高性能聊天系统
作者：板桥banq
1.2.2 架构设计图
图1-4 架构层次图 |
考虑到系统的可重用性和伸缩性，需要将本系统的网络通信底层和应用系统分离开。这样，基于可重用的网络通信层，可以实现其他各种实时性较高的应用系统，同时，系统还需要提供一些基本功能支持，如网络连接状态管理以及用户状态相关管理，前者为实现一个动态的实时在线系统提供基本连接的管理，后者类似J2EE中Servlet部分的Session管理。
本系统在架构设计上将分3个层次，如图1-4所示。
本系统最底层是Socket通信层，将负责客户端和服务器之间快速的数据交换，它通过接口层和最上面应用层实现解耦，同时又通过接口层和应用层保持实时数据联系。用户从客户端进入到本系统前，将实现统一的用户登录验证机制。有关用户登录验证机制有多种实现方式，可以参见后面章节的讨论。
用户成功进入系统以后，将会有一个生存周期，生存周期依据不同底层协议有不同的具体实现。不管哪一种实现方式，都必须在内存中保存用户连接的相关状态，如用户的IP地址、用户最新连接时间等。
为了保证系统的安全性，用户在登陆验证通过后将分配一个随即的SessionID，用户的每次请求都将包含这个SessionID，服务器每次接受请求后，将此SessionID和保存在内存中的数据实现核对。
这里将着重讨论Socket底层以及接口层的设计和实现。Socket底层设计分两大部分：协议设计和连接处理设计；接口层的目的是提供底层和应用层一个中介媒体作用，但是不能设计得太复杂，以免延误数据传送时间。
1.2.3 协议设计
TCP是一种面向连接的协议，传输数据比较可靠。TCP协议中包含了专门的传递保证机制：当接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才正式传送数据信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止。
TCP在正式收发数据前，首先必须建立可靠的连接。一个TCP连接需要经过3次对话才能建立起来，其中的过程非常复杂。
基于TCP有各种会话应用协议，如HTTP、FTP等协议。其中，HTTP协议是Internet最常用的协议，其最大的特点是能够穿透各种防火墙，因此，传送数据包以HTTP协议传送是一个实用的选择。
UDP是面向非连接的协议，传送数据之前不需要建立专门的连接，直接发送就可以，因此速度要比TCP快。由于UDP协议并不提供数据传送的保证机制，因此可能发生丢包的情况。UDP适合一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。
基于以上因素，在本系统中，聊天信息属于一种短小信息，一般情况下可以使用UDP发送，但是为防止数据丢包，在UDP发送失败的情况下可采取TCP再发送一次，而传送的数据采取HTTP协议。这是一个基于TCP/UDP、使用HTTP协议传送数据的混合实现方案。
这种方案带来的最大特点就是通信速度快，服务器和客户端减少了等待连接时间，提高了发送和响应时间。特别对于服务器而言，由于所需TCP链接数量减少，降低了因为建立、维护和撤销TCP链接所带来的服务器负荷，提高了服务器的吞吐量。
本方案模式同样适用于无线通信领域，目前无线通信网络的带宽比较窄，特别是网络质量很不稳定，客户端如果位于J2ME手机端，采取UDP/TCP混合方案可以同时解决带宽窄和网络不稳定两个问题。
本系统的具体实现分服务器和客户端两个方面。客户端将首先采取UDP发送，在UDP发送失败的情况下，采取TCP再进行发送；服务器处理HTTP请求后，产生相应的HTTP响应，响应数据如果无法放进一个UDP数据包中，则要求客户端使用TCP重试。当然，也可以采取其他TCP/UDP选择方案，要求系统中，这种选择策略是可以替换的。