譯自Codin Gurukul經OpenIM技術人員整理修訂后發布。
寫在前面
Open-IM是由前微信技術可能打造的開源的即時通訊組件。Open-IM包括IM服務端和客戶端SDK，實現了高性能、輕量級、易擴展等重要特性。開發者通過集成Open-IM組件，并私有化部署服務端，可以將即時通訊、實時網絡能力快速集成到自身應用中，并確保業務數據的安全性和私密性。
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實時消息現在是我們日常生活中必不可少的一部分。但是，你有沒有想過“WhatsApp”或其他實時消息應用程序是如何工作的？
在本文中，我們將探討whatsapp或任何通用實時消息應用程序背后的高級工程和系統架構。
在深入研究之前，讓我們先了解“通訊是如何工作的？
當兩個客戶機（A和B）想要相互通信或發送消息時，他們首先知道對方的地址（可能是IP、MAC或任何自定義的唯一標識），然后通過網絡彼此交換消息，在這種情況下是INTERNET。這個就是所謂的p2p通信了。
但是，如果網絡非常龐大，客戶數量達到數百萬或數十億，該怎么辦？
在一個非常大的網絡中，很難知道每個客戶機的地址，在這種情況下，為了使這個系統更加健壯和高可用性，我們需要在客戶機之間安裝一個名為“服務器”的組件。此服務器的任務是協調連接到它的所有客戶端，中轉雙方之間的消息。
服務器引入后。所有客戶端都與服務器連接，而不是彼此連接，這樣成了中心化的通訊架構
在這種情況下，當一個客戶機（a）想要向其他客戶機（D）發送消息時，它首先將消息發送到服務器，服務器知道其他客戶機（D）的地址，然后將消息轉發給其他客戶機（D），反之亦然。
這是通信體系結構的概述。讓我們設計一個實時消息傳遞系統的實際系統設計。
但在設計任何產品之前，了解以下要求非常重要：
- 用戶群：了解應用程序的使用規模非常重要。
- 所需功能
那么，讓我們列出whatsapp中需要包含的一些功能：
1). 發消息
2). 多媒體支持
3). Last Seen
4). 消息加密
5). 音頻/視頻通話
根據應用程序需求設計系統
根據應用程序需求設計系統
根據用戶群，我們需要多臺服務器來處理如此多的流量，因此我們放置了多臺服務器，而不是一臺服務器，這就是集群的概念
但問題是，客戶端將連接到哪個服務器，因為有多個服務器，并且客戶端不能隨機連接到任何服務器。為了克服這個問題，我們在客戶端和服務器之間引入了負載均衡。
在實現了多個服務器和負載平衡器之后，我們的系統架構能夠處理大量用戶。現在，當客戶機想要連接到服務器時，連接請求首先命中負載平衡器，然后負載平衡器根據各個服務器上的負載等各種參數將連接重定向到服務器。
但我們的應用程序也需要一些存儲機制來保存一些任意狀態或數據，為了滿足這一要求，我們還添加了可供所有服務器訪問的數據庫。
但是，使用什么樣的連接呢？
通常，這種系統使用雙工連接或雙向連接。由于消息也可以從服務器生成，因此需要雙向通信
在繼續之前，讓我們先了解不同的連接場景以及應用程序的工作方式。
- 當發送方連接到服務器而不是接收方時。
在這種情況下，當接收方未連接到服務器時，消息存儲在數據庫中，當接收方連接到服務器時，消息從數據庫中提取并轉發給接收方，這個就是離線消息的作用。
2.當發送方未連接到服務器時。
在這種情況下，當發送方未連接到服務器時，發送方發送的消息將保存在設備本地存儲中（可能是SQLite或基于平臺的任何其他內容）。當發送者聯機或連接到服務時，消息將從本地存儲中提取并發送到服務器。這個就是本地存儲的作用。
3.當兩個客戶端都連接到服務器時：
在這種情況下，當兩個客戶端都連接到服務器時，發送方發送消息，服務器將該消息轉發給接收方，而不將消息存儲到數據庫或設備本地存儲器。
需要知道的一件事是，連接總是由客戶機啟動的，因為服務器不知道客戶機的地址，但客戶機知道服務器的地址。
發送、交付和查看三個狀態
發送：當我們發送一條消息，而該消息被Whatsapp服務器接收時。
已傳遞：當消息從Whatsapp服務器傳遞到接收方時。
已查看：當信息被接收者看到/打開時。
為了合并所有這些狀態更改，每條消息都有一個唯一的，用于標識每條消息以及來自各種事件（已發送/已交付/已查看）的確認。
當客戶端連接到服務器時，Whatsapp服務器內部會發生什么？
當客戶端連接到WhatsApp服務器時，將針對該客戶端創建一個進程（或線程）。此流程負責處理與該客戶機相關的所有操作。
每個進程都有一個隊列（以淺綠色突出顯示），作為該進程的緩沖區。創建流程后，將在數據庫中創建一個表，以維護P（流程）和關聯客戶機的記錄。
Last Seen是怎么回事？
這個特性的實現非常簡單和直接，它只需要維護一個帶有客戶機和時間戳的記錄。
我們在智能手機中打開Whatsapp時，我們的應用程序每5秒向服務器發送一個脈沖，并且隨著每個脈沖蕞后一次出現，表中的時間會更新。當客戶端斷開連接時，記錄中存在上次看到的時間，該時間由關閉應用程序之前發送的蕞后一個脈沖更新。
媒體共享是如何運作的？
對于共享，我們不使用用于發送文本消息的連接，因為它是一個非常輕量級的連接，無法處理這么多負載。
相反，WhatsApp使用不同的服務器（如HTTP）來共享媒體。
當我們共享一個媒體時，它會通過不同的連接上傳到HTTP服務器，成功上傳后，HTTP服務器會返回一個與該媒體相關聯的哈希值或唯一，該哈希值會發送到WhatsApp服務器。在接收方端，同樣的事情以相反的方式工作，接收方接收哈希值，然后從與該哈希值關聯的HTTP服務器下載媒體。
電話服務也以與媒體服務相同的方式工作，為此，我們還使用不同的服務器，并使用不同類型的連接（如套接字等）進行實時通信。
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