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

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，有修订和改动。

1、点评

IM聊天消息的可靠投递，是每个线上产品都要考虑的IM热点技术问题。

IM聊天消息能保证可靠送达，对于用户来说，就好比把钱存在银行不怕被偷一样，是信任的问题。试想，如果用户能明显感知到聊天消息无法保证送达，谁还愿意来用你的APP？谁也不希望自已的话就像浮云一样随风飘逝。

必竟用IM聊天，虽然很多时候是费话，但总有关键时刻存在——比如向女神表白（哪怕明知被拒），作为合格的舔狗一定不希望女神错过这条消息。



所以，消息的可靠投递是每款IM产品和立足之本，也是IM开发者们孜孜不倦追求的技术目标。

本文作者将以自已IM开发过程中的真实总结，分享针对大量离线聊天消息，在确保用户端体验不降级的前提下，保证离线消息的可靠投递。

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/T2w9h_AN_T2UnqNdVikX0Q

2、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》也已被即时通讯网收录并整理发布，有兴趣可以前往阅读。

3、相关文章

• 《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》
• 《移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性？》
• 《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》（* 强烈推荐）
• 《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群聊消息如此复杂，如何保证不丢不重？》（* 强烈推荐）
• 《移动端IM登录时拉取数据如何作到省流量？》（* 强烈推荐）
• 《完全自已开发的IM该如何设计“失败重试”机制？》
• 《IM开发干货分享：我是如何解决大量离线消息导致客户端卡顿的》（* 强烈推荐）
  

4、正文引言

暗恋女神良久，终于鼓起勇气决定向女神写一封情书。但如何表达才能感动女神？自感才疏学浅，于是通读四书五经、熟背唐诗宋词、遍览四大名著，已然腹有诗书气自华。一周末冥思苦想整日才写就一首七言律诗，虽无惊天地泣鬼神之势，但诚挚的爱念在字里行间里流淌，亦歌亦诗，相信会感动到女神，手机欣然发出。

发出一秒后，手心冒汗，感觉脸颊发烫，心脏像受惊吓的野兔一样快速跳动，就像第一次看见女神那时的感觉。闭着眼睛，想象女神看到消息时的情形，她是否也期盼我的表白？看到消息时是否心跳加速、小脸绯红？

一分钟后，紧盯手机屏幕，等待、期盼女神回复。



时间一分一秒地逝去，等一分钟像等一年一样漫长。

一小时后，仍然杳无音讯，难道她没看到消息么？或许在忙什么而没留意手机吧！



一天过去了，坐立不安，等待是一种痛苦的煎熬，期待和煎熬在心中交织翻滚，有几个瞬间甚至希望女神赶快拒绝自己，好让自己解脱！茶饭无味，失眠多天，整日魂不守舍。

一个月过去了，死心。



半年后，女神出嫁，婚礼那天前去祝福。席间亦随众觥筹交错，略有醉意，向女神敬酒：祝福你，但愿以后能遇见像你这样的女人。女神先是愣住、收起笑容，低下头，目光无神地看着大红地毯，长叹一声，言：我等你表白，等了一年！空气凝滞了几秒，女神强作欢颜：从今往后，各自安好吧，干杯！

我转身踱回到座位，拿起手机，打开那个App，看着曾经发出的情书，一切仿佛还在昨日，但故事脚本已被别人书写，欲哭无泪，叹老天为何如此捉弄我？为何我发的消息女神没收到啊！

失魂落魄地回到家里，从冰箱里拿出几瓶罗斯福10号来麻醉自己，在酒精强烈的作用下，迷迷入睡。



第二天醒来，我明白了一个道理：对IM系统而言，消息必达永远摆在第一位！

以上是胡说八道，以下开始正文。。。

5、用全量离线消息实现消息必达

我们在重构IM系统时，需解决上一代设计的痛点之一就是确保消息必达。

5.1离线消息实现消息必达的流程

自然而然地会想到这么做——即由服务端为每个人保存一个“离线消息列表”。

具体的思路是这样：

• 1）当用户在线时，由IMS主动确保消息下发且收到客户端的应答确认时，才认为消息送达客户端，相应地把消息从“离线消息列表”移除；
• 2）如果客户端没有发回应答确认，IM服务端会再发送。
  

以此来确保消息一定送到客户端，看起来是很符合逻辑。当时调查过市面上多款IM，行为基本如此。

5.2海啸般的离线消息

5.2.1）和平时期：

重构后的IM上线，内部测试及在公网运行，离线消息的工作一直很正常。

5.2.2）被签到签死了：

后来，为某客户部署的私有环境，其用户量达几十万，其中的一个组织接近三万人，全员群也接近三万人；还有，底下的部门也有相应的群组，几百到几千人群不等。

“报到”、“签到”。。。大量的类似消息被发到几千、几万人的群内，然后如果有人一两天没上线，或者被加入到多个组织内，等到其上线时，几万条离线消息像海啸一般涌来，您想象一下：手机用户刚登陆的几分钟内，是什么场景？

用户真的很无辜：我不就是登陆了一下App，叮叮咚咚响了几分钟，还卡，还发热。。。



客户端承受不起大规模离线消息的轰炸，怎么办？

5.3临时运用方案

• 1）对若干大组织的全员群，对非管理员禁言；
• 2）通知所有用户不要在大群签到。
  

我承认，这确实不算是个正经方案。。。

6、远离全量离线消息

我承认，一开始设计离线消息时，真没想到是这样的使用场景。对于大多数IM的开发者，或许不会碰到这种场景（但凡事住最坏的可能性想，总是没错的）。

6.1放弃以离线消息的形式实现消息必达

我开始思考什么是消息必达，以前的想法是：把用户该收的消息都送到其客户端，是消息必达。

后来，给消息必达下了新的定义：

• 1）用户有新消息时，确保让用户知道；
• 2）当用户要查看这些消息时，确保其可一条不漏地看到。
  

打个比方：

• 1）客户要把钱给您，不必送到您家里才算送到；
• 2）而是转账到您的银行账户上，并告知您；
• 3）当您要用钱时，直接从银行账户上消费即可。
  

从此，不会在用户上线时向其发送大量离线消息（即全量推送）。

6.2以会话列表为基础来实现消息必达

客户端在上线时，先从服务端更新会话列表，也就是你通常在每个IM客户端的首页看到的这个（如下图所示）。


（上图引用自《IM开发快速入门(一)：什么是IM系统？》）

每一个会话列表项包含如下信息（此处简化了与本文无关的成员变量）：

{
        // 会话对象的角色类型，比如私聊、群聊、系统通知、业务通知。。。
        uint32  session_role;
        // 会话对象的ID
        uint32        session_id;
        // 会话时间戳，用于消息同步；
        // 指会话的最后操作时间，比如清除角标的时间，与会话最后一条的消息时间未必一致
        uint64 session_timestamp;
        // true表示新增或更新，false表示被删除
        bool is_add;

        // 当is_add=false时，忽略以下信息

        // 仅用于显示角标的未读数量，当用户查看该会话后清零，且客户端多端同步
        uint32 new_msg_count;
        // 会话的最后一条消息
        MessageItem         latest_msg;
        // 跳转消息的时间戳，即new_msg_count的最旧1条消息的时间
        uint64 goto_timestamp;
}

为方便讨论，假设以下前提：

• 1）周五傍晚18:00下班，我关闭App，我是9527；
• 2）有1小姐姐向我发了5条消息留言，约我周末去海边玩，她是杨幂3306；
• 3）然后，另1小姐姐也向我发了33条消息留言，内容我不便透露，她是景甜5672；
• 4）严正声明：我跟她们很清白，其实我喜欢的是6379。
  

对，既然是假设，假一点也无妨。

我下班回到家，看到手机有通知栏消息，打开App将会发生哪些事呢？

App和IM后端的交互：

1）登录后，App以18:00填充参数latest_session_time，向IMS获取会话列表（其实不是以下线时间18:00，但这样更易理解）；

2）IM后端检查发现我从18:00开始，有2个会话更新了，于是向App发送应答，以增量形式携带2个会话项：杨幂3306，景甜5672。其中景甜5672的会话项信息如下：

{
        uint32  session_role = Role_User; //表示私聊
        uint32        session_id = 5672; //景甜的ID
        uint64  session_timestamp = 1594464295335672; //最后一条消息的时间戳，微秒
        bool is_add = true; // true表示是更新项
        uint32  new_msg_count = 33; // 景甜向我发了33条消息
        MessageItem         latest_msg = "房号是0520"; //最后1条消息，结构体MessageItem简略不表
        uint64  goto_timestamp = 1594463697556677; // 向我发的33条消息的最早1条的时间
}

3）App收到步骤2的应答，我在App的会话列表窗口里，能看到2项更新，景甜发来的未读消息数33条，杨幂的是5条，如下图所示：


4）点开景甜5672的会话，App将向IMS发起同步消息的请求，获取最新的10条聊天消息（为了显示一屏）：

{
        uint32  session_role = Role_User; //表示私聊
        uint32        session_id = 5672; //景甜的ID
        uint64        begin_time  = 1594464295335672; //步骤2返回的session_timestamp
        uint64        end_time  = 1594434153444222; //景甜上午向我发的最后一条消息的时间
        uint32        max_pieces = 10; //本次最多取10条，PC屏幕大则不妨取20条
}

5）IM后端收到步骤4请求，将返回33条新消息的最后10条给App，呈现聊天窗口内，且聊天窗口上方有一个tip：“↑ 33条新消息”，如下图所示：


6）我可以向上翻动聊天记录，那么App将持续向IMS获取第2批同步消息；或者也可以点击tip：“↑ 33条新消息”，直接跳转到33条消息的最旧一条，这样支持从最旧的消息向新的翻看。

相比于客户端简单地被动接收服务端的离线通知方式，这种设计使得客户端的处理逻辑更复杂。

主要体现在：

• 1）客户端向服务端取的同步消息是未必完整，这些存在客户端的消息，在时间区间上可能不连续的；
• 2）客户端需要知道不同消息之间是否有断代，如果有则需要向服务端查询同步消息来merge本地信息，使其连续，即客户端要实现消息融合。
  

我的建议：用C++实现一个统一的底层imsdk库，来负责这些共通的消息处理和存储。避免各客户端（Windows，iOS，Android等）各自实现这些逻辑，减少工作量，也降低各端不一致的风险。

6.3以会话列表为基础与用全量离线消息的方案对比

6.3.1）用全量离线消息实现的方案优缺点：

实现原理：由IM服务端确保消息送达客户端，客户端存储后发回确认。
方案优点：逻辑简单。

在聊天消息不同数量级时的表现：

• a. 离线消息量不多（如几百条）：没有效率问题，且消息全部达到客户端本地，方便进行查找等动作;
• b. 离线消息量巨大（如几万条）：用户登录瞬间CS间瞬时流量大，客户端瞬时要存储、更新的数据量巨大，可能出现卡顿、假死等情况。
  

6.3.2）用会话列表为基础的方案优缺点：

实现原理：客户端先同步会话列表，由用户驱动不定次获取同步消息。
方案缺点：逻辑复杂，客户端增加不少工作。

在聊天消息不同数量级时的表现：

• a. 离线消息量不多（如几百条）：没优势;
• b. 离线消息量巨大（如几万条）：登录时交互数据小，对IM后端、客户端、用户体验，都比较友好。
  

7、多终端条件下，如何得到完整消息履历？

由于同一个用户的每个终端，其会话最后更新时间、每个会话的最后一条时间可能都不一样，参照上一节的实现思路，可以得到解决方案。

具体如下：

• 1）参照第6.2章节的“App和IM后端的交互”第1个步骤，可取到不同的增量变化的会话列表项；
• 2）参照第6.2章节的“App和IM后端的交互”第4个步骤，可取到任一区间的同步消息，得到完整消息。
  

8、离线消息是否就彻底废弃了？

有若干情况，仍然需要保留离线消息，以确保消息送达。

比如以下情形：

• 1）别人向我发送离线文件：这种情况下不能依赖同步消息来获取。因为不以离线消息通知的话，用户在没有拉取到对应的同步消息前，是不知道有离线文件的；
• 2）撤回消息：即使接收者不拉取同步，仍然要保证在上线后其数据在第一时间被撤回。注意：这里可能存在多端撤回问题；
• 3）用户在线时的消息下发：由于用户在线时，IM后端向客户端发送消息可能碰到网络抖动等情况，导致消息下发失败，这些消息先可以直接存在离线消息队列，IM后端可在收到客户端的心跳包时重发消息。相当于维护了一个在线消息的离线队列。
  

9、本文结语

曾经有一段真挚的爱情摆在我面前，如果时间倒流到半年前，我会选择一个靠谱的IM来发送消息，也许故事的脚本就由自己书写——是否要整一个时光倒流的版本，抱得美人归的那种？

不整了不整了，我得不到女神，你们才欢喜，我太了解你们了。。。各位爷欢喜就好。

附录：IM开发干货系列文章

本文是系列文章中的第26篇，总目录如下：

• 《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”？》
• 《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？》
• 《一种Android端IM智能心跳算法的设计与实现探讨（含样例代码）》
• 《移动端IM登录时拉取数据如何作到省流量？》
• 《通俗易懂：基于集群的移动端IM接入层负载均衡方案分享》
• 《浅谈移动端IM的多点登陆和消息漫游原理》
• 《IM开发基础知识补课(一)：正确理解前置HTTP SSO单点登陆接口的原理》
• 《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》
• 《IM开发基础知识补课(四)：正确理解HTTP短连接中的Cookie、Session和Token》
• 《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)？》
• 《IM开发基础知识补课(五)：通俗易懂，正确理解并用好MQ消息队列》
• 《一个低成本确保IM消息时序的方法探讨》
• 《IM开发基础知识补课(六)：数据库用NoSQL还是SQL？读这篇就够了！》
• 《IM里“附近的人”功能实现原理是什么？如何高效率地实现它？》
• 《IM开发基础知识补课(七)：主流移动端账号登录方式的原理及设计思路》
• 《IM开发基础知识补课(八)：史上最通俗，彻底搞懂字符乱码问题的本质》
• 《IM的扫码登功能如何实现？一文搞懂主流应用的扫码登陆技术原理》
• 《IM要做手机扫码登陆？先看看微信的扫码登录功能技术原理》
• 《IM开发基础知识补课(九)：想开发IM集群？先搞懂什么是RPC！》
• 《IM开发实战干货：我是如何解决大量离线聊天消息导致客户端卡顿的》
• 《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》（* 本文）
  

另外，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》。

文章很好  会话维护模式 多端同步下很复杂 ，还是学微信的：消息只存指定的天数然后采用离线拉取模式 感觉还行。

如果不像作者一样不到万不得已我觉得还是采用全量拉消息好点。

因为如果是服务端维护会话：

• 第一：消息搜索只能走服务端的搜索，
• 第二：会话有很多状态比如有 [转账]，有人@我 [红包] 等等这些状态就需要服务端维护了
• 第三：用户进入会话刷消息体验相比第一种方式要差  
• 第四：服务端和客户端实现第二种方式都比第一种方式复杂。
  

引用：tangtao 发表于 2020-07-14 11:08
文章很好  会话维护模式 多端同步下很复杂 ，还是学微信的：消息只存指定的天数然后采用离线拉取模式 感觉 ...

看的出来，是枚im开发老油条了

引用：tangtao 发表于 2020-07-14 11:08
文章很好  会话维护模式 多端同步下很复杂 ，还是学微信的：消息只存指定的天数然后采用离线拉取模式 感觉 ...

大哥评价很在理！其中，针对第3点的体验，可在客户端取到会话列表时，对有未读条目的会话，App主动取一次同步（返回条目数 <= 一个屏幕显示的条数，因为客户端缺的消息可能只有几条）。
我在整理文字时有失误，确实不用让用户点击会话才触发首次同步，多谢指正！

引用：fzully 发表于 2020-07-14 12:01
大哥评价很在理！其中，针对第3点的体验，可在客户端取到会话列表时，对有未读条目的会话，App主动取一次 ...

活捉作者。感谢大佬的分享。

引用：fzully 发表于 2020-07-14 12:01
大哥评价很在理！其中，针对第3点的体验，可在客户端取到会话列表时，对有未读条目的会话，App主动取一次 ...

感谢大牛的分享，读完了你的文章，基于会话列表这个方案，前提是你的服务端完整存储了所有聊天的记录内容对吧？

不然，多端同步、分段拉取都很难实现。

一直关注52im，大牛的这篇虽然没有高大上，但是很接地气，特地登陆回复。

另外，请问大牛，你的im里有没有用到集群？如果有，那么im集群中的socket长连接接入层跟业务逻辑层的通信，你是用RPC来实现的吗？

引用：天黑请闭嘴 发表于 2020-07-14 14:07
感谢大牛的分享，读完了你的文章，基于会话列表这个方案，前提是你的服务端完整存储了所有聊天的记录内容 ...

服务端是得有完整记录，那些只需发在线的消息除外。游标在客户端手上，同一个用户的不同设备游标可能不一样，各自拿游标去同步即可。

引用：clark.li 发表于 2020-07-14 14:22
一直关注52im，大牛的这篇虽然没有高大上，但是很接地气，特地登陆回复。

另外，请问大牛，你的im里有没 ...

小弟我是用队列解耦，分布式设计普遍会这么玩的吧

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引用：fzully 发表于 2020-07-14 23:09
小弟我是用队列解耦，分布式设计普遍会这么玩的吧

大佬，什么时间讲讲离线消息的多端同步？

能否讲讲客户端消息的融合。。比如离线后群有100条消息。读了最后20条，只会又离线。又多了50条。
这时候又读最后20条。往上读30条后。他就遇到老消息了。这时候他怎么知道前面20条已读的之后还有80条未读的？

这不就是写扩散转读扩散吗