烈建议首先阅读《新手入门一篇就够:从零开发移动端IM》。

4、TCP协议的可靠性之外还会出现消息丢失?


如何确保 IM 不丢消息是个相对复杂的话题,从客户端发送数据到服务器,再从服务器抵达目标客户端,最终在 UI 成功展示,其间涉及的环节很多,这里只取其中一环「接收端如何确保消息不丢失」来探讨,粗略聊下我接触过的两种设计思路。

说到可靠抵达,第一反应会联想到 TCP 的 reliability。数据可靠抵达是个通用性的问题,无论是网络二进制流数据,还是上层的业务数据,都有可靠性保障问题,TCP 作为网络基础设施协议,其可靠性设计的可靠性是毋庸置疑的,我们就从 TCP 的可靠性说起。

在 TCP 这一层,所有 Sender 发送的数据,每一个 byte 都有标号(Sequence Number),每个 byte 在抵达接收端之后都会被接收端返回一个确认信息(Ack Number), 二者关系为 Ack = Seq + 1。简单来说,如果 Sender 发送一个 Seq = 1,长度为 100 bytes 的包,那么 receiver 会返回一个 Ack = 101 的包,如果 Sender 收到了这个Ack 包,说明数据确实被 Receiver 收到了,否则 Sender 会采取某种策略重发上面的包。

第一个问题是:现在的 IM App 几乎都是走 TCP 通道,既然 TCP 本身是具备可靠性的,为什么还会出现消息接收端(Receiver)丢失消息的情况,看下图一目了然:
x.jpg

一句话总结上图的含义:网络层的可靠性不等同于业务层的可靠性。

数据可靠抵达网络层之后,还需要一层层往上移交处理,可能的处理有:安全性校验,binary 解析,model 创建,写 db,存入 cache,UI 展示,以及一些 edge cases(断网,用户 logout,disk full,OOM,crash,关机。。) 等等,项目的 feature 越多,网络层往上的处理出错的可能性就越大。

举个最简单的场景为例子:消息可靠抵达网络层之后,写 db 之前 App crash(不稀奇,是 App 都会 crash),虽然数据在网络层可靠抵达了,但没存进 db,下次用户打开 App 消息自然就丢失了,如果不在业务层再增加可靠性保障,网络层面不会重发,那么意味着这条消息对于 Receiver 永远丢失了。

有关TCP协议的更多技术文章,请参考以下链接:
TCP/IP详解 - 第17章·TCP:传输控制协议
TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止
TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传
通俗易懂-深入理解TCP协议(上):理论基础
通俗易懂-深入理解TCP协议(下):RTT、滑动窗口、拥塞处理
理论经典:TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解
高性能网络编程(一):单台服务器并发TCP连接数到底可以有多少
不为人知的网络编程(一):浅析TCP协议中的疑难杂症(上篇)
不为人知的网络编程(二):浅析TCP协议中的疑难杂症(下篇)
不为人知的网络编程(三):关闭TCP连接时为什么会TIME_WAIT、CLOSE_WAIT
不为人知的网络编程(四):深入研究分析TCP的异常关闭
网络编程懒人入门(一):快速理解网络通信协议(上篇)
网络编程懒人入门(二):快速理解网络通信协议(下篇)
网络编程懒人入门(三):快速理解TCP协议一篇就够
现代移动端网络短连接的优化手段总结:请求速度、弱网适应、安全保障
>> 更多同类文章 ……

业务层保障可以采取以下两种方案,请继续阅读下一节。

5、客户端方案1:应用层 Ack 消息


这个方案可以简单理解为,将 TCP 的 Ack 流程再走一遍,在应用层也构建一个 Ack 消息,在应用层可靠性得到确认(一般以存入 db 为准,更准确说是事务提交成功的回调函数)之后再发送这个 Ack 消息,Server 收到应用层 Ack 消息之后才认为 Receiver 已收到,否则也采取某种策略重发消息。

具体到 IM App 当中,接收端接受到 Server 的 Message,将 Message 存入 db,在确认回调里发送 Ack Receive 消息,Server 收到 Ack Receive 即认为消息已经可靠抵达,否则会在某个时机重新推送(比如客户端重连服务器时候 Pull,比如有新消息时 Server Push)。

6、客户端方案2:应用层 Seq ID


这个方案和上面不同,但也是在应用层操作。我们个每个 Message 分配一个 Seq ID,这个 Seq ID 对于单个用户的接受消息队列来说是连续的,如果 Message A 和 Message B 是相邻的,那么 MsgBSeqID = MsgASeqID + 1。每次存入 db 的时候更新 db 里的 LastReceivedSeqID,LastReceivedSeqID 即为上一条写入数据库消息的 Seq ID。

这么做的好处是,每次从网络层收到消息时,从 db 里取出 LastReceivedSeqID,如果 LastReceivedSeqID = 新消息 Seq ID - 1,那么说明应用层消息时连续的没有发生丢失。还可以对收到的批量消息做预检测,检查消息队列里的 Seq ID 是否为联系的,只要存在任何一种不连续的 Seq ID 情况,就说明发送了丢失,此时接收端可以用 LastReceivedSeqID 从 Server 重新获取准确的接受消息队列。

这么做的好处是避免了每次都需要发送一条 Ack 消息,坏处是应用层逻辑复杂之后,一旦出现 Seq ID 不连续的情况,会过度依赖于 refetch,难以分析问题出现的原因,refetch 一旦过于频繁,其流量损耗极有可能大于 Ack 消息的数据量。

7、本文小结


消息的可靠抵达可以抽象为更一般意义上的可靠性问题,工程上总会碰到需要解决各种形式可靠性问题的场景,以经典计算机理论或者实践为基础来分析应用层的工程问题,可以举一反三,药到病除。

在工程上实践可靠性,需要线了解工程的每一个环节以及数据如何在各个环节流动,接下来才是分析每一个环节数据出错的可能性。检验可靠性的标准时「入袋为安」,存入 db 或者以其他方式持久化到 disk 当中,这样才能保证客户端每次都能正确读取到消息。

另外,可靠性可以理解为两方面:

  • 一是数据可靠抵达(没有任何中间数据被丢失);
  • 二是正确抵达(没有乱序或者数据更改)。

其实理论上 TCP 也不是 100% 可靠(数据有可能在传输时改变而无法被检测到),而是 100% 工程上可靠(数据改变而不被检测到时个极小概率的事件),这是另外一个有意思的话题。

附录:更多IM开发技术文章


[1] 有关IM/推送的通信格式、协议的选择:
简述传输层协议TCP和UDP的区别
为什么QQ用的是UDP协议而不是TCP协议?
移动端即时通讯协议选择:UDP还是TCP?
如何选择即时通讯应用的数据传输格式
强列建议将Protobuf作为你的即时通讯应用数据传输格式
全方位评测:Protobuf性能到底有没有比JSON快5倍?
移动端IM开发需要面对的技术问题(含通信协议选择)
简述移动端IM开发的那些坑:架构设计、通信协议和客户端
理论联系实际:一套典型的IM通信协议设计详解
58到家实时消息系统的协议设计等技术实践分享
详解如何在NodeJS中使用Google的Protobuf
技术扫盲:新一代基于UDP的低延时网络传输层协议——QUIC详解
>> 更多同类文章 ……

[2] 有关IM/推送的心跳保活处理:
应用保活终极总结(一):Android6.0以下的双进程守护保活实践
应用保活终极总结(二):Android6.0及以上的保活实践(进程防杀篇)
应用保活终极总结(三):Android6.0及以上的保活实践(被杀复活篇)
Android进程保活详解:一篇文章解决你的所有疑问
Android端消息推送总结:实现原理、心跳保活、遇到的问题等
深入的聊聊Android消息推送这件小事
为何基于TCP协议的移动端IM仍然需要心跳保活机制?
微信团队原创分享:Android版微信后台保活实战分享(进程保活篇)
微信团队原创分享:Android版微信后台保活实战分享(网络保活篇)
移动端IM实践:实现Android版微信的智能心跳机制
移动端IM实践:WhatsApp、Line、微信的心跳策略分析
>> 更多同类文章 ……

[3] 有关WEB端即时通讯开发:
新手入门贴:史上最全Web端即时通讯技术原理详解
Web端即时通讯技术盘点:短轮询、Comet、Websocket、SSE
SSE技术详解:一种全新的HTML5服务器推送事件技术
Comet技术详解:基于HTTP长连接的Web端实时通信技术
新手快速入门:WebSocket简明教程
WebSocket详解(一):初步认识WebSocket技术
WebSocket详解(二):技术原理、代码演示和应用案例
WebSocket详解(三):深入WebSocket通信协议细节
WebSocket详解(四):刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)
WebSocket详解(五):刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)
WebSocket详解(六):刨根问底WebSocket与Socket的关系
socket.io实现消息推送的一点实践及思路
LinkedIn的Web端即时通讯实践:实现单机几十万条长连接
Web端即时通讯技术的发展与WebSocket、Socket.io的技术实践
Web端即时通讯安全:跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)
开源框架Pomelo实践:搭建Web端高性能分布式IM聊天服务器
使用WebSocket和SSE技术实现Web端消息推送
详解Web端通信方式的演进:从Ajax、JSONP 到 SSE、Websocket
MobileIMSDK-Web的网络层框架为何使用的是Socket.io而不是Netty?
理论联系实际:从零理解WebSocket的通信原理、协议格式、安全性
>> 更多同类文章 ……

[4] 有关IM架构设计:
浅谈IM系统的架构设计
简述移动端IM开发的那些坑:架构设计、通信协议和客户端
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
腾讯QQ1.4亿在线用户的技术挑战和架构演进之路PPT
微信后台基于时间序的海量数据冷热分级架构设计实践
微信技术总监谈架构:微信之道——大道至简(演讲全文)
如何解读《微信技术总监谈架构:微信之道——大道至简》
快速裂变:见证微信强大后台架构从0到1的演进历程(一)
17年的实践:腾讯海量产品的技术方法论
移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性?
现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨
IM开发基础知识补课(二):如何设计大量图片文件的服务端存储架构?
IM开发基础知识补课(三):快速理解服务端数据库读写分离原理及实践建议
>> 更多同类文章 ……

[5] 有关IM安全的文章:
即时通讯安全篇(一):正确地理解和使用Android端加密算法
即时通讯安全篇(二):探讨组合加密算法在IM中的应用
即时通讯安全篇(三):常用加解密算法与通讯安全讲解
即时通讯安全篇(四):实例分析Android中密钥硬编码的风险
即时通讯安全篇(五):对称加密技术在Android平台上的应用实践
即时通讯安全篇(六):非对称加密技术的原理与应用实践
传输层安全协议SSL/TLS的Java平台实现简介和Demo演示
理论联系实际:一套典型的IM通信协议设计详解(含安全层设计)
微信新一代通信安全解决方案:基于TLS1.3的MMTLS详解
来自阿里OpenIM:打造安全可靠即时通讯服务的技术实践分享
简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理
移动端安全通信的利器——端到端加密(E2EE)技术详解
Web端即时通讯安全:跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)
通俗易懂:一篇掌握即时通讯的消息传输安全原理
>> 更多同类文章 ……

[6] 开源实时音视频技术WebRTC的文章:
开源实时音视频技术WebRTC的现状
简述开源实时音视频技术WebRTC的优缺点
访谈WebRTC标准之父:WebRTC的过去、现在和未来
良心分享:WebRTC 零基础开发者教程(中文)[附件下载]
WebRTC实时音视频技术的整体架构介绍
新手入门:到底什么是WebRTC服务器,以及它是如何联接通话的?
WebRTC实时音视频技术基础:基本架构和协议栈
浅谈开发实时视频直播平台的技术要点
[观点] WebRTC应该选择H.264视频编码的四大理由
基于开源WebRTC开发实时音视频靠谱吗?第3方SDK有哪些?
开源实时音视频技术WebRTC中RTP/RTCP数据传输协议的应用
简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理
实时通信RTC技术栈之:视频编解码
开源实时音视频技术WebRTC在Windows下的简明编译教程
网页端实时音视频技术WebRTC:看起来很美,但离生产应用还有多少坑要填?
>> 更多同类文章 ……

[7] 实时音视频开发的其它精华资料:
即时通讯音视频开发(一):视频编解码之理论概述
即时通讯音视频开发(二):视频编解码之数字视频介绍
即时通讯音视频开发(三):视频编解码之编码基础
即时通讯音视频开发(四):视频编解码之预测技术介绍
即时通讯音视频开发(五):认识主流视频编码技术H.264
即时通讯音视频开发(六):如何开始音频编解码技术的学习
即时通讯音视频开发(七):音频基础及编码原理入门
即时通讯音视频开发(八):常见的实时语音通讯编码标准
即时通讯音视频开发(九):实时语音通讯的回音及回音消除概述
即时通讯音视频开发(十):实时语音通讯的回音消除技术详解
即时通讯音视频开发(十一):实时语音通讯丢包补偿技术详解
即时通讯音视频开发(十二):多人实时音视频聊天架构探讨
即时通讯音视频开发(十三):实时视频编码H.264的特点与优势
即时通讯音视频开发(十四):实时音视频数据传输协议介绍
即时通讯音视频开发(十五):聊聊P2P与实时音视频的应用情况
即时通讯音视频开发(十六):移动端实时音视频开发的几个建议
即时通讯音视频开发(十七):视频编码H.264、VP8的前世今生
>> 更多同类文章 ……

[8] IM开发综合文章:
从客户端的角度来谈谈移动端IM的消息可靠性和送达机制
现代移动端网络短连接的优化手段总结:请求速度、弱网适应、安全保障
腾讯技术分享:社交网络图片的带宽压缩技术演进之路
IM开发基础知识补课:正确理解前置HTTP SSO单点登陆接口的原理
移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性?
移动端IM开发需要面对的技术问题
开发IM是自己设计协议用字节流好还是字符流好?
请问有人知道语音留言聊天的主流实现方式吗?
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
IM消息送达保证机制实现(二):保证离线消息的可靠投递
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
IM单聊和群聊中的在线状态同步应该用“推”还是“拉”?
IM群聊消息如此复杂,如何保证不丢不重?
谈谈移动端 IM 开发中登录请求的优化
移动端IM登录时拉取数据如何作到省流量?
浅谈移动端IM的多点登陆和消息漫游原理
完全自已开发的IM该如何设计“失败重试”机制?
通俗易懂:基于集群的移动端IM接入层负载均衡方案分享
微信对网络影响的技术试验及分析(论文全文)
即时通讯系统的原理、技术和应用(技术论文)
开源IM工程“蘑菇街TeamTalk”的现状:一场有始无终的开源秀
QQ音乐团队分享:Android中的图片压缩技术详解(上篇)
QQ音乐团队分享:Android中的图片压缩技术详解(下篇)
腾讯原创分享(一):如何大幅提升移动网络下手机QQ的图片传输速度和成功率
腾讯原创分享(二):如何大幅压缩移动网络下APP的流量消耗(上篇)
腾讯原创分享(二):如何大幅压缩移动网络下APP的流量消耗(下篇)
如约而至:微信自用的移动端IM网络层跨平台组件库Mars已正式开源
基于社交网络的Yelp是如何实现海量用户图片的无损压缩的?
>> 更多同类文章 ……

[9] 开源移动端IM技术框架资料:
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:快速入门
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:常见问题解答
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:压力测试报告
>> 更多同类文章 ……

即时通讯网 - 即时通讯开发者社区! 来源: - 即时通讯开发者社区!

上一篇:求教如何实现微信小程序里的即时通讯跟我APP端IM的通信下一篇:IM的消息本地存储键值关系该怎么设计?

本帖已收录至以下技术专辑

推荐方案
评论 4
作者好像一个明星啊
签名: 该会员没有填写今日想说内容.
看的出来,大公司的程序员虽然某项技术很牛,但没有机会从整个项目的层面来全局看待问题
签名: 中年危机啊,肿么办
你确定作者的图片没搞错,这明明是李狗嗨里面的 堺雅人
引用:liu1348789134 发表于 2018-03-20 16:44
你确定作者的图片没搞错,这明明是李狗嗨里面的 堺雅人

这就不清楚了
签名: 《脑残式网络编程入门(四):快速理解HTTP/2的服务器推送》http://www.52im.net/thread-1795-1-1.html
打赏楼主 ×
使用微信打赏! 使用支付宝打赏!

返回顶部