本文由 Worktile – 研发团队 分享

在团队协同工具Worktile的使用过程中,你会发现无论是右上角的消息通知,还是在任务面板中拖动任务,还有用户的在线状态,都是实时刷新。Worktile中的推送服务是采用的是基于xmpp协议、erlang语言实现的ejabberd,并在其源码基础上,结合我们的业务,对源码作了修改以适配我们自身的需求。另外,基于amqp协议也可以作为实时消息推送的一种选择,踢踢网就是采用 rabbitmq+stomp 协议实现的消息推送服务。本文将结合我在Worktile和踢踢网的项目实践,介绍下消息推送服务的具体实现。

实时推送的几种实现方式

相较于手机端的消息推送(一般都是以socket方式实现),web端是基于http协议,很难像tcp一样保持长连接。但随着技术的发展,出现了websocket, comet等新的技术可以达到类似长连接的效果,这些技术大体可分为以下几类:

1)短轮询。页面端通过js定时异步刷新,这种方式实时效果较差。

2)长轮询。页面端通过js异步请求服务端,服务端在接收到请求后,如果该次请求没有数据,则挂起这次请求,直到有数据到达或时间片(服务端设定)到,则返回本次请求,客户端接着下一次请求。示例如下:

1

3)Websocket。浏览器通过websocket协议连接服务端,实现了浏览器和服务器端的全双工通信。需要服务端和浏览器都支持websocket协议。

以上几种方式中,方式1实现较简单,但效率和实时效果较差。方式2对服务端实现的要求比较高,尤其是并发量大的情况下,对服务端的压力很大。方式3效率较高,但对较低版本的浏览器不支持,另外服务端也需要有支持websocket的实现。Worktile的web端实时消息推送,采用的是xmpp扩展协议xep-0124 BOSH(http://xmpp.org/extensions/xep-0124.html),本质是采用方式2长轮询的方式。踢踢网则采用了websocket连接rabbitmq的方式实现,下面我会具体介绍如何用这两种方式实现Server Push。

运行时环境准备

服务端的实现中,无论采用ejabberd还是rabbitmq,都是基于erlang语言开发的,所以必须安装erlang运行时环境。Erlang是一种函数式语言,具有容错、高并发的特点,借助OTP的函数库,很容易构建一个健壮的分布式系统。目前,基于erlang开发的产品有,数据库方面:Riak(Dynamo实现)、CouchDB, Webserver方面:Cowboy、Mochiweb, 消息中间件有rabbitmq等。对于服务端程序员来说,erlang提供的高并发、容错、热部署等特性是其他语言无法达到的。无论在实时通信还是在游戏程序中,用erlang可以很容易为每一个上线用户创建一个对应的process,对一台4核8个G的服务器来说,承载上百万个这样的process是非常轻松的事。下图是erlang程序发起process的一般性示意图:

2

如图所示,Session manager(or gateway)负责为每个用户(uid)创建相对应的process, 并把这个对应关系(map)存放到数据表中。每个process则对应用户数据,并且他们之间可以相互发送消息。Erlang的优势就是在内存足够的情况下创建上百万个这样的process,而且它的创建和销毁比java的thread要轻量的多,两者不是一个数量级的。

好了,我们现在开始着手erlang环境的搭建(实验的系统为ubuntu12.04, 4核8个G内存):

1、依赖库安装

 sudo apt-get install build-essential
 sudo apt-get install libncurses5-dev
 sudo apt-get install libssl-dev libyaml-dev
 sudo apt-get install m4
 sudo apt-get install unixodbc unixodbc-dev
 sudo apt-get install freeglut3-dev libwxgtk2.8-dev
 sudo apt-get install xsltproc
 sudo apt-get install fop tk8.5 libxml2-utils

2、官网下载otp源码包(http://www.erlang.org/download.html), 解压并安装:

tar zxvf otpsrcR16B01.tar.gz
cd otpsrcR16B01
configure
make & make install

至此,erlang运行环境就完成了。下面将分别介绍rabbitmq和ejabberd构建实时消息服务。

基于RabbitMQ的实时消息服务

RabbitMQ是在业界广泛应用的消息中间件,也是对AMQP协议实现最好的一种中间件。AMQP协议中定义了Producer、 Consumer、MessageQueue、Exchange、Binding、Virtual Host等实体,他们的关系如下图所示:

3

消息发布者(Producer)连接交换器(Exchange), 交换器和消息队列(Message Queue)通过key进行Binding,Binding是根据Exchange的类型(分为fanout、direct、topic、header)分别对消息作不同形式的派发。Message Queue又分为durable、temporary、auto-delete三种类型,durable queue是持久化队列,不会因为服务shutdown而消失,temporary queue则服务重启后会消失,auto-delete则是在没有consumer连接时自动删除。另外RabbitMQ有很多第三方插件,可以基于AMQP协议基础之上做出很多扩展的应用。下面我们将介绍web stomp插件构建基于AMQP之上的stomp文本协议,通过浏览器websocket达到实时的消息传输。系统的结构如图:

4

如图所示,web端我们使用stomp.js和sockjs.js与rabbitmq的web stomp plugin通信,手机端可以用stompj, gozirra(Android)或者objc-stomp(IOS)通过stomp协议与rabbitmq收发消息。因为我们是实时消息系统通常都是要与已有的用户系统结合,rabbitmq可以通过第三方插件rabbitmq-auth-backend-http来适配已有的用户系统,这个插件可以通过http接口完成用户连接时的认证过程。当然,认证方式还有ldap等其他方式。下面介绍具体步骤:

从官网(http://rabbitmq.com/download.html)下载最新版本的源码包,解压并安装:

tar zxf rabbitmq-server-x.x.x.tar.gz
cd rabbitmq-server-x.x.x
make & make install

为rabbitmq安装web-stomp插件

cd /path/to/your/rabbitmq
./sbin/rabbitmq-plugins enable rabbitmq_web_stomp
./sbin/rabbitmq-plugins enable rabbitmq_web_stomp_examples
./sbin/rabbitmqctl stop
./sbin/rabbitmqctl start
./sbin/rabbitmqctl status

将会显示下图所示的运行的插件列表

4.2

安装用户授权插件

cd /path/to/your/rabbitmq/plugins
wget http://www.rabbitmq.com/community-plugins/v3.3.x/rabbitmq_auth_backend_http-3.3.x-e7ac6289.ez
cd ..
./sbin/rabbitmq-plugins enable rabbitmq_auth_backend_http

编辑rabbitmq.config文件(默认存放于/etc/rabbitmq/下),添加:

[
 ...
 {rabbit, [{auth_backends, [rabbit_auth_backend_http]}]},
 ...
 {rabbitmq_auth_backend_http,
 [{user_path, “http://your-server/auth/user”},
 {vhost_path, “http://your-server/auth/vhost”},
 {resource_path, “http://your-server/auth/resource”}
 ]}
 ...
].

其中,user_path是根据用户名密码进行校验,vhost_path是校验是否有权限访问vhost, resource_path是校验用户对传入的exchange、queue是否有权限。我下面的代码是用nodejs实现的这三个接口的示例:

var express = require('express');
 var app = express();
 app.get('/auth/user', function(req, res){
 var name = req.query.username;
 var pass = req.query.password;
 console.log("name : " + name + ", pass : " + pass);
 if(name === 'guest' && pass === "guest"){
 console.log("allow");
 res.send("allow");
 }else{
 res.send('deny');
 }
 });
 app.get('/auth/vhost', function(req, res){
 console.log("/auth/vhost");
 res.send("allow");
 });
 app.get('/auth/resource', function(req, res){
 console.log("/auth/resource");
 res.send("allow");
 });
 app.listen(3000);

浏览器端js实现,示例代码如下:

......
 var ws = new SockJS('http://' + window.location.hostname + ':15674/stomp');
 var client = Stomp.over(ws);
 // SockJS does not support heart-beat: disable heart-beats
 client.heartbeat.outgoing = 0;
 client.heartbeat.incoming = 0;
 client.debug = pipe('#second');
 var print_first = pipe('#first', function(data) {
 client.send('/exchange/feed/user_x', {"content-type":"text/plain"}, data);
 });
 var on_connect = function(x) {
 id = client.subscribe("/exchange/feed/user_x", function(d) {
 print_first(d.body);
 });
 };
 var on_error = function() {
 console.log('error');
 };
 client.connect('guest1', 'guest1', on_connect, on_error, '/');
 ......

需要说明的时,在这里我们首先要在rabbitmq实例中创建feed这个exchange,我们用stomp.js连接成功后,根据当前登陆用户的id(user_x)绑定到这个exchange,即 subscribe(“/exchange/feed/user_x”, …) 这个操作的行为,这样在向rabbitmq中feed exchange发送消息并指定用户id(user_x)为key,页面端就会通过websocket实时接收到这条消息。

到目前为止,基于rabbitmq+stomp实现web端消息推送就已经完成,其中很多的细节需要小伙伴们亲自去实践了,这里就不多说了。实践过程中可以参照官方文档:

http://rabbitmq.com/stomp.html
http://rabbitmq.com/web-stomp.html
https://github.com/simonmacmullen/rabbitmq-auth-backend-http

以上的实现是我本人在踢踢网时采用的方式,下面接着介绍一下现在在Worktile中如何通过ejabberd实现消息推送。

基于ejabberd的实时消息推送

与rabbitmq不同,ejabberd是xmpp协议的一种实现,与amqp相比,xmpp广泛应用于即时通信领域。Xmpp协议的实现有很多种,比如java的openfire,但相较其他实现,ejabberd的并发性能无疑使最优秀的。Xmpp协议的前身是jabber协议,早期的jabber协议主要包括在线状态(presence)、好友花名册(roster)、IQ(Info/Query)几个部分。现在jabber已经成为rfc的官方标准,如rfc2799, rfc4622, rfc6121,以及xmpp的扩展协议(xep)。Worktile Web端的消息提醒功能就是基于XEP-0124、XEP-0206定义的BOSH扩展协议。

由于自身业务的需要,我们对ejabberd的用户认证和好友列表模块的源码进行修改,通过redis保存用户的在线状态,而不是mnesia和mysql。另外好友这块我们是从已有的数据库中(mongodb)中获取项目或团队的成员。Web端通过strophe.js来连接(http-bind),strophe.js可以以长轮询和websocket两种方式来连接,由于ejabberd还没有好的websocket的实现,就采用了BOSH的方式模拟长连接。整个系统的结构如下:

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Web端用strophe.js通过http-bind进行连接nginx代理,nginx反向代理ejabberd cluster。iOS用xmpp-framwork连接, Android可以用smack直接连ejabberd服务器集群。这些都是现有的库,无需对client进行开发。在线状态根据用户uid作为key定义了在线、离线、忙等状态存放于redis中。好友列表从mongodb的project表中获取。用户认证直接修改了ejabberd_auth_internal.erl文件,通过mongodb驱动连接用户库,在线状态等功能是新加了模块,其部分代码如下:

-module(wt_mod_proj).
 -behaviour(gen_mod).
 -behaviour(gen_server).
 -include("ejabberd.hrl").
 -include("logger.hrl").
 -include("jlib.hrl").
 -define(SUPERVISOR, ejabberd_sup).
 ...
 -define(ONLINE, 1).
 -define(OFFLINE, 0).
 -define(BUSY, 2).
 -define(LEAVE, 3).
 ...
 %% API
 -export([start_link/2, get_proj_online_users/2]).
 %% gen_mod callbacks
 -export([start/2, stop/1]).
 %% gen_server callbacks
 -export([init/1, terminate/2, handle_call/3, handle_cast/2, handle_info/2, code_change/3]).
 %% Hook callbacks
 -export([user_available/1, unset_presence/3, set_presence/4]).
 -export([get_redis/1, remove_online_user/3, append_online_user/3]).
 ...
 -record(state,{host = <<"">>, server_host, rconn, mconn}).
start_link(Host, Opts) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Host, ?MODULE),
 gen_server:start_link({local, Proc}, ?MODULE, [Host, Opts], []).
 user_available(New) ->
 LUser = New#jid.luser, LServer = New#jid.lserver,
 Proc = gen_mod:get_module_proc(LServer, ?MODULE),
 gen_server:cast(Proc, {user_available, LUser, LServer}).
append_online_user(Uid, Proj, Host) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Host, ?MODULE),
 gen_server:call(Proc, {append_online_user, Uid, Proj}).
 remove_online_user(Uid, Proj, Host) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Host, ?MODULE),
 gen_server:call(Proc, {remove_online_user, Uid, Proj}).
 ...
 set_presence(User, Server, Resource, Packet) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Server, ?MODULE),
 gen_server:cast(Proc, {set_presence, User, Server, Resource, Packet}).
 ...
start(Host, Opts) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Host, ?MODULE),
 ChildSpec = {Proc, {?MODULE, start_link, [Host, Opts]},
 transient, 2000, worker, [?MODULE]},
 supervisor:start_child(?SUPERVISOR, ChildSpec).
stop(Host) ->
 Proc = gen_mod:get_module_proc(Host, ?MODULE),
 gen_server:call(Proc, stop),
 supervisor:delete_child(?SUPERVISOR, Proc).
init([Host, Opts]) ->
 MyHost = gen_mod:get_opt_host(Host, Opts, <<"wtmuc.@HOST@">>),
 RedisHost = gen_mod:get_opt(redis_host, Opts, fun(B) -> B end,?REDIS_HOST),
 RedisPort = gen_mod:get_opt(redis_port, Opts, fun(I) when is_integer(I), I>0 -> I end, ?REDIS_PORT),
 ejabberd_hooks:add(set_presence_hook, Host, ?MODULE, set_presence, 100),
 ejabberd_hooks:add(user_available_hook, Host, ?MODULE, user_available, 50),
 ejabberd_hooks:add(sm_remove_connection_hook, Host, ?MODULE, unset_presence, 50),
 MongoHost = gen_mod:get_opt(mongo_host, Opts, fun(B) -> binary_to_list(B) end, ?MONGO_HOST),
 MongoPort = gen_mod:get_opt(mongo_port, Opts, fun(I) when is_integer(I), I>0 -> I end, ?MONGO_PORT),
 {ok, Mongo} = mongo_connection:start_link({MongoHost, MongoPort}),
 C = c(RedisHost, RedisPort),
 ejabberd_router:register_route(MyHost), {ok, #state{host = Host, server_host = MyHost, rconn = C, mconn = Mongo}}.
 terminate(_Reason, #state{host = Host, rconn = C, mconn = Mongo}) ->
 ejabberd_hooks:delete(set_presence_hook, Host, ?MODULE, set_presence, 100),
 ejabberd_hooks:delete(user_available_hook, Host, ?MODULE, user_available, 50),
 ejabberd_hooks:delete(unset_presence_hook, Host, ?MODULE, unset_presence, 50),
 eredis:stop(C),
 ok.
 ...
 handle_call({append_online_user, Uid, ProjId}, _From, State) ->
 C = State#state.rconn,
 Key = &lt;<!--?PRE_RPOJ_ONLINE_USERS /binary, ProjId/binary-->&gt;,
 Resp = eredis:q(C, ["SADD", Key, Uid]),
 {reply, Resp, State};
 handle_call({remove_online_user, Uid, ProjId}, _From, State) -&gt;
 ...
 handle_call({get_proj_online_users, ProjId}, _From, State) -&gt;
 ...
 handle_cast({set_presence, User, Server, Resource, Packet}, #state{mconn = Mongo} = State) -&gt;
 C = State#state.rconn,
 Key = &lt;<!--?USER_PRESENCE /binary, User/binary-->&gt;,
 Pids = get_user_projs(User, Mongo),
 Cmd = get_proj_key(Pids, ["SUNION"]),
 case xml:get_subtag_cdata(Packet, &lt;&lt;"show"&gt;&gt;) of
 &lt;&lt;"away"&gt;&gt; -&gt;
 eredis:q(C, ["SET", Key, ?LEAVE]);
 &lt;&lt;"offline"&gt;&gt; -&gt;
 ...
 handle_cast(_Msg, State) -&gt; {noreply, State}.
handle_info({route, From, To, Packet}, #state{host = Host, server_host = MyHost, rconn = RedisConn, mconn = Mongo} = State) -&gt;
 case catch do_route(Host, MyHost, From, To, Packet, RedisConn, Mongo) of
 {'EXIT', Reason} -&gt;
 ?ERROR_MSG("~p", [Reason]);
 _ -&gt;
 ok
 end,
 {noreply, State};
handle_info(_Info, State) -&gt; {noreply, State}.
code_change(_OldVsn, State, _Extra) -&gt; {ok, State}.
 ...

其中,user\_available\_hook和sm\_remove\_connection\_hook 就是用户上线和用户断开连接触发的事件,ejabberd 中正是由于这些hook,才能很容易扩展功能。

在用tsung对ejabberd进行压力测试,测试机器为4核心8G内存的普通PC,以3台客户机模拟用户登录、设置在线状态、发送一条文本消息、关闭连接操作,在同时在线达到30w时,CPU占用不到3%,内存大概到3个G左右,随着用户数增多,主要内存的损耗较大。由于压力测试比较耗时,再等到有时间的时候,会在做一些更深入的测试。

对于ejabberd的安装与集群的搭建,大家可以参照官方文档,这里不再赘述。如果在使用过程中有什么问题,可以加入Worktile官方群(110257147),进行讨论。