本文收作者“大白菜”分享，有改動(dòng)。注意：本系列是給IM初學(xué)者的文章，IM老油條們還望海涵，勿噴！

1、引言

這又是一篇基于Netty的IM編碼實(shí)踐文章，因?yàn)楹铣梢黄獌?nèi)容太長(zhǎng)，讀起來(lái)太累，所以也就順著作者的思路分開成4篇，讀起來(lái)心理壓力也就沒那么大了。

這個(gè)系列的幾篇文章分享的是：假設(shè)在沒有任何成型的第3方IM庫(kù)或SDK的情況下，以網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)技術(shù)視野，思考和實(shí)踐如何基于Netty網(wǎng)絡(luò)庫(kù)從零寫一個(gè)可以聊天的IM系統(tǒng)的過(guò)程，沒有眼花繚亂的架構(gòu)設(shè)計(jì)、也沒有高端大氣的模式設(shè)計(jì)方法論，有的只是從IM入門者的角度的思路和實(shí)戰(zhàn)，適合IM初學(xué)者閱讀。

本篇主要是徒手?jǐn)]IM系列的開篇，主要講解的是的IM設(shè)計(jì)思路，不涉及實(shí)踐編碼，希望給你帶來(lái)幫助。

學(xué)習(xí)交流：

- 移動(dòng)端IM開發(fā)入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動(dòng)端IM》

- 開源IM框架源碼：https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK（備用地址點(diǎn)此）

（本文已同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-3963-1-1.html）

2、知識(shí)準(zhǔn)備

* 重要提示：本系列文章主要是代碼實(shí)戰(zhàn)分享，如果你對(duì)即時(shí)通訊（IM）技術(shù)理論了解的不多，建議先詳細(xì)閱讀：《零基礎(chǔ)IM開發(fā)入門：什么是IM系統(tǒng)？》、《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動(dòng)端IM》。

不知道 Netty 是什么？這里簡(jiǎn)單介紹下：

Netty 是一個(gè) Java 開源框架。Netty 提供異步的、事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架和工具，用以快速開發(fā)高性能、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端程序。

也就是說(shuō)，Netty 是一個(gè)基于 NIO 的客戶、服務(wù)器端編程框架，使用Netty 可以確保你快速和簡(jiǎn)單的開發(fā)出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如實(shí)現(xiàn)了某種協(xié)議的客戶，服務(wù)端應(yīng)用。

Netty 相當(dāng)簡(jiǎn)化和流線化了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的編程開發(fā)過(guò)程，例如，TCP 和 UDP 的 Socket 服務(wù)開發(fā)。

Netty的基礎(chǔ)入門好文章：

• 1）新手入門：目前為止最透徹的的Netty高性能原理和框架架構(gòu)解析
• 2）寫給初學(xué)者：Java高性能NIO框架Netty的學(xué)習(xí)方法和進(jìn)階策略
• 3）史上最通俗Netty框架入門長(zhǎng)文：基本介紹、環(huán)境搭建、動(dòng)手實(shí)戰(zhàn)

如果你連Java的NIO都不知道是什么，下面的文章建議優(yōu)先讀：

• 1）少啰嗦！一分鐘帶你讀懂Java的NIO和經(jīng)典IO的區(qū)別
• 2）史上最強(qiáng)Java NIO入門：擔(dān)心從入門到放棄的，請(qǐng)讀這篇！
• 3）Java的BIO和NIO很難懂？用代碼實(shí)踐給你看，再不懂我轉(zhuǎn)行！

Netty源碼和API的在線查閱地址：

• 1）Netty-4.1.x 完整源碼（在線閱讀版）（* 推薦）
• 2）Netty-4.1.x API文檔（在線版）

3、系列文章

本文是系列文章的第1篇，以下是系列目錄：

1. 《基于Netty，徒手?jǐn)]IM(一)：IM系統(tǒng)設(shè)計(jì)篇》（* 本文）
2. 《基于Netty，徒手?jǐn)]IM(二)：編碼實(shí)踐篇（單聊功能）》
3. 《基于Netty，徒手?jǐn)]IM(三)：編碼實(shí)踐篇（群聊功能）》
4. 《基于Netty，徒手?jǐn)]IM(一)：編碼實(shí)踐篇（系統(tǒng)優(yōu)化）》

4、需求分析

業(yè)務(wù)場(chǎng)景： 本次實(shí)戰(zhàn)就是模擬微信的IM聊天，每個(gè)客戶端和服務(wù)端建立連接，并且可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信（單聊），點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信（群聊）。

設(shè)計(jì)思路： 我們要實(shí)現(xiàn)的是點(diǎn)（客戶端）對(duì)點(diǎn)（客戶端）的通訊，但是我們大部分情況下接觸的業(yè)務(wù)都是客戶端和服務(wù)端之間的通訊（所謂的C/S模式？），客戶端只需要知道服務(wù)端的 IP 地址和端口號(hào)即可發(fā)起通訊了。那么客戶端和客戶端應(yīng)該怎么去設(shè)計(jì)呢？

技術(shù)思考：難道是手機(jī)和手機(jī)之間建立通訊連接（所謂的P2P），互相發(fā)送消息嗎？

這種方案顯然不是很好的方案：

• 1）首先： 客戶端和客戶端之間通訊，首先需要確定對(duì)方的 IP 地址和端口號(hào)，顯然不是很現(xiàn)實(shí)；
• 2）其次： 即使有辦法拿到對(duì)方的 IP 地址和端口號(hào)，那么每個(gè)點(diǎn)（客戶端）既作為服務(wù)端還得作為客戶端，無(wú)形之中增加了客戶端的壓力。

其實(shí)：我們可以使用服務(wù)端作為IM聊天消息的中轉(zhuǎn)站，由服務(wù)端主動(dòng)往指定客戶端推送消息。如果是這種模式的話，那么 Http 協(xié)議是無(wú)法支持的（因?yàn)镠ttp 是無(wú)狀態(tài)的，只能一請(qǐng)求一響應(yīng)的模式），于是就只能使用 TCP 協(xié)議去實(shí)現(xiàn)了。

Jack Jiang注：此處作者表述不太準(zhǔn)確，因?yàn)殡m然HTTP是無(wú)狀態(tài)的，但一樣可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊能力，有興趣的讀者可以閱讀以下幾篇文章，了解一下這些曾經(jīng)利用HTTP實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊聊天的技術(shù)方法：

1. 《新手入門貼：史上最全Web端即時(shí)通訊技術(shù)原理詳解》
2. 《Web端即時(shí)通訊技術(shù)盤點(diǎn)：短輪詢、Comet、Websocket、SSE》
3. 《網(wǎng)頁(yè)端IM通信技術(shù)快速入門：短輪詢、長(zhǎng)輪詢、SSE、WebSocket》

5、IM單聊思路設(shè)計(jì)

5.1 通訊架構(gòu)原理

以下是通訊架構(gòu)原理圖：

 

如上圖所示，通訊流程解析如下：

• 1）實(shí)現(xiàn)客戶端和客戶端之間通訊，那么需要使用服務(wù)端作為通訊的中轉(zhuǎn)站，每個(gè)客戶端都必須和服務(wù)端建立連接；
• 2）每個(gè)客戶端和服務(wù)端建立連接之后，服務(wù)端保存用戶 ID 和通道的映射關(guān)系，其中用戶 ID 作為客戶端的唯一標(biāo)識(shí)；
• 3）客戶端 A 往客戶端 B 發(fā)送消息時(shí)，先把消息發(fā)送到服務(wù)端，再有服務(wù)端往客戶端 B 進(jìn)行推送。

針對(duì)上述第“3）”點(diǎn)，服務(wù)端如何找到客戶端 B 呢？

客戶端 A 往服務(wù)端發(fā)送消息時(shí)，消息攜帶的信息有：“客戶端 A 用戶 ID”、“客戶端 B 用戶 ID”、“消息內(nèi)容”。這樣服務(wù)端就能順利找到服務(wù)端 B 的通道并且進(jìn)行推送消息了。

5.2 消息推送流程

每個(gè)客戶端和服務(wù)端建立連接的時(shí)候，必須把個(gè)人用戶信息上傳到服務(wù)端，由服務(wù)端統(tǒng)一保存映射關(guān)系。如果某個(gè)客戶端下線了，則服務(wù)端監(jiān)聽到連接斷開，刪除對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。

其次：發(fā)起群聊的時(shí)候，需要傳遞 touser 字段，服務(wù)端根據(jù)該字段在映射表里面查找到對(duì)應(yīng)的連接通道并發(fā)起消息推送。

上述邏輯原理如下圖所示：

5.3 更多的細(xì)節(jié)

其實(shí)在真正要做IM之前，要考慮的技術(shù)細(xì)節(jié)還是很多的，以下這幾篇文章就步及到了典型的幾個(gè)IM熱門技術(shù)點(diǎn)，有興趣的一定要讀一讀：

1. 《移動(dòng)端IM開發(fā)需要面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題》
2. 《談?wù)勔苿?dòng)端 IM 開發(fā)中登錄請(qǐng)求的優(yōu)化》
3. 《IM消息送達(dá)保證機(jī)制實(shí)現(xiàn)(一)：保證在線實(shí)時(shí)消息的可靠投遞》
4. 《IM消息送達(dá)保證機(jī)制實(shí)現(xiàn)(二)：保證離線消息的可靠投遞》
5. 《如何保證IM實(shí)時(shí)消息的“時(shí)序性”與“一致性”？》

6、IM群聊思路設(shè)計(jì)

群聊指的是一個(gè)組內(nèi)多個(gè)用戶之間的聊天，一個(gè)用戶發(fā)到群組的消息會(huì)被組內(nèi)任何一個(gè)成員接收 。

具體架構(gòu)思路如下所示：

如上圖所示，群聊通訊流程解析如下。

1）群聊其實(shí)和單聊整體上思路都是一致的，都是需要保存每個(gè)用戶和通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，方便后期通過(guò)用戶 ID 去查找到對(duì)應(yīng)的通道，再跟進(jìn)通道推送消息。

2）如何把消息發(fā)送給多個(gè)組內(nèi)的成員呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，服務(wù)端再保存另外一份映射關(guān)系，那就是聊天室和成員的映射關(guān)系。發(fā)送消息時(shí)，首先根據(jù)聊天室 ID 找到對(duì)應(yīng)的所有成員，然后再跟進(jìn)各個(gè)成員的 ID 去查找到對(duì)應(yīng)的通道，最后由每個(gè)通道進(jìn)行消息的發(fā)送。

3）成員加入某個(gè)群聊組的時(shí)候，往映射表新增一條記錄，如果成員退群的時(shí)候則刪除對(duì)應(yīng)的映射記錄。

通過(guò)上面的架構(gòu)圖可以發(fā)現(xiàn)，群聊和單聊相比，其實(shí)就是多了一份映射關(guān)系而已。

其實(shí)群聊是IM里相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)難度較高的功能，有興趣的讀者可以閱讀下面這幾篇：

1. 《IM單聊和群聊中的在線狀態(tài)同步應(yīng)該用“推”還是“拉”？》
2. 《IM群聊消息如此復(fù)雜，如何保證不丟不重？》
3. 《移動(dòng)端IM中大規(guī)模群消息的推送如何保證效率、實(shí)時(shí)性？》
4. 《現(xiàn)代IM系統(tǒng)中聊天消息的同步和存儲(chǔ)方案探討》
5. 《關(guān)于IM即時(shí)通訊群聊消息的亂序問(wèn)題討論》
6. 《IM群聊消息的已讀回執(zhí)功能該怎么實(shí)現(xiàn)？》
7. 《IM群聊消息究竟是存1份(即擴(kuò)散讀)還是存多份(即擴(kuò)散寫)？》
8. 《一套高可用、易伸縮、高并發(fā)的IM群聊、單聊架構(gòu)方案設(shè)計(jì)實(shí)踐》

另外，對(duì)于超大規(guī)模群聊，技術(shù)難度更是指數(shù)上升：

1. 《網(wǎng)易云信技術(shù)分享：IM中的萬(wàn)人群聊技術(shù)方案實(shí)踐總結(jié)》
2. 《阿里釘釘技術(shù)分享：企業(yè)級(jí)IM王者——釘釘在后端架構(gòu)上的過(guò)人之處》
3. 《IM群聊消息的已讀未讀功能在存儲(chǔ)空間方面的實(shí)現(xiàn)思路探討》
4. 《企業(yè)微信的IM架構(gòu)設(shè)計(jì)揭秘：消息模型、萬(wàn)人群、已讀回執(zhí)、消息撤回等》
5. 《融云IM技術(shù)分享：萬(wàn)人群聊消息投遞方案的思考和實(shí)踐》
6. 《微信直播聊天室單房間1500萬(wàn)在線的消息架構(gòu)演進(jìn)之路》

7、本文小結(jié)

本篇主要是幫助讀者掌握單聊和群聊的核心設(shè)計(jì)思路。

單聊： 主要是服務(wù)器保存了一份用戶和通道之間的映射關(guān)系，發(fā)送消息的時(shí)候，根據(jù)接收人 ID 找到其對(duì)應(yīng)的通道 Channel，Channel 的 write () 可以給客戶端發(fā)送消息。

群聊： 保存兩份關(guān)系，分別是用戶 ID 和 Channel 之間的關(guān)系、群組 ID 和用戶 ID 的關(guān)系。推送消息的時(shí)候，首先根據(jù)聊天組 ID 找到其對(duì)應(yīng)的成員，遍歷每個(gè)成員再進(jìn)行找出其對(duì)應(yīng)的通道即可。

整體來(lái)說(shuō)，思路還是很簡(jiǎn)單的，掌握了該設(shè)計(jì)思路以后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)一款 IM 聊天軟件其實(shí)也不是很復(fù)雜。

8、相關(guān)文章

如果你覺得對(duì)本系列文章還不夠詳細(xì)，可以系統(tǒng)學(xué)習(xí)以下系列文章：

1. 《跟著源碼學(xué)IM(一)：手把手教你用Netty實(shí)現(xiàn)心跳機(jī)制、斷線重連機(jī)制》
2. 《跟著源碼學(xué)IM(二)：自已開發(fā)IM很難？手把手教你擼一個(gè)Andriod版IM》
3. 《跟著源碼學(xué)IM(三)：基于Netty，從零開發(fā)一個(gè)IM服務(wù)端》
4. 《跟著源碼學(xué)IM(四)：拿起鍵盤就是干，教你徒手開發(fā)一套分布式IM系統(tǒng)》
5. 《跟著源碼學(xué)IM(五)：正確理解IM長(zhǎng)連接、心跳及重連機(jī)制，并動(dòng)手實(shí)現(xiàn)》
6. 《跟著源碼學(xué)IM(六)：手把手教你用Go快速搭建高性能、可擴(kuò)展的IM系統(tǒng)》
7. 《跟著源碼學(xué)IM(七)：手把手教你用WebSocket打造Web端IM聊天》
8. 《跟著源碼學(xué)IM(八)：萬(wàn)字長(zhǎng)文，手把手教你用Netty打造IM聊天》
9. 《跟著源碼學(xué)IM(九)：基于Netty實(shí)現(xiàn)一套分布式IM系統(tǒng)》
10. 《跟著源碼學(xué)IM(十)：基于Netty，搭建高性能IM集群（含技術(shù)思路+源碼）》
11. 《SpringBoot集成開源IM框架MobileIMSDK，實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊IM聊天功能》

9、參考資料

[1] 新手入門：目前為止最透徹的的Netty高性能原理和框架架構(gòu)解析

[2] 理論聯(lián)系實(shí)際：一套典型的IM通信協(xié)議設(shè)計(jì)詳解

[3] 淺談IM系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

[4] 簡(jiǎn)述移動(dòng)端IM開發(fā)的那些坑：架構(gòu)設(shè)計(jì)、通信協(xié)議和客戶端

[5] 一套海量在線用戶的移動(dòng)端IM架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐分享(含詳細(xì)圖文)

[6] 一套原創(chuàng)分布式即時(shí)通訊(IM)系統(tǒng)理論架構(gòu)方案

[7]  一套高可用、易伸縮、高并發(fā)的IM群聊、單聊架構(gòu)方案設(shè)計(jì)實(shí)踐

[8] 一套億級(jí)用戶的IM架構(gòu)技術(shù)干貨(上篇)：整體架構(gòu)、服務(wù)拆分等

[9] 一套億級(jí)用戶的IM架構(gòu)技術(shù)干貨(下篇)：可靠性、有序性、弱網(wǎng)優(yōu)化等

[10] 從新手到專家：如何設(shè)計(jì)一套億級(jí)消息量的分布式IM系統(tǒng)

[11] 基于實(shí)踐：一套百萬(wàn)消息量小規(guī)模IM系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)

[12] 探探的IM長(zhǎng)連接技術(shù)實(shí)踐：技術(shù)選型、架構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化

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