消息顺序性为何这么难?

简介: 很多业务都需要考虑消息投递的顺序性:单聊消息投递,保证发送方发送顺序与接收方展现顺序一致群聊消息投递,保证所有接收方展现顺序一致充值支付消息,保证同一个用户发起的请求在服务端执行序列一致消息顺序性是分布式系统架构设计中非常难的问题,有什么常见优化实践呢?折衷一:以客户端或者服务端的时序为准不管什么情况,都需要一个标尺来衡量时序的先后顺序,可以根据业务场景,以客户端或者服务端的时间为准,例如:邮件展示顺序,其实是以客户端发送时间为准的画外音:发送方只要将邮件协议里的时间调整为1970年或者2970年,就可以在接收方收到邮件后一直“置顶”或者“置底”。

很多业务都需要考虑消息投递的顺序性:

单聊消息投递,保证发送方发送顺序与接收方展现顺序一致

群聊消息投递,保证所有接收方展现顺序一致

充值支付消息,保证同一个用户发起的请求在服务端执行序列一致

消息顺序性是分布式系统架构设计中非常难的问题,有什么常见优化实践呢?

折衷一:以客户端或者服务端的时序为准

不管什么情况,都需要一个标尺来衡量时序的先后顺序,可以根据业务场景,以客户端或者服务端的时间为准,例如:

邮件展示顺序,其实是以客户端发送时间为准的

画外音:发送方只要将邮件协议里的时间调整为1970年或者2970年,就可以在接收方收到邮件后一直“置顶”或者“置底”。

秒杀活动时间判断,肯定得以服务器的时间为准,不可能让客户端修改本地时间,就能够提前秒杀

折衷二:服务端生成单调递增id作为时序依据

对于严格时序的业务场景,可以利用单点写db的seq/auto_inc_id生成单调递增的id,来保证顺序性。

画外音:这个生成id的单点容易成为瓶颈。

折衷三:假如业务能接受误差不大的趋势递增id

消息发送、帖子发布时间、甚至秒杀时间都没有这么精准时序的要求:

同1s内发布的聊天消息时序乱了,没事

同1s内发布的帖子排序不对,没事

用1s内发起的秒杀,由于服务器多台之间时间有误差,落到A服务器的秒杀成功了,落到B服务器的秒杀还没开始,业务上也是可以接受的(用户感知不到)

所以,大部分业务,长时间趋势递增的时序就能够满足业务需求,非常短时间的时序误差一定程度上能够接受。

于是,可以始终分布式id生成算法来生成id,作为时序依据。

折衷四:利用单点序列化,可以保证多机相同时序

数据为了保证高可用,需要做到进行数据冗余,同一份数据存储在多个地方,怎么保证这些数据的修改消息是一致的呢?

“单点序列化”是可行的:

先在一台机器上序列化操作

再将操作序列分发到所有的机器,以保证多机的操作序列是一致的,最终数据是一致的

典型场景一:数据库主从同步

image

数据库的主从架构,上游分别发起了op1,op2,op3三个操作,主库master来序列化所有的SQL写操作op3,op1,op2,然后把相同的序列发送给从库slave执行,以保证所有数据库数据的一致性,就是利用“单点序列化”这个思路。

典型场景二:GFS中文件的一致性

image

GFS(Google File System)为了保证文件的可用性,一份文件要存储多份,在多个上游对同一个文件进行写操作时,也是由一个主chunk-server先序列化写操作,再将序列化后的操作发送给其他chunk-server,来保证冗余文件的数据一致性的。

单对单聊天,怎么保证发送顺序与接收顺序一致呢?

单人聊天的需求,发送方A依次发出了msg1,msg2,msg3三个消息给接收方B,这三条消息能否保证显示时序的一致性(发送与显示的顺序一致)?

方案设计思路如下:

(1)如果利用服务器单点序列化时序,可能出现服务端收到消息的时序为msg3,msg1,msg2,就会与发出序列不一致。

(2)业务上不需要全局消息一致,只需要对于同一个发送方A,ta发给B的消息时序一致,常见优化方案,在A往B发出的消息中,加上发送方A本地的一个绝对时序,来表示接收方B的展现时序。

msg1{sender:A, seq:10, receiver:B, msg:content1}

msg2{sender:A, seq:20, receiver:B, msg:content2}

msg3{sender:A, seq:30, receiver:B, msg:content3}

image

可能存在问题是:如果接收方B先收到msg3,msg3会先展现,后收到msg1和msg2后,会展现在msg3的前面。

群聊消息,怎么保证各接收方收到顺序一致?

群聊消息的需求,N个群友在一个群里聊,怎么保证所有群友收到的消息显示时序一致?

方案设计思路如下:

(1)假设和单聊消息一样,利用发送方的seq来保证时序,因为发送方不单点,seq无法统一生成,可能存在不一致。

(2)于是,可以利用服务器的单点做序列化。

image

如上图,此时群聊的发送流程为:

(1)sender1发出msg1,sender2发出msg2;

(2)msg1和msg2经过接入集群,服务集群;

(3)service层到底层拿一个唯一seq,来确定接收方展示时序;

(4)service拿到msg2的seq是20,msg1的seq是30;

(5)通过投递服务讲消息给多个群友,群友即使接收到msg1和msg2的时间不同,但可以统一按照seq来展现;

这个方法能实现,所有群友的消息展示时序相同。

缺点是,生成全局递增序列号的服务很容易成为系统瓶颈。

还有没有进一步的优化方法呢?

群消息其实也不用保证全局消息序列有序,而只要保证一个群内的消息有序即可,这样的话,“id串行化”就成了一个很好的思路。

image

这个方案中,service层不再需要去一个统一的后端拿全局seq,而是在service连接池层面做细小的改造,保证一个群的消息落在同一个service上,这个service就可以用本地seq来序列化同一个群的所有消息,保证所有群友看到消息的时序是相同的。

此时利用本地时钟来生成seq就凑效了,是不是很巧妙?

总结

(1)要“有序”,先得有衡量“有序”的标尺,可以是客户端标尺,可以是服务端标尺;

(2)大部分业务能够接受大范围趋势有序,小范围误差;绝对有序的业务,可以借助服务器绝对时序的能力;

(3)单点序列化,是一种常见的保证多机时序统一的方法,典型场景有db主从一致,gfs多文件一致;

(4)单对单聊天,只需保证发出的时序与接收的时序一致,可以利用客户端seq;

(5)群聊,只需保证所有接收方消息时序一致,需要利用服务端seq,方法有两种,一种单点绝对时序,另一种id串行化;

原文发布时间为:2019-1-3
本文作者: 58沈剑
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