近年，不論是正在快速增長的直播，遠(yuǎn)程教育以及IM聊天場景，還是在常規(guī)企業(yè)級系統(tǒng)中用到的系統(tǒng)提醒，對websocket的需求越來越大，對websocket的要求也越來越高。從早期對websocket的應(yīng)用僅限于少部分功能和IM等特殊場景，逐步發(fā)展為追求支持高并發(fā)，百萬、千萬級每秒通訊的高可用websocket服務(wù)。
面對各種新場景對websocket功能和性能越來越高的需求，不同的團隊有不同的選擇，有的直接使用由專業(yè)團隊開發(fā)的成熟穩(wěn)定的第三方websocket服務(wù)，有些則選擇自建websocket服務(wù)。
作為一個具有多年websocket開發(fā)經(jīng)驗的老程序猿，經(jīng)歷了GoEasy企業(yè)級websocket服務(wù)從無到有，從小到大的過程，此文是根據(jù)過去幾年在GoEasy開發(fā)過程中踩過的坑，以及為眾多開發(fā)團隊提供websocket服務(wù)、與眾多開發(fā)者交流中的總結(jié)的一些經(jīng)驗和體會。
這次主要從搭建websocket服務(wù)的基本功能和特性方面做一些分享，下次有機會再從構(gòu)建一個高可用websocket時要面對的高并發(fā)，海量消息，集群容災(zāi)，橫向擴展，以及自動化運維等方面進更多的分享。
以下幾點是個人認(rèn)為在構(gòu)建websocket服務(wù)時必須要考慮的一些技術(shù)特性以及能顯著提高用戶體驗的功能，供各位同學(xué)參考：
1.建立心跳機制
心跳機制幾乎是所有網(wǎng)絡(luò)編程的第一步，經(jīng)常容易被新手忽略。因為在websocket長連接中，客戶端和服務(wù)端并不會一直通信，如果雙方長期沒有溝通則都不清楚彼此當(dāng)前狀態(tài)，所以需要發(fā)送一段很小的報文告訴對方“我還活著”。另外還有兩個目的：
服務(wù)端檢測到某個客戶端遲遲沒有心跳過來可以主動關(guān)閉通道，讓它下線；
客戶端檢測到某個服務(wù)端遲遲沒有響應(yīng)心跳也能重連獲取一個新的連接。
2.建立具有良好兼容性的客戶端SDK
雖說現(xiàn)在主流瀏覽器都支持websocket，但在編碼中還是會遇到瀏覽器兼容性問題，而且通過websocket通信的客戶端早已不僅限于各種web瀏覽器，還包括越來越多的APP，小程序。因此就要求構(gòu)建的websocket服務(wù)必須能夠很友好的支持各種客戶端。最好的方式就是構(gòu)建一個能夠兼容所有主流瀏覽器、小程序和APP，以及uni-app、vue、react-native等目前常見的各種前端框架的客戶端SDK，這樣不論公司的各個項目使用什么樣的前端技術(shù)，都能夠快速的集成websocket服務(wù)。
3.斷網(wǎng)自動重連和消息補發(fā)機制
移動互聯(lián)網(wǎng)時代，終端用戶所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多樣且復(fù)雜，如用戶進出電梯，出入地下室或地鐵等網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的場所，或其他原因?qū)е碌木W(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定都是很常見的場景。因此，一個可靠的websocket服務(wù)必須具備完善的斷網(wǎng)自動重連機制。確保斷網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)一旦恢復(fù)，能第一時間自動重新建立長連接，并且能夠立即補發(fā)在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定期間發(fā)送的消息。
4.離線消息
基礎(chǔ)的Websocket通訊從技術(shù)上來說，消息送達(dá)的前提條件就是建立起一個長連接，沒有建立網(wǎng)絡(luò)連接就來討論通訊那是耍流氓。但是從使用者的角度上來說，隨手關(guān)閉瀏覽器，或者將小程序、APP進程直接殺掉而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接斷開的情況是隨時都在發(fā)生的。然后我們下意識的期待，就是我下次打開瀏覽器訪問網(wǎng)頁，或者打開APP時，能夠收到用戶離開系統(tǒng)期間的所有信息。從技術(shù)上這是一個跟websocket沒有多大關(guān)系的需求，但實際上卻是websocket服務(wù)不可或缺的基本特性，也是一個能夠極大提升用戶體驗的功能。
5.上下線提醒，客戶端在線列表
掌握當(dāng)前系統(tǒng)有哪些用戶在線，捕捉用戶上下線事件，是搭建一個企業(yè)級websocket服務(wù)，必不可少的特性，尤其是開發(fā)IM和游戲類產(chǎn)品。
6.支持歷史消息查詢
websocket服務(wù)，某種意義也是屬于一個消息系統(tǒng)，對于歷史消息的查詢需求，是無法繞開的話題。比如IM系統(tǒng)中常見的歷史消息，因此在websocket服務(wù)內(nèi)部實現(xiàn)一個高速，可靠的消息隊列機制來支持websocket服務(wù)實現(xiàn)歷史消息的查詢就是一個必須的工作。
7.消息的壓縮機制
不論是為了保證消息通訊的速度和實時性，還是為了節(jié)約流量和帶寬費用，或者是出于提高網(wǎng)卡的使用效率和增加系統(tǒng)的吞吐量，在通訊過程中對消息進行必要的壓縮都是必不可少的。
除了需要考慮以上七點以外，筆者認(rèn)為，還有幾個問題也是很值得初學(xué)者積極關(guān)注的：
1.緩存和持久化
選擇合適的消息緩存機制，是企業(yè)級websocket服務(wù)保證性能必須要考慮的問題。
2.異步調(diào)用
要支持大量消息通訊的高性能系統(tǒng)，必然推薦異步調(diào)用。若設(shè)計為同步調(diào)用，調(diào)用方就需要一直等待被調(diào)用方完成。如果一層一層的同步調(diào)用下去，所有的調(diào)用方需要相同的等待時間，調(diào)用方的資源會被大量的浪費。更糟糕的是一旦被調(diào)用方出問題，其他調(diào)用就會出現(xiàn)多米諾骨牌效應(yīng)跟著出問題，導(dǎo)致故障蔓延。收到請求立即返回結(jié)果，然后再異步執(zhí)行，不僅可以增加系統(tǒng)的吞吐量，最大的好處是讓服務(wù)之間的解耦更為徹底。
3.獨立于業(yè)務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)化
盡管在一個web項目中可以同時存在常規(guī)http服務(wù)和websocket服務(wù)，尤其對性能要求不高的單應(yīng)用web系統(tǒng)，這種方式更簡單，更便于維護。但對于性能和可用性高的企業(yè)級系統(tǒng)或者互聯(lián)網(wǎng)平臺，更好的方式，是將websocket服務(wù)作為一個單獨的微服務(wù)來進行設(shè)計，避免和常規(guī)的http服務(wù)搶占資源，導(dǎo)致系統(tǒng)性能不可控，同時也更便于橫向擴展。
一個設(shè)計良好的企業(yè)級websocket服務(wù)應(yīng)該是一個獨立于業(yè)務(wù)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化的單獨存在的技術(shù)性微服務(wù)，能夠作為公司基礎(chǔ)架構(gòu)的一部分為公司的所有項目提供通訊服務(wù)。
4.冪等性和重復(fù)消息的過濾
所謂冪等性，就是一次和多次請求一個接口都應(yīng)該具有同樣的后果。為什么需要？對每個接口的調(diào)用都會有三種可能的結(jié)果：成功，失敗和超時。對最后一種的原因很多可能是網(wǎng)絡(luò)丟包，可能請求沒有到達(dá)，也有可能返回沒有收到。于是在對接口的調(diào)用時往往都會有重試機制，但重試機制很容易導(dǎo)致消息的重復(fù)發(fā)送，從用戶層面這往往是不可接受的，因此在接口的設(shè)計時，我們就需要考慮接口的冪等性，確保同一條消息發(fā)送一次和十次都不回導(dǎo)致消息的重復(fù)到達(dá)。
5.支持QoS 服務(wù)質(zhì)量分級
其實對于上一點消息重復(fù)的問題，行業(yè)已經(jīng)有了解決方案和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對于消息到達(dá)率和重復(fù)，常用的手段就是通過消息確認(rèn)的方式來確保消息到達(dá)，要求越高，意味著確認(rèn)機制越復(fù)雜，成本越高。為了在成本和到達(dá)率之間有很好的平衡，通常對消息系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）分為以下三個級別 ：
QoS 0(At most once)：“最多發(fā)一次”，意味著發(fā)送就可以了，不需要確認(rèn)機制，發(fā)送了即可，適用于要求不高的場景，可以接受一定的不到達(dá)率，成本最低。
QoS 1(At least once)：“至少發(fā)一次”，意味著發(fā)送方必須明確收到接收方的確認(rèn)信號，否則就會反復(fù)發(fā)，每條消息至少需要兩次通信來確認(rèn)到達(dá)，可以接受一些消息被重發(fā)，但成本不高 。
QoS 2(Exactly once)：“確保只發(fā)一次”，意味著每條消息只能到達(dá)一次，且不允許重復(fù)到達(dá)，為了達(dá)到這個目標(biāo)就需要雙方至少通訊三次，成本最高。
一個完善的websocket服務(wù)面對不同的應(yīng)用場景，應(yīng)該能夠支持選擇不同等級的QoS，在成本和服務(wù)質(zhì)量之間取得平衡。
最后
雖然websocket已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種系統(tǒng)和平臺，但如果要搭建一個滿足企業(yè)級或者大型互聯(lián)網(wǎng)平臺的可靠、安全穩(wěn)定的websocket服務(wù)，對于沒有經(jīng)驗的同學(xué)，在具體的技術(shù)實踐過程依然是有不少的坑要踩。
對websocket服務(wù)有較高要求，選擇成熟可靠的第三方websocket服務(wù)其實也是一個成本更低和高效的選擇。GoEasy作為國內(nèi)領(lǐng)先的第三方websocket消息平臺，已經(jīng)穩(wěn)定運行了5年時間，支持千萬級消息并發(fā)，除了兼容所有常見的瀏覽器以外，同時也兼容uni-app，各種小程序，以及vue、react-native等常見的前端框架。
希望本文能為初次搭建websocket服務(wù)的同學(xué)在思路上有所幫助和參考，也歡迎各位前輩多多批評指正，同時也希望未來有機會就更多的技術(shù)與大家進行交流。
GoEasy官網(wǎng)：https://www.goeasy.io/
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