IM群聊消息的已读未读功能在存储空间方面的实现思路探讨

本文由作者“fzully”授权发布，他的博客地址是：blog.csdn.net/fzrlly。即时通讯网收录时，有较大范围修订和改动，感谢原作者的分享。

1、引言

IM系统中，特别是在企业应用场景下，消息的已读未读状态是一个强需求。

以阿里的钉钉为例，钉钉的产品定位是用于商务交流，其“强制已读回执”功能，让职场人无法再“假装不在线”、“假装没收到”。更有甚者，钉钉的群聊“强制已读回执”功能，甚至能够知道谁读了消息，谁没有读消息（老板的福音啊）。


▲ 钉钉里的群聊消息已读未读功能效果

功能看起来很酷，但用起来是一言难尽（上班族心里苦.... ）。实际上，技术实现也并不容易。

那么，对于已读未读状态：

• 1）如果是私聊：消息的阅读状态比较容易实现，在性能和存储上也不存在问题；
• 2）如果是群聊：考虑到存储和处理性能，特别当处于一个云环境时，如何高效地处理群聊的已读未读状态是一个非常值得探讨的话题。
  

这里提到的“高效”含3个方面：

• 1）存储空间；
• 2）处理速度；
• 3）传输字节数。
  

本文将从服务端的角度来探讨已读未读状态，在具体的技术实现上对于存储空间占用方面的思路差异。能力有限，权当个人笔记，欢迎交流。

本文已同步发布于“即时通讯技术圈”公众号，欢迎关注：

▲ 本文在公众号上的链接是：https://mp.weixin.qq.com/s/yUkKPOBsdqLlxiFrGmwFRQ

2、内容点评

在收录本文前，Jack Jiang建议原作者对某些具体的技术点进行更深入的分享，但因作者工作较忙，本文中的某些关键技术点未来的及作进一步展开。

所以，本文可以作为IM聊天消息（主要是群聊）中已读未读功能的基本实现思路方面的参考，但不建议盲目迷信文中的结论或方案，避免被一些不够具体的技术指标而误导。

3、相关文章

如果你还想了解更多有关IM群聊中已读未读功能的实现逻辑，可以进一步阅读干货文章《IM群聊消息的已读回执功能该怎么实现？》（强烈推荐）。

如果你对IM中的已读未读功能有产品方面的痛点困惑，可以参考一下微信对已读未读功能的设计定位，详见《IM热门功能思考：为什么微信里没有消息“已读”功能？》。

更多IM群聊技术方面的文章详见文本附录部分。

4、本文作者

fzully（柳林勇）：2005年数学系毕业，先后就职于福建新大陆、福建富士通、北京世纪奥通。长期从事服务端软件开发，涉及SIP服务器、内核RTP转送、电信级AAA认证系统、IM即时通讯系统等。在分布式高性能系统设计有多年经验积累。

本作者的另一篇：《IM开发干货分享：如何优雅的实现大量离线消息的可靠投递》也已被即时通讯网收录并整理发布，有兴趣可以前往阅读。

5、已读未读状态交互流程

发送者发送的IM聊天消息，在接收者阅读消息后，是否要求阅读者通知已读，可能是由系统配置、组织配置、群组配置等决定，也可能由发送者根据业务需求决定。以下的讨论，均假设消息需要已读未读状态。

客户端与服务端之间，关于阅读状态的命令只需3个，每个命令含请求和应答。

5.1通知消息已读（私聊、群聊通用）

当小宝阅读了一条或若干条消息，需向服务端发送消息已读通知：“众爱卿发的x+y+z消息，朕已阅”。

服务端收到小宝的已读通知时，需完成以下事项：

• 1）存储消息的已读状态；
• 2）返回应答给小宝；
• 3）向已读列表的消息的原始发送者通知消息已读。
  

对于第“3）”步：

• 1）私聊的场合，比较好理解，就是发送给私聊的对方；
• 2）群聊的场合，可很不一样：因为小宝发送的已读消息列表，可能是由众爱卿发送的。考虑这种假设：张三、李四、王五发出的群聊消息，被小宝一下都阅读了，那么小宝发出的已读通知包含的消息列表，需要被IMS分解成3个已读通知（3个不同的消息列表），分别通知给张三、李四、王五，通知内容是“爱卿（不含'"众"）发的这些消息，朕已阅”。
  

下面是大致的逻辑流程图：

5.2查询消息的未读人数（私聊、群聊通用）

消息的发送者，加载消息列表到聊天窗口时，可能需要展示消息是否被已读。

对群聊而言，显示的信息可能是n人未读的提示，那么需要向服务端查询消息的未读人数，由于客户端可能在UI显示自己发出的多条消息，需支持一次请求查询多条消息。

以未读人数的方式来表示消息的阅读状态，统一了私聊、群聊的查询，使得客户端-服务端间的接口更简单，同时使客户端的实现逻辑更统一。

就像下面这样：

• 1）对于私聊：如果未读人数n>0，表示消息未读；
• 2）对于群聊：直接显示n人未读即可，当然，当n等于0时表示全部已读。
  

5.3查询群消息的已读、未读人员清单（群聊）

当客户端希望显示某一条群聊消息的已读、未读人员列表，需向服务端发起查询。

大致的逻辑流程图如下：

6、几种具体的已读未读状态存储思路探讨

6.1基本约定

群聊的阅读状态比私聊复杂，因此这里着重讨论群聊的阅读状态。

假设群成员数是n，各个客户端立即IM服务端发送已读通知。服务端需存储每个人的阅读状态，包括那些未读的成员。由于群的成员清单可能变化，比如今天增加了一个成员，则昨天发的消息、与今天发的消息，其接收者列表不一样。

即：

• 1）同一个群的不同消息，对应的接收者列表可能不一样。
• 2）换言之，每一条消息都需要记录完整的接收者列表和已读人员列表。
  

为了方便讨论，本章假设群成员有640人为前提。

6.2存储思路1

每一条消息都维护：

• 1）接收人员列表receiver_list；
• 2）已读人员列表read_list。
  

具体是：

• 1）IM Server收到一条消息时，用全体群成员构建receiver_list；
• 2）IM Server收到群成员对这条消息的已读通知时，将此成员加入到read_list。
  

客户端获取此消息的数据：

• 1）当需要获取未读人数时，用receiver_list的个数减去read_list的个数；
• 2）当需要获取已读、未读人员列表时，需用receiver_list减去read_list得到未读人员列表。
  

那么，思路1每条消息的存储空间是：

640个ID + 不定数量的已读人员ID

6.3存储思路2

每一条消息维护：

• 1）未读人员列表unread_list；
• 2）已读人员列表read_list。
  

具体是：

• 1）IM Server收到一条消息时，用全体群成员构建unread_list；
• 2）IM Server收到群成员对这条消息的已读通知时，将此成员从unread_list移出，同时加入到read_list。
  

客户端获取此消息的数据：

• 1）当需要获取未读人数时，直接计算unread_list的个数；
• 2）当需要获取已读、未读人员列表时，直接返回unread_list和read_list。
  

那么，思路2每条消息的存储空间是：

未读人员ID + 已读人员ID，合计640个ID

思路2的实现，占用的空间是案1的0.5倍~1.0倍。即案2占用的空间少，但在每次收到客户端的已读通知时，比案1多了一个操作：从unread_list进行减员。

6.4存储思路3（我的实现）

5.4.1）探讨6.2节、6.3节的不足：

6.2节、6.3节这两种思路，都能满足功能需求，但存在巨大的存储浪费。

该群有640人，如果群内聊天每天有1024条消息，人员ID以4字节存储计算，那么为该群每天的消息阅读状态需要消耗的空间是：

• 5.2节思路1：1024 * (640 * 4 + 已读人数 * 4)，范围是 2.5MB ~ 5MB；
• 5.3节思路2：1024 * 640 * 4，等于2.5MB。
  

这仅仅是一个群在一天之内产生的阅读状态数据，如果是在云平台运行，单此功能消耗的空间，呵呵~~

题外话：如果成员不是用4字节整型存储，而改用字符串，比如"1123356777"，那就更可观了。

5.4.2）如何减少存储空间：

考虑群成员并非时时刻刻都在变化，多数情况下，群成员的列表是相对稳定的，今天的和上周（甚至更久以前）的列表甚至可能是一样的，那么有可能几百条消息，甚至几万条消息对应的群成员列表是相同的。

因此，引出本文的重点思想：

考虑让不同的消息共用群成员列表，即把消息的阅读状态与群成员列表分开存储，并记录它们之间的关联。

假定平均每1024条消息共用一个群成员列表，发了1024条消息后，群成员变化了，此后需要用新的群成员列表。

那么这一千条消息的阅读状态所占用的空间是：

群成员列表空间 + 1024条消息的阅读状态：640 * 4 + 1024 * 每条消息的阅读状态所占空间

在具备群成员列表的前提下，如何减少每条消息的阅读状态所占空间？

很自然会想到用bit来表示已读人员，因为一个32位整型可表示32个人的已读状态。bit的顺序只需与群成员列表的顺序一致即可。

当一条消息没有人已读时，阅读状态占用0字节；当群内每个人都阅读时，占用的空间最大，即640 / 32 = 20字节。

因此优化之后，这一千条消息的阅读状态所占用的空间，范围是2.5KB ~ (2.5KB + 1024 * 20B)，即2.5KB ~ 22.5KB，此数值与5.2节思路1、5.3节思路2对比，有了极大幅度地下降。

如下图所示：


该表格的前提条件：

• 1）一个群有640人；
• 2）该群连续1024条消息对应的群成员列表是稳定的。
  

退一步考虑，哪怕这1024条消息对应的群成员列表不稳定，中间变化了10次，那么也仅会多出2.5KB * 10即25KB的存储空间，与案1、案2相比仍然有极大优势。

7、如何提高已读未读状态的处理速度

小宝往公司群发了一条消息我来给大家介绍一下新来的女同事，大家立即、马上、瞬间、闪电般地查看消息，感觉迟1秒就会失去秒杀女神的机会一样，意味着一瞬间会有N多条已读通知发送到IMS。

对这些消息的处理流程是一样的：

• 1）可合并这些操作以批量形式进行存储、转发；
• 2）由于存储消息的阅读状态是一个设置bit的过程，所以不存在互斥的问题，即使在分布式环境也可以放心操作；
• 3）消息对应的成员列表信息可临时缓存在内存对象内，以减少查询IO，提高效率。
  

附录：更多IM群聊技术文章

《快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（一）》
《如何保证IM实时消息的“时序性”与“一致性”？》
《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？》
《微信后台团队：微信后台异步消息队列的优化升级实践分享》
《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》
《关于IM即时通讯群聊消息的乱序问题讨论》
《IM群聊消息的已读回执功能该怎么实现？》
《IM群聊消息究竟是存1份(即扩散读)还是存多份(即扩散写)？》
《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》
《[技术脑洞] 如果把14亿中国人拉到一个微信群里技术上能实现吗？》
《IM群聊机制，除了循环去发消息还有什么方式？如何优化？》
《网易云信技术分享：IM中的万人群聊技术方案实践总结》
《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》
《IM群聊消息的已读未读功能在存储空间方面的实现思路探讨》
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一个群，给用户生成单独的群ID，，基于 群ID ，做消息一读未读，是不是占用字节数更少。例如：

我这里以一个群最大 999人为例来说明思路。
群ID： 1111111
群中的成员按照入群的顺序，生成ID 为： 1111111 0001  

谁读了没读，只通过 23 个字节的位置索引来表示是那个人，就可以表示一条消息状态。
一个人都在加入了那些群，冗余保存群ID及在群中的ID。

引用：laojichuxin 发表于 2020-06-29 15:08
一个群，给用户生成单独的群ID，，基于 群ID ，做消息一读未读，是不是占用字节数更少。例如：

我这里以 ...

我感觉把问题搞复杂了，位运算，不管从哪个角度来说，都很难以维护

引用：JackJiang 发表于 2020-06-29 15:43
我感觉把问题搞复杂了，位运算，不管从哪个角度来说，都很难以维护

是有点计算换空间了，消息上，携带一个数，作为已读未读的标识数字。

各有优缺点。

引用：laojichuxin 发表于 2020-06-29 17:49
是有点计算换空间了，消息上，携带一个数，作为已读未读的标识数字。

各有优缺点。

我觉得文章中作者太过于追求存储空间的优化了，点到为止即可，从可维护性、易用性、硬件成本上找到平衡是最好的，硬件成本上来说存储已经不是很贵了

引用：JackJiang 发表于 2020-06-29 22:16
我觉得文章中作者太过于追求存储空间的优化了，点到为止即可，从可维护性、易用性、硬件成本上找到平衡是 ...

赞成

引用：JackJiang 发表于 2020-06-29 22:16
我觉得文章中作者太过于追求存储空间的优化了，点到为止即可，从可维护性、易用性、硬件成本上找到平衡是 ...

说的很对啊，用位来维护其实很麻烦，是一个很好的解决思路，但不是一个切实落地的方案

引用：laojichuxin 发表于 2020-06-29 15:08
一个群，给用户生成单独的群ID，，基于 群ID ，做消息一读未读，是不是占用字节数更少。例如：

我这里以 ...

同一个群，上周的人员列表，在本周可能变了哦

好文章 学到了

学习了，非常好的思路。
但是也是感觉使用位运算是省空间，但是从可维护上来说确实有问题。

看来方案基本受认可，就是觉得位操作维护麻烦。
给大家个白嫖的机会，公开关联的代码，等整理完再发（<=2天），敬请期待！

引用：fzully 发表于 2020-09-07 16:17
看来方案基本受认可，就是觉得位操作维护麻烦。
给大家个白嫖的机会，公开关联的代码，等整理完再发（

等你

bit位在阅读状态的使用.zip (4.05 KB , 下载次数: 119 )

5 年前 上传

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附件给出了bit位如何用在阅读状态，给出了关键实现，而不是全部源码。配合Jack一楼的文字介绍，更好理解。
注：目的是说明 位 怎么用在阅读状态，而不是要列出全部实现

引用：fzully 发表于 2020-09-08 23:13
附件给出了bit位如何用在阅读状态，给出了关键实现，而不是全部源码。配合Jack一楼的文字介绍，更好理解 ...

赞楼主，文字骚，技术也骚！

如果每个会话的消息是有顺序的，那已读状态就是记录会话中的每个人已读的最大值；这样群成员的已读状态就会形成离散的分布，那对于当前消息的已读状态，就是计算群成员中有多少人的已读值大于该消息的值

引用：一个菠萝 发表于 2020-10-20 09:50
如果每个会话的消息是有顺序的，那已读状态就是记录会话中的每个人已读的最大值；这样群成员的已读状态就会 ...

消息顺序，从理论上是很难百分百保证的，所以任何依赖于顺序的逻辑，都存在因乱序而导致的不正确性

引用：JackJiang 发表于 2020-10-20 11:03
消息顺序，从理论上是很难百分百保证的，所以任何依赖于顺序的逻辑，都存在因乱序而导致的不正确性

很多分布式id方案都可以解决id的有序性

引用：一个菠萝 发表于 2020-10-20 12:06
很多分布式id方案都可以解决id的有序性

id当然可以有序，但消息本身可能会乱序到达

引用：一个菠萝 发表于 2020-10-20 09:50
如果每个会话的消息是有顺序的，那已读状态就是记录会话中的每个人已读的最大值；这样群成员的已读状态就会 ...

用户读了某条消息，不能简单认定该会话的在这条消息之前的所有消息都是已读的。
用户可能跳着阅读，比如有好几十条消息，他跳最前面，从旧往新查看，但可能没看完整。没看到就是未读。
即，阅读状态是针对每一条消息的。

引用：fzully 发表于 2020-12-25 00:08
用户读了某条消息，不能简单认定该会话的在这条消息之前的所有消息都是已读的。
用户可能跳着阅读，比如 ...

有个现象是：常用im的聊天软件中，就算是跳着看的，下次再看该会话也是没有未读计数显示在该会话上的；对于那些连续好多未读的群消息会话，其已读属性是不是没有那么重要了，转变为是否看到这个会话有无未读来的更人性化些，毕竟未读消息越多，其即时消息的即时属性就越小，其及时性是不是已经没有那么重要了，换句话说：用户是不是专注于【即时】消息的已读更好一点，时间跨度过长，已然失去了即时性；而且如果真的是要观测每个人对该条消息是否已读，发送特殊的群消息类型是不是更好一点