微信为什么不丢消息？

上一章和大家分享了《http如何像tcp一样实时的收消息？》， 本章来聊一聊即时通讯（Instant Messaging，后简称im）消息的可靠投递。

一、报文类型
im的客户端与服务器通过发送报文（也就是网络包）来完成消息的传递，报文分为三种

请求报文（request，后简称为为R）

应答报文（acknowledge，后简称为A）

通知报文（notify，后简称为N），这三种报文的解释如下：

R：客户端主动发送给服务器的报文
A：服务器被动应答客户端的报文，一个A对应一个R
N：服务器主动发送给客户端的报文

 

二、普通消息投递流程
用户A给用户B发送一个“你好”，流程如下：

1）client-A向im-server发送一个消息请求包，即msg:R
2）im-server在成功处理后，回复client-A一个消息响应包，即msg:A
3）如果此时client-B在线，则im-server主动向client-B发送一个消息通知包，即msg:N（当然，如果client-B不在线，则消息会存储离线）

 

三、上述消息投递流程出现的问题
从流程图中容易看到，发送方client-A收到msg:A后，只能说明im-server成功接收到了消息，并不能说明client-B接收到了消息。在若干场景下，可能出现msg:N包丢失，且发送方client-A完全不知道，例如：
1）服务器崩溃，msg:N包未发出
2）网络抖动，msg:N包被网络设备丢弃
3）client-B崩溃，msg:N包未接收
结论是悲观的：接收方client-B是否有收到msg:N，发送方client-A完全不可控，那怎么办呢？

 

四、应用层确认+im消息可靠投递的六个报文
upd是一种不可靠的传输层协议，tcp是一种可靠的传输层协议，tcp是如何做到可靠的？答案是：超时、重传、确认。
要想实现应用层的消息可靠投递，必须加入应用层的确认机制，即：要想让发送方client-A确保接收方client-B收到了消息，必须让接收方client-B给一个消息的确认，这个应用层的确认的流程，与消息的发送流程类似：

4）client-B向im-server发送一个ack请求包，即ack:R
5）im-server在成功处理后，回复client-B一个ack响应包，即ack:A
6）则im-server主动向client-A发送一个ack通知包，即ack:N
至此，发送“你好”的client-A，在收到了ack:N报文后，才能确认client-B真正接收到了“你好”。
会发现，一条消息的发送，分别包含（上）（下）两个半场，即msg的R/A/N三个报文，ack的R/A/N三个报文，一个应用层即时通讯消息的可靠投递，共涉及6个报文，这就是im系统中消息投递的最核心技术。

 

五、可靠消息投递存在什么问题
期望六个报文完成消息的可靠投递，但实际情况，msg:N，ack:N这两个报文都可能丢失（原因如第二章所述，可能是服务器奔溃、网络抖动、或者客户端奔溃），此时client-A都收不到期待的ack:N报文，即client-A不能确认client-B是否收到“你好”，但这两个报文的丢失对应的业务影响又大有不同：

1）msg:N包丢失，业务结果是client-B没有收到消息

2）ack:N包丢失，业务结果是client-B收到了消息，只是client-A不知道而已

那怎么办呢？

 

六、消息的超时与重传
client-A发出了msg:R，收到了msg:A之后，在一个期待的时间内，如果没有收到ack:N，client-A会尝试将msg:R重发。可能client-A同时发出了很多消息，故client-A需要在本地维护一个等待ack队列，并配合timer超时机制，来记录哪些消息没有收到ack:N，以定时重发。

一旦收到了ack:N，说明client-B收到了“你好”消息，对应的消息将从“等待ack队列”中移除。

 

七、消息的重传存在什么问题
第五章提到过，msg:N，ack:N都有可能丢失：
1）msg:N报文丢失，说明client-B之前压根没有收到“你好”报文，超时与重传机制十分有效
2）ack:N报文丢失，说明client-B之前已经收到了“你好”报文（只是client-A不知道而已），超时与重传机制将导致client-B收到重复的消息，那怎么办呢？
 

八、消息的去重
解决方法也很简单，由发送方client-A生成一个消息去重的msgid，保存在“等待ack队列”里，同一条消息使用相同的msgid来重传，供client-B去重，而不影响用户体验。

 

九、其他
1）上述设计理念，由客户端重传，可以保证服务端无状态性（架构设计基本准则）
2）如果client-B不在线，im-server保存了离线消息后，要伪造ack:N发送给client-A

 

十、总结
1）im系统是通过超时、重传、确认、去重的机制来保证消息的可靠投递，不丢不重
2）一个“你好”的发送，包含上半场msg:R/A/N与下半场ack:R/A/N的6个报文

3）im系统难以做到系统层面的不丢不重，只能做到业务层面的不丢不重

 

末了，微信的消息是不是这么发送的，偶不太清楚，清楚的同学可以说一说。