去中心化的分布式websocket通信架构演进

#去中心化的分布式websocket通信架构演进

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概念：

1. cluster：代表一个集群，集群中有多个节点，集群是去中心化的，字面上理解就是无中心节点，与任何节点连接websocket来通信都是等价的
2. node: 代表一个节点，是集群中的一个组成元素，也是用户websocket长连接状态下的某个实例
3. roomId: 房间ID，将用户分组，实现组内用户的消息广播
4. clientId: 用户ID，用户身份的唯一标识
5. channelId: node在分布式环境下的唯一标识

需求：

1. 房间内消息广播，类似群聊

一. 首次设计

1. 消息发送者使用Redis广播消息给所有node
2. 每个node接受到消息后解析，过滤并将消息推送人与该节点绑定的clientId上

问题:

1. 每个节点需要解析全量消息。在部署了10个node的cluster里，每个node都需要处理10个node的数据，极大的浪费网络传输与数据处理

优化方向：

1. 每个节点只处理该节点需要的消息

二. 再次设计

1. 每个node启动时生成本node信息（可能是主机名，可能是IP等）,这里叫channelId
2. node启动成功后向Redis监听该channelId相关的消息,这样就能直接过滤掉不需要的消息,就像对讲机指定频道一样
3. 当用户建立websocket连接时，向redis添加roomId与channelId一对多的映射关系
4. 用户A 在向Redis广播时，通过注册表找到该消息需要广播的channelId列表，来完成消息推送

问题:

1. roomId -> channelId 注册表生命周期维护问题
   1. 比如用户断开了，需要移除注册表中的通道信息
   2. 比如服务器宕机，需要移除注册表中的通道信息
   3. 比如用户A首次注册在ChannelA上，断线重连后注册在了ChannelB上，就需要执行移除和添加两个操作
   4. 如果首次用户B,C注册在了同一个channel上，用户B断线后重连在了channelA上，那就只需要在注册表中增加一个channelA,不需要删除

话外音：分布式服务，每个node可能启动在任何机器上，可能不是物理机只是一个docker，因此channelId设定为不会固定

优化方向：

1. 在redis中维护一个roomId->clientId = channelId 的用户通道明细列表,如下：
2. 在某个用户信息发生变更时，通过下面的用户通道明细列表，能够刷新roomId->channelId的映射表

话外音：不要想着发送消息时直接使用`redis keys(roomId+"*")` 在用户通道明细列表中直接获取该房间的所有通道信息，从而可以忽略房间和通道的映射表，这样效率极低

三. 再次设计

问题:

1. Redis中的所有映射信息需要有生命周期，否房间使用后将会不断的产生僵尸数据，不能销毁

优化方向：

1. 加入过期时间概念，在未使用后自动销毁
2. 加入心跳概念，确保在使用期间不会被销毁

四. 再次设计

1. 每一个node都启动一个定时任务，定时刷新该node所属数据的过期时间，这样该node宕机后，相关信息就能得到及时的清理，生命周期也得到了维护
   

问题:

1. 如果某房间的用户凑巧建立websocket连接在了同一个node上，那Redis广播这一步是否有些多余 - (话外音：局域网概念)
2. 既然局域网概念可以忽略Redis广播，那能否将局域网概念深挖一下，比如修改nginx路由策略，指定为IP hash,这样客户端侧的局域网能够大概率落在服务侧的同一台node上

四. 最后升华

最终完整设计图