5G因高速率、大容量和低時延三個主要特征,為我們帶來了無限遐想，但如果底層通信能力及設計架構不足以支撐高并發(fā)的場景，高延時仍然不可避免，那么5G技術所賦予的全新應用體驗也將大打折扣，因此，掌握高并發(fā)的通信技術在5G時代至關重要。

　　在2019全球互聯(lián)網(wǎng)通信云(WIIC)大會上，融云技術總監(jiān)高曉光在“架構演進與性能優(yōu)化”論壇演講中毫無保留地分享了融云高并發(fā)通信技術的系統(tǒng)設計與實踐，希望給廣大開發(fā)者提供一些實戰(zhàn)幫助。作為通信云行業(yè)的技術領導者，融云連續(xù)五年保持IM即時通訊市場占有率第一，是業(yè)內唯一承諾在高并發(fā)和弱網(wǎng)環(huán)境下，仍然可以保障消息不丟、不重、不亂序的廠商，融云的高并發(fā)通信技術和系統(tǒng)架構也已成為業(yè)界爭相學習的技術標桿。

融云技術總監(jiān)高曉光演講

　　高并發(fā)系統(tǒng)的設計要點

　　WICC會上，高曉光首先分享了融云在整個通信平臺上常用的系統(tǒng)性能優(yōu)化手段。在系統(tǒng)運行的性能上，融云主要關注業(yè)務、系統(tǒng)和存儲三個層面的問題。在業(yè)務層面，建議開發(fā)者關注每個業(yè)務請求接口的響應時長，動態(tài)掌握正確的響應時長，過長和過短都不合理，并對程序運行中的性能拐點，盡可能的優(yōu)化，延長其到來的時間，這可極大提升高并發(fā)的業(yè)務承載能力。在系統(tǒng)層面，程序運行過程中關注CPU、內存和I/O這三方面的使用情況，合理配置資源;在存儲層面，根據(jù)實際業(yè)務場景做數(shù)據(jù)庫選型，選擇合適的存儲介質。

　　基于以上性能問題關注點，高曉光坦言融云高并發(fā)系統(tǒng)的設計要點主要集中在以下四個方面：

融云高并發(fā)系統(tǒng)的設計要點

　　采用異步化的請求處理。目前，融云采用基于Actor模型自研的分布式RPC框架來實現(xiàn)整個通信云平臺，不但可以把請求的源數(shù)據(jù)，像流水線一樣在每個節(jié)點處理完后直接下轉，還可以將最終處理的結果通過溯源直接投遞回去，從而減少數(shù)據(jù)的調用次數(shù)。相對于同步的方式，異步化可以提高資源的復用程度，中間需要被處理的節(jié)點越多，異步化的優(yōu)勢會越明顯。

　　合理的緩存策略。通過數(shù)據(jù)、分布式緩存、本地緩存、客戶端緩存層層遞進的緩存策略，使越活躍的數(shù)據(jù)越逼近客戶。目的在于讓熱的數(shù)據(jù)離它要處理的位置更近，以提高緩存的利用率，加快數(shù)據(jù)處理的速度。

　　選用適合的數(shù)據(jù)結構與算法，可以極大的提高整個程序的計算性能。例如一致性哈希算法，可用于整個服務的數(shù)據(jù)的散列，或者節(jié)點的定位;LRU緩存，一個帶數(shù)據(jù)淘汰的緩存組件，把冷的數(shù)據(jù)淘汰掉，把位置騰給熱的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)利用率;BitMap，每一個比特位都可用來標識一個狀態(tài)位，可用于快速的狀態(tài)判斷和節(jié)省存儲空間;Bloom Filter可以認為是BitMap的一種應用，可以用來快速判定數(shù)據(jù)是否存在，避免緩存穿透。

　　高效的數(shù)據(jù)存取模型。在融云整個系統(tǒng)里面會常用到幾種不同的存儲類型，沒有高下之分，高曉光說選用的原則是一定要符合業(yè)務場景。例如，存用戶的在線和離線狀態(tài)，融云會選用KV存儲;存儲消息，由于消息對于時序的要求很高，所以可以選擇時序型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)怎么用起來方便，就怎么去存取它。

　　高并發(fā)系統(tǒng)架構的最佳實踐解讀

　　WICC上，高曉光談到消息分發(fā)的典型場景有單聊、群聊、聊天室，不同場景應具體分析、分別應對，才是解決高并發(fā)問題的秘訣。會上特別針對群聊和聊天室的不同特點，融云分享了不同的最佳實踐方案。

　　針對群聊場景。首先，融云在系統(tǒng)中使用消息分發(fā)控制策略，在群消息分發(fā)中引進快、中、慢三個隊列，分別設置不同的延時值，根據(jù)不同的群成員數(shù)量，映射到不同處理隊列中，將絕大多數(shù)百人以下的群放入快速隊列，進行快速處理，可極大地減輕分發(fā)的壓力。

　　其次，融云采用消息直推與通知拉取相結合的方式，在消息不頻繁時用直推模式，當消息量爆增，產生積壓時即轉為通知拉取模式。同時，使用 ACK 機制進行消息可靠同步，且同步的消息嚴格按照時間戳有序進行，這個時間戳由服務端保證唯一性，這也是融云敢于承諾消息不重不丟不亂序的秘籍所在。

　　再則，融云通過“引用分發(fā)”機制降低消息緩存的存儲占用。原則上，是按消息大小及群成員數(shù)量來判定是否采用“引用分發(fā)”。當消息體大，如發(fā)送語音或圖片時，就采用“引用分發(fā)”機制，只分發(fā)一個索引，當終端實際拉取消息時，再推送實體消息。

　　針對聊天室場景。聊天室和群聊的不同之處在于：聊天室的成員關系是臨時性的，出入頻繁，若遇大型直播，成員瞬時可達幾萬甚至幾十萬，消息極其活躍，瞬時峰值極高。融云承諾的是成員無上限的聊天室服務，最高服務過15萬人同時在線，每秒消息的分發(fā)量超過2000萬條，日消息峰值超2218億條。

　　為滿足高并發(fā)消息的服務請求，融云部署了環(huán)形隊列的內存緩存，滾動保存最近的50條消息。在終端完全改用通知拉取的方式，用戶收到通知后，可從服務端的緩存中獲取消息，這起到了很好的限流作用，直接緩解了終端壓力。

　　另外，對于聊天室而言，融云根據(jù)多年服務客戶的經驗以及自身的技術模型，制定了一套按消息類型進行消息拋棄的處理機制。例如大型直播的場景，消息可能頻繁到每秒瞬間幾萬條消息涌向終端，即便終端能夠處理過來，用戶也未必看得過來，體驗反而很差。所以當直播間消息量過大或消息頻率過高時，融云會為消息設置優(yōu)先級，并將連續(xù)消息和相似消息優(yōu)化成一條“疊加消息”，同時根據(jù)優(yōu)先級機制拋棄無用戶屬性消息，確保消息并發(fā)量極大的情況下，用戶端也可以享受流暢的直播互動體驗。對于聊天室，融云還額外對消息上行進行限流，也有效提升了用戶體驗。

　　未來所面臨的挑戰(zhàn)和改進

　　隨著5G+物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，各種終端設備甚至會延伸到觸手可及的任意一物，海量消息激增將直接導致高并發(fā)的場景無處不在，底層的通信系統(tǒng)架構也將面臨難于想象的考驗。

　　高曉光表示，融云一直以來在服務性能上都圍繞著三大重心去進行優(yōu)化，一、合理的算法，降低CPU使用;二、合理的內存結構，降低內存用量，提高緩存利用率;三、盡可能的降低I/O的頻次。同時，高曉光在演講中還著重強調：任何的優(yōu)化都需要符合特定的場景，如果沒有場景，任何優(yōu)化都毫無意義。

　　回顧前文，融云的云通信系統(tǒng)架構之所以能夠經受住各種高并發(fā)的極端考驗，與融云正確分析場景的特點，進而采取有效對策密切相關。此次融云在WICC上的技術分享，希望幫助開發(fā)者了解到，在單群聊及聊天室這樣典型的消息分發(fā)場景下，通信云技術如何對高并發(fā)業(yè)務進行支撐。通過高并發(fā)系統(tǒng)設計及最佳實踐的解讀，融云希望引領業(yè)界技術領袖一起，持續(xù)推動通信云技術對5G多應用場景的服務性能優(yōu)化與提升。

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