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分布式系統(tǒng)中，很多業(yè)務場景都需要考慮消息投遞的時序，例如：

(1)單聊消息投遞，保證發(fā)送方發(fā)送順序與接收方展現(xiàn)順序一致

(2)群聊消息投遞，保證所有接收方展現(xiàn)順序一致

(3)充值支付消息，保證同一個用戶發(fā)起的請求在服務端執(zhí)行序列一致

消息時序是分布式系統(tǒng)架構設計中非常難的問題，ta為什么難，有什么常見優(yōu)化實踐，是本文要討論的問題。

一、為什么時序難以保證，消息一致性難?

為什么分布式環(huán)境下，消息的時序難以保證，這邊簡要分析了幾點原因：

【時鐘不一致】

分布式環(huán)境下，有多個客戶端、有web集群、service集群、db集群，他們都分布在不同的機器上，機器之間都是使用的本地時鐘，而沒有一個所謂的“全局時鐘”，所以不能用“本地時間”來完全決定消息的時序。

【多客戶端(發(fā)送方)】

多服務器不能用“本地時間”進行比較，假設只有一個接收方，能否用接收方本地時間表示時序呢?遺憾的是，由于多個客戶端的存在，即使是一臺服務器的本地時間，也無法表示“絕對時序”。

如上圖，絕對時序上，APP1先發(fā)出msg1，APP2后發(fā)出msg2，都發(fā)往服務器web1，網(wǎng)絡傳輸是不能保證msg1一定先于msg2到達的，所以即使以一臺服務器web1的時間為準，也不能精準描述msg1與msg2的絕對時序。

【服務集群(多接收方)】

多發(fā)送方不能保證時序，假設只有一個發(fā)送方，能否用發(fā)送方的本地時間表示時序呢?遺憾的是，由于多個接收方的存在，無法用發(fā)送方的本地時間，表示“絕對時序”。

如上圖，絕對時序上，web1先發(fā)出msg1，后發(fā)出msg2，由于網(wǎng)絡傳輸及多接收方的存在，無法保證msg1先被接收到先被處理，故也無法保證msg1與msg2的處理時序。

【網(wǎng)絡傳輸與多線程】

多發(fā)送方與多接收方都難以保證絕對時序，假設只有單一的發(fā)送方與單一的接收方，能否保證消息的絕對時序呢?結論是悲觀的，由于網(wǎng)絡傳輸與多線程的存在，仍然不行。

如上圖，web1先發(fā)出msg1，后發(fā)出msg2，即使msg1先到達(網(wǎng)絡傳輸其實還不能保證msg1先到達)，由于多線程的存在，也不能保證msg1先被處理完。

【怎么保證絕對時序】

通過上面的分析，假設只有一個發(fā)送方，一個接收方，上下游連接只有一條連接池，通過阻塞的方式通訊，難道不能保證先發(fā)出的消息msg1先處理么?

回答：可以，但吞吐量會非常低，而且單發(fā)送方單接收方單連接池的假設不太成立，高并發(fā)高可用的架構不會允許這樣的設計出現(xiàn)。

二、優(yōu)化實踐

【以客戶端或者服務端的時序為準】

多客戶端、多服務端導致“時序”的標準難以界定，需要一個標尺來衡量時序的先后順序，可以根據(jù)業(yè)務場景，以客戶端或者服務端的時間為準，例如：

(1)郵件展示順序，其實是以客戶端發(fā)送時間為準的，潛臺詞是，發(fā)送方只要將郵件協(xié)議里的時間調(diào)整為1970年或者2970年，就可以在接收方收到郵件后一直“置頂”或者“置底”

(2)秒殺活動時間判斷，肯定得以服務器的時間為準，不可能讓客戶端修改本地時間，就能夠提前秒殺

【服務端能夠生成單調(diào)遞增的id】

這個是毋庸置疑的，不展開討論，例如利用單點寫db的seq/auto_inc_id肯定能生成單調(diào)遞增的id，只是說性能及擴展性會成為潛在瓶頸。對于嚴格時序的業(yè)務場景，可以利用服務器的單調(diào)遞增id來保證時序。

【大部分業(yè)務能接受誤差不大的趨勢遞增id】

消息發(fā)送、帖子發(fā)布時間、甚至秒殺時間都沒有這么精準時序的要求：

(1)同1s內(nèi)發(fā)布的聊天消息時序亂了

(2)同1s內(nèi)發(fā)布的帖子排序不對

(3)用1s內(nèi)發(fā)起的秒殺，由于服務器多臺之間時間有誤差，落到A服務器的秒殺成功了，落到B服務器的秒殺還沒開始，業(yè)務上也是可以接受的(用戶感知不到)

所以，大部分業(yè)務，長時間趨勢遞增的時序就能夠滿足業(yè)務需求，非常短時間的時序誤差一定程度上能夠接受。

關于絕對遞增id，趨勢遞增id的生成架構，詳見文章《細聊分布式ID生成方法》，此處不展開。

【利用單點序列化，可以保證多機相同時序】

數(shù)據(jù)為了保證高可用，需要做到進行數(shù)據(jù)冗余，同一份數(shù)據(jù)存儲在多個地方，怎么保證這些數(shù)據(jù)的修改消息是一致的呢?利用的就是“單點序列化”：

(1)先在一臺機器上序列化操作

(2)再將操作序列分發(fā)到所有的機器，以保證多機的操作序列是一致的，最終數(shù)據(jù)是一致的

典型場景一：數(shù)據(jù)庫主從同步

數(shù)據(jù)庫的主從架構，上游分別發(fā)起了op1,op2,op3三個操作，主庫master來序列化所有的SQL寫操作op3,op1,op2，然后把相同的序列發(fā)送給從庫slave執(zhí)行，以保證所有數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性，就是利用“單點序列化”這個思路。

典型場景二：GFS中文件的一致性

GFS(Google File System)為了保證文件的可用性，一份文件要存儲多份，在多個上游對同一個文件進行寫操作時，也是由一個主chunk-server先序列化寫操作，再將序列化后的操作發(fā)送給其他chunk-server，來保證冗余文件的數(shù)據(jù)一致性的。

【單對單聊天，怎么保證發(fā)送順序與接收順序一致】

單人聊天的需求，發(fā)送方A依次發(fā)出了msg1，msg2，msg3三個消息給接收方B，這三條消息能否保證顯示時序的一致性(發(fā)送與顯示的順序一致)?

回答：

(1)如果利用服務器單點序列化時序，可能出現(xiàn)服務端收到消息的時序為msg3，msg1，msg2，與發(fā)出序列不一致

(2)業(yè)務上不需要全局消息一致，只需要對于同一個發(fā)送方A，ta發(fā)給B的消息時序一致就行，常見優(yōu)化方案，在A往B發(fā)出的消息中，加上發(fā)送方A本地的一個絕對時序，來表示接收方B的展現(xiàn)時序

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

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

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

潛在問題：如果接收方B先收到msg3，msg3會先展現(xiàn)，后收到msg1和msg2后，會展現(xiàn)在msg3的前面。

無論如何，是按照接收方收到時序展現(xiàn)，還是按照服務端收到的時序展現(xiàn)，還是按照發(fā)送方發(fā)送時序展現(xiàn)，是pm需要思考的點，技術上都能夠實現(xiàn)(接收方按照發(fā)送時序展現(xiàn)是更合理的)。

總之，需要一桿標尺來衡量這個時序。

【群聊消息，怎么保證各接收方收到順序一致】

群聊消息的需求，N個群友在一個群里聊，怎么保證所有群友收到的消息顯示時序一致?

回答：

(1)不能再利用發(fā)送方的seq來保證時序，因為發(fā)送方不單點，時間也不一致

(2)可以利用服務器的單點做序列化

此時群聊的發(fā)送流程為：

(1)sender1發(fā)出msg1，sender2發(fā)出msg2

(2)msg1和msg2經(jīng)過接入集群，服務集群

(3)service層到底層拿一個***seq，來確定接收方展示時序

(4)service拿到msg2的seq是20，msg1的seq是30

(5)通過投遞服務講消息給多個群友，群友即使接收到msg1和msg2的時間不同，但可以統(tǒng)一按照seq來展現(xiàn)

這個方法能實現(xiàn)，所有群友的消息展示時序相同。

缺點是，這個生成全局遞增序列號的服務很容易成為系統(tǒng)瓶頸，還有沒有進一步的優(yōu)化方法呢?

思路：群消息其實也不用保證全局消息序列有序，而只要保證一個群內(nèi)的消息有序即可，這樣的話，“id串行化”就成了一個很好的思路。

這個方案中，service層不再需要去一個統(tǒng)一的后端拿全局seq，而是在service連接池層面做細小的改造，保證一個群的消息落在同一個service上，這個service就可以用本地seq來序列化同一個群的所有消息，保證所有群友看到消息的時序是相同的。

關于id串行化的細節(jié)，可詳見《利用id串行化解決緩存與數(shù)據(jù)庫一致性問題》，此處不展開。

三、總結

(1)分布式環(huán)境下，消息的有序性是很難的，原因多種多樣：時鐘不一致，多發(fā)送方，多接收方，多線程，網(wǎng)絡傳輸不確定性等

(2)要“有序”，先得有衡量“有序”的標尺，可以是客戶端標尺，可以是服務端標尺

(3)大部分業(yè)務能夠接受大范圍趨勢有序，小范圍誤差;絕對有序的業(yè)務，可以借助服務器絕對時序的能力

(4)單點序列化，是一種常見的保證多機時序統(tǒng)一的方法，典型場景有db主從一致，gfs多文件一致

(5)單對單聊天，只需保證發(fā)出的時序與接收的時序一致，可以利用客戶端seq

(6)群聊，只需保證所有接收方消息時序一致，需要利用服務端seq，方法有兩種，一種單點絕對時序，另一種id串行化

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