如何保障分布式IM聊天系统的消息有序性(即消息不乱)

简介: 本篇主要总结和分享分布式IM聊天系统架构中关于消息有序性的设计和实践。

本文引用了45岁老架构师尼恩的技术分享,有修订和重新排版。

1、引言

分布式IM聊天系统中,IM消息怎么做到不丢、不重、还按顺序到达?

这个问题,涉及到IM系统的两个核心:

1)消息不能丢(可靠性):比如用户点了发送,不能因为服务宕机或网络抖动,消息石沉大海。比如地铁隧道、电梯间,网络断了又连,消息不能卡住不动(要确保弱网也能用)。

2)顺序不能乱(有序性):比如“在吗?” 回成 “吗在?”,群聊时间线错乱,体验直接崩盘。

这二大痛点,是IM聊天系统架构的命门所在。

下面是一张IM消息从发出到接收的关键路径:

2、系列文章

为了更好以进行内容呈现,本文拆分两了上下两篇。

本文是2篇文章中的第 1 篇:

本篇主要总结和分享分布式IM聊天系统架构中关于消息有序性的设计和实践。

3、传统技术方案的瓶颈,怎么破?

早期做消息有序,很多人第一反应是搞个“全局发号器”——所有消息排一队,挨个编号再发。

理想很丰满,现实很骨感:高并发下一拥而上抢号,发号器直接被打满;更致命的是,它一旦宕机,全链路雪崩。

这就像春运火车站只开一个售票窗——再快也撑不过三分钟。

所以,我们必须换思路:不搞大一统,而是分片独立发号,让每个“窗口”自给自足,互不干扰。

4、痛点拆解:为什么消息会乱?

我们先还原一个真实场景: 想象一下你和朋友聊天:

你说:“1 吃饭了吗?”

他回:“2 刚吃完。”

你又说:“3 吃啥呢?”

结果对方手机上显示成:

“3  吃啥呢?” → “1 吃饭了吗?” → “2 刚吃完。”

这不是 bug,是分布式系统的常态。

三条消息走不同服务节点、经不同网络路径,到达时间完全不可控,最终呈现顺序错乱。

会乱 问题本质是什么?一个要“串行等”,一个想“并发冲”,天然冲突。

这时候有人会说:那我加个全局排序服务不就行了?

可以,但代价太大——一个中心节点最多撑几万 QPS,面对百万群聊、亿级用户,还没上线就已过载。

所以,全局有序不是解,而是枷锁。我们要的不是“天下大同”,而是“各聊各的别乱就行”。

5、最终方案:分而治之 + 局部有序

真正的突破口在于:我们根本不需要全局有序,只需要“会话内有序”。

你和张三的聊天记录不能乱,但你和李四的聊天跟王五的完全无关——何必放一起排序?

这就引出了经典策略:分而治之 + 局部有序。

具体怎么做?两步走稳:

* 第一步 - 业务分区: 哈希分片,锁定归属

用 sessionId 做一致性哈希,确保同一个会话的所有消息始终路由到同一个处理节点。按“会话ID”做哈希,算出该消息该由哪个节点处理。同一会话 → 哈希值一样 → 路由到同一台机器 → 所有消息串行处理,天然避免跨节点乱序。

这样一来,单个会话内的消息在服务端就是串行处理的,天然不会乱。

* 第二步 - 局部序号:独立发号,局部递增

每个会话独立维护一个计数器,每来一条消息就+1,作为它的“官方序号”。每个会话,可以配一个独立计数器(比如 Redis 的 INCR),每来一条消息就+1,生成唯一 SEQ。客户端不管什么时候收到消息,只认这个序号,按序号从小到大排列展示。

这个 SEQ 就是这条消息的“官方身份证号”,客户端只认这个,不看接收时间。这就像电影院检票——你可以早到晚到,但座位按票号定。哪怕后排观众先进场,也不会坐到前排去。

PS:IM消息ID生成相关的文章可详细阅读以下资料:

  1. IM消息ID技术专题(一):微信的海量IM聊天消息序列号生成实践(算法原理篇)
  2. IM消息ID技术专题(二):微信的海量IM聊天消息序列号生成实践(容灾方案篇)
  3. IM消息ID技术专题(三):解密融云IM产品的聊天消息ID生成策略
  4. IM消息ID技术专题(四):深度解密美团的分布式ID生成算法
  5. IM消息ID技术专题(五):开源分布式ID生成器UidGenerator的技术实现
  6. IM消息ID技术专题(六):深度解密滴滴的高性能ID生成器(Tinyid)
  7. IM消息ID技术专题(七):深度解密vivo的自研分布式ID服务(鲁班)

6、实践落地(核心片段伪代码)

1)服务端分片路由逻辑:

来看关键实现:如何把消息精准投递给“对的人”。

String sessionId = msg.getSessionId();

//这里是伪代码,实际代码以mq 的负载均衡机制为准

int nodeIndex = Math.abs(sessionId.hashCode()) % clusterNodeCount;

//这里写个伪代码,代表mq  主从复制

ClusterNode targetNode = clusterNodes.get(nodeIndex);

targetNode.sendMsg(msg);

核心就一句:基于会话 ID 哈希取模,固定路由。

从此,每个会话都有了自己的“专属服务通道”,不再受其他会话影响。

2)服务端序号分配逻辑:

接下来,给每条消息发“通行证”:

long msgSeq = redis.incr("msg_seq_" + sessionId);

msg.setSeq(msgSeq);

msg.setUniqueKey(sessionId + "_" + msgSeq);

这里用了 Redis 的 INCR,保证同一个会话下的 SEQ 绝对递增,且线程安全。同时用 sessionId_seq 作为唯一键,既能幂等去重,也能防止重试导致消息重复入库。

实战提示:

如果你的 Redis 是集群模式,记得确保同一个会话的 key 落在同一 slot,否则 INCR 可能跨节点失效。

3)客户端排序逻辑:

最后一步,客户端收尾:别急着渲染,先排好队。

//这里是伪代码, 先排序

List<Msg> sortedMsgs = msgList.stream()

   .sorted(Comparator.comparingLong(Msg::getSeq))

   .collect(Collectors.toList());

//这里是伪代码, 再渲染

renderMsgList(sortedMsgs);

无论消息以什么顺序到达,统统按 seq 升序排列后再上屏。哪怕第100条先到,第1条后到,也能正确归位。这也是为什么我们强调“客户端必须信任服务端 SEQ”——它是唯一真相源。

7、方案总结:放弃全局有序,换高可用与高性能

总结一下,这套方案的核心思想就一句话:

不要为“假需求”买单——我们不需要全局有序,只需要业务上有意义的有序。

你看微信、钉钉、飞书,哪一个是把全平台消息排成一条队列的?没有。

它们都选择了“会话级隔离 + 局部有序”的设计,这才是工业级系统的通用解法。

背后的分布式哲学也很清晰:

最终换来的是:

  • 1)高并发支持(水平扩展);
  • 2)高可用(无单点);
  • 3)强一致体验(用户无感知)。

这正是中高级开发者必须掌握的权衡思维:

不是技术做不到,而是要不要做。

有时候,“不做全局有序”,反而是最正确的选择。

8、 IM消息有序性架构的核心流程总结

最后,一张图串起全流程:

从发起到渲染,全程围绕“会话隔离”和“局部发号”展开。每一个环节都在为同一个目标服务:在分布式环境下,低成本实现用户可感知的“顺序正确”。

—— 下篇《如何保障分布式IM聊天系统的消息可靠性(即消息不丢)》稍后发布,敬请期待 ——

9、参考资料

[1] 什么是IM聊天系统的可靠性?

[2] 什么是IM聊天系统的消息时序一致性?

[3] 微信技术分享:微信的海量IM聊天消息序列号生成实践(算法原理篇)

[4] 马蜂窝旅游网的IM系统架构演进之路

[5] 一套亿级用户的IM架构技术干货(下篇):可靠性、有序性、弱网优化等

[6] 从新手到专家:如何设计一套亿级消息量的分布式IM系统

[7] 企业微信的IM架构设计揭秘:消息模型、万人群、已读回执、消息撤回等

[8] 融云技术分享:全面揭秘亿级IM消息的可靠投递机制

[9] 阿里IM技术分享(四):闲鱼亿级IM消息系统的可靠投递优化实践

[10] 阿里IM技术分享(八):深度解密钉钉即时消息服务DTIM的技术设计

[11] 基于实践:一套百万消息量小规模IM系统技术要点总结

[12] 一套分布式IM即时通讯系统的技术选型和架构设计

[13] 转转平台IM系统架构设计与实践(一):整体架构设计

[14] 移动端弱网优化专题(一):通俗易懂,理解移动网络的“弱”和“慢”

[15] 移动端弱网优化专题(二):史上最全移动弱网络优化方法总结

[16] Web端即时通讯实践干货:如何让你的WebSocket断网重连更快速?

[17] 从客户端的角度来谈谈移动端IM的消息可靠性和送达机制

[18] IM消息送达保证机制实现(一):保证在线实时消息的可靠投递

[19] 移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性?

[20] 如何保证IM实时消息的“时序性”与“一致性”?

[21] 一个低成本确保IM消息时序的方法探讨

即时通讯技术学习:

- 移动端IM开发入门文章:《新手入门一篇就够:从零开发移动端IM

- 开源IM框架源码:https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK备用地址点此

本文已同步发布于:http://www.52im.net/thread-4887-1-1.html

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