Golang 写的即时通讯服务器 im（服务组件形式）

简要介绍

im是一个即时通讯服务器，代码全部使用golang完成。主要功能

1.支持tcp，websocket接入

2.离线消息同步

3.单用户多设备同时在线

4.单聊，群聊，以及超大群聊天场景

5.支持服务水平扩展

gim和im有什么区别？gim可以作为一个im中台提供给业务方使用，而im可以作为以业务服务器的一个组件， 为业务服务器提供im的能力，业务服务器的user服务只需要实现user.int.proto协议中定义的GRPC接口，为im服务 提供基本的用户功能即可，其实以我目前的认知，我更推荐这种方式，这种模式相比于gim,我认为最大好处在于 一下两点：

1.im不需要考虑多个app的场景，相比gim,业务复杂度降低了一个维度

2.各个业务服务可以互不影响，可以做到风险隔离

使用技术：

数据库：MySQL+Redis

通讯框架：GRPC

长连接通讯协议：Protocol Buffers

日志框架：Zap

ORM框架：GORM

安装部署

1.首先安装MySQL，Redis

2.创建数据库im，执行sql/create_table.sql，完成初始化表的创建（数据库包含提供测试的一些初始数据）

3.修改config下配置文件，使之和你本地配置一致

4.分别切换到cmd的tcp_conn,ws_conn,logic,user目录下，执行go run main.go,启动TCP连接层服务器, WebSocket连接层服务器,逻辑层服务器,用户服务器

（注意：tcp_conn只能在 linux 下启动，如果想在其他平台下启动，请安装docker，执行run.sh）

项目目录简介

项目结构遵循 https://github.com/golang-standards/project-layout

cmd:          服务启动入口
config:       服务配置
internal:     每个服务私有代码
pkg:          服务共有代码
sql:          项目 sql 文件
test:         长连接测试脚本

服务简介

1.tcp_conn

维持与客户端的TCP长连接，心跳，以及TCP拆包粘包，消息编解码

2.ws_conn

维持与客户端的WebSocket长连接，心跳，消息编解码

3.logic

设备信息，好友信息，群组信息管理，消息转发逻辑

4.user

一个简单的用户服务，可以根据自己的业务需求，进行扩展

网络模型

TCP的网络层使用linux的epoll实现，相比golang原生，能减少goroutine使用，从而节省系统资源占用

单用户多设备支持，离线消息同步

每个用户都会维护一个自增的序列号，当用户A给用户B发送消息是，首先会获取A的最大序列号，设置为这条消息的seq，持久化到用户A的消息列表， 再通过长连接下发到用户A账号登录的所有设备，再获取用户B的最大序列号，设置为这条消息的seq，持久化到用户B的消息列表，再通过长连接下发 到用户B账号登录的所有设备。

假如用户的某个设备不在线，在设备长连接登录时，用本地收到消息的最大序列号，到服务器做消息同步，这样就可以保证离线消息不丢失。

读扩散和写扩散

首先解释一下，什么是读扩散，什么是写扩散

读扩散

简介：群组成员发送消息时，先建立一个会话，都将这个消息写入这个会话中，同步离线消息时，需要同步这个会话的未同步消息

优点：每个消息只需要写入数据库一次就行，减少数据库访问次数，节省数据库空间

缺点：一个用户有n个群组，客户端每次同步消息时，要上传n个序列号，服务器要对这n个群组分别做消息同步

写扩散

简介：在群组中，每个用户维持一个自己的消息列表，当群组中有人发送消息时，给群组的每个用户的消息列表插入一条消息即可

优点：每个用户只需要维护一个序列号和消息列表

缺点：一个群组有多少人，就要插入多少条消息，当群组成员很多时，DB的压力会增大

消息转发逻辑选型以及特点

普通群组：

采用写扩散，群组成员信息持久化到数据库保存。支持消息离线同步。

超大群组：

采用读扩散，群组成员信息保存到redis,不支持离线消息同步。

核心流程时序图

长连接登录

离线消息同步

心跳

消息单发

c1.d1和c1.d2分别表示c1用户的两个设备d1和d2,c2.d3和c2.d4同理

小群消息群发

c1,c2.c3表示一个群组中的三个用户

大群消息群发

错误处理,链路追踪,日志打印

系统中的错误一般可以归类为两种，一种是业务定义的错误，一种就是未知的错误，在业务正式上线的时候，业务定义的错误的属于正常业务逻辑，不需要打印出来， 但是未知的错误，我们就需要打印出来，我们不仅要知道是什么错误，还要知道错误的调用堆栈，所以这里我对GRPC的错误进行了一些封装，使之包含调用堆栈。

func WrapError(err error) error {
	if err == nil {
		return nil
	}

	s := &spb.Status{
		Code:    int32(codes.Unknown),
		Message: err.Error(),
		Details: []*any.Any{
			{
				TypeUrl: TypeUrlStack,
				Value:   util.Str2bytes(stack()),
			},
		},
	}
	return status.FromProto(s).Err()
}
// Stack 获取堆栈信息
func stack() string {
	var pc = make([]uintptr, 20)
	n := runtime.Callers(3, pc)

	var build strings.Builder
	for i := 0; i < n; i++ {
		f := runtime.FuncForPC(pc[i] - 1)
		file, line := f.FileLine(pc[i] - 1)
		n := strings.Index(file, name)
		if n != -1 {
			s := fmt.Sprintf(" %s:%d \n", file[n:], line)
			build.WriteString(s)
		}
	}
	return build.String()
}

这样，不仅可以拿到错误的堆栈，错误的堆栈也可以跨RPC传输，但是，但是这样你只能拿到当前服务的堆栈，却不能拿到调用方的堆栈，就比如说，A服务调用 B服务，当B服务发生错误时，在A服务通过日志打印错误的时候，我们只打印了B服务的调用堆栈，怎样可以把A服务的堆栈打印出来。我们在A服务调用的地方也获取 一次堆栈。

func WrapRPCError(err error) error {
	if err == nil {
		return nil
	}
	e, _ := status.FromError(err)
	s := &spb.Status{
		Code:    int32(e.Code()),
		Message: e.Message(),
		Details: []*any.Any{
			{
				TypeUrl: TypeUrlStack,
				Value:   util.Str2bytes(GetErrorStack(e) + " --grpc-- \n" + stack()),
			},
		},
	}
	return status.FromProto(s).Err()
}

func interceptor(ctx context.Context, method string, req, reply interface{}, cc *grpc.ClientConn, invoker grpc.UnaryInvoker, opts ...grpc.CallOption) error {
	err := invoker(ctx, method, req, reply, cc, opts...)
	return gerrors.WrapRPCError(err)
}

var LogicIntClient   pb.LogicIntClient

func InitLogicIntClient(addr string) {
	conn, err := grpc.DialContext(context.TODO(), addr, grpc.WithInsecure(), grpc.WithUnaryInterceptor(interceptor))
	if err != nil {
		logger.Sugar.Error(err)
		panic(err)
	}

	LogicIntClient = pb.NewLogicIntClient(conn)
}

像这样，就可以获取完整一次调用堆栈。 错误打印也没有必要在函数返回错误的时候，每次都去打印。因为错误已经包含了堆栈信息

// 错误的方式
if err != nil {
	logger.Sugar.Error(err)
	return err
}

// 正确的方式
if err != nil {
	return err
}

然后，我们在上层统一打印就可以

func startServer {
    extListen, err := net.Listen("tcp", conf.LogicConf.ClientRPCExtListenAddr)
    if err != nil {
    	panic(err)
    }
	extServer := grpc.NewServer(grpc.UnaryInterceptor(LogicClientExtInterceptor))
	pb.RegisterLogicClientExtServer(extServer, &LogicClientExtServer{})
	err = extServer.Serve(extListen)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
}

func LogicClientExtInterceptor(ctx context.Context, req interface{}, info *grpc.UnaryServerInfo, handler grpc.UnaryHandler) (resp interface{}, err error) {
	defer func() {
		logPanic("logic_client_ext_interceptor", ctx, req, info, &err)
	}()

	resp, err = handler(ctx, req)
	logger.Logger.Debug("logic_client_ext_interceptor", zap.Any("info", info), zap.Any("ctx", ctx), zap.Any("req", req),
		zap.Any("resp", resp), zap.Error(err))

	s, _ := status.FromError(err)
	if s.Code() != 0 && s.Code() < 1000 {
		md, _ := metadata.FromIncomingContext(ctx)
		logger.Logger.Error("logic_client_ext_interceptor", zap.String("method", info.FullMethod), zap.Any("md", md), zap.Any("req", req),
			zap.Any("resp", resp), zap.Error(err), zap.String("stack", gerrors.GetErrorStack(s)))
	}
	return
}

这样做的前提就是，在业务代码中透传context,golang不像其他语言，可以在线程本地保存变量，像 Java 的ThreadLocal,所以只能通过函数参数的形式进行传递，im中，service层函数的第一个参数 都是context，但是dao层和cache层就不需要了，不然，显得代码臃肿。

最后可以在客户端的每次请求添加一个随机的request_id，这样客户端到服务的每次请求都可以串起来了。

func getCtx() context.Context {
	token, _ := util.GetToken(1, 2, 3, time.Now().Add(1*time.Hour).Unix(), util.PublicKey)
	return metadata.NewOutgoingContext(context.TODO(), metadata.Pairs(
		"app_id", "1",
		"user_id", "2",
		"device_id", "3",
		"token", token,
		"request_id", strconv.FormatInt(time.Now().UnixNano(), 10)))
}

github

https://github.com/alberliu/im