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集群聊天服务器——逻辑梳理

news 2025/9/19 9:21:01

网络聊天服务器项目，该项目分为4个模块：

首先是网络模块：我使用了muduo高性能网络库，解耦合网络与业务之间这两部分代码，可以更加专注与业务的功能开发
其次是服务层模块：我使用了基于C++11的技术比如绑定器和map，绑定器实现了用户发送的消息id类型回调业务功能函数的机制（当网络i/o发送消息请求后，通过解析json消息获取消息id 回调业务功能函数）
然后是数据存储模块：我使用了MySQL数据库存储关键的信息（用户账户、离线消息列表、群组信息、好友列表等）由客户端的功能请求进行增删改查

以上是单机服务器的模块设计，但是单机服务器的并发数量是有限的，所以我采用了集群服务器经行并发能力扩展

4.最后在多台服务器部署，基于Tcp 协议搭建的C/S 通信，所以我使用了Nginx Tcp负载均衡，保持长连接状态，并且引入Redis 的发布订阅功能实现跨服务器间通信

1. 客户端：

1.1. 两个模块：

1.1.1. 负责用户登录、注册、退出功能

作为客户端连接服务器成功后的首界面展示：提供以上三种服务

客户端设计模式：主线线程专注于信息的发送、子线程负责接受信息

将具体功能的所需参数进行json（key-value键值对存储文本形式）序列化发送给服务器

个别服务需要服务器返回方法返回值状态信息，（登录成功、信息注册成功）？多线程协调实现

由主线程发送后，阻塞获取信号量，子线程此时接受服务器返回的json对象，由json中的服务方法枚举id，分类细化具体的功能实现业务逻辑，将服务方法调用的状态写入最后将信号量释放，主函数则可以通过子线程写入的状态进行下一步工作

登陆成功后进入功能菜单：

1.1.2. 负责聊天服务器业务功能：添加好友信息、创建群组、加入群组、单人聊天、群组聊天

将功能函数处理为map表形式<存储函数方法名称，方法绑定器>，循环处理客户端的输入的方法请求，在循环中未使用switch_case而是map+bind回调，适应于程序开发中的开闭原则，对修改关闭，对开发扩展开放；

该部分函数主要处理用户的功能以及输入的参数，封装为json 对象（服务器协商的通信规则：方法枚举id的标识，与方法请求一致的参数列表）发送给服务器

auto it = commandHandlerMap.find(command);
if (it == commandHandlerMap.end())
//error// 调用相应命令的事件处理回调，mainMenu对修改封闭，添加新功能不需要修改该函数
it->second(clientfd, commandbuf.substr(idx + 1, commandbuf.size() - idx));
// 调用命令处理方法

2. 服务器：

2.1. 服务器需要处理信息转发、功能性数据的存储、查询、更新服务

解决基于数据库的功能服务问题：MySQL

解决高并发场景下数据收发问题：muduo 静态网络库

解决跨服务器通信问题：Redis发布订阅问题

解决负载均衡问题：Nginx_基于Tcp长连接的负载均衡问题

2.2. 主要基于以上内容将服务器划分出：

server、service、db、model、redis、public 六个模块

2.2.1. server——muduo网络：

基于epoll+多线程的机制实现高并发需求

在该模块中设置四个工作线程，其中一个处理连接回调，在连接异常的场景下关闭连接，余下三个线程为工作线程，完成将接收的字符基于json-parse反序列化发送给service，基于服务方法id，回调具体的处理函数

2.2.2. db：

数据库的接口API ，创建初始化、数据库连接、

数据更新、数据查询query

// 初始化数据库连接_conn = mysql_init(nullptr);// 释放数据库连接资源
if (_conn != nullptr)mysql_close(_conn);// 连接数据库MYSQL *p = mysql_real_connect(_conn, server.c_str(), user.c_str(),password.c_str(), dbname.c_str(), 3306, nullptr, 0);// 更新操作
mysql_query(_conn, sql.c_str())// 查询操作
mysql_query(_conn, sql.c_str())return mysql_use_result(_conn);

2.2.3. model：

该模块用来实现用户需求与服务器数据库交互增、删、改、查问题

以举例：

// 添加好友关系，在好友数据表中添加一条记录
sprintf(sql, "insert into friend values(%d, %d)", userid, friendid);// 返回用户好友列表，联合查询用户表和好友表，将结果插入vector并用返回
sprintf(sql, "select a.id,a.name,a.state from user a /
inner join friend b on b.friendid = a.id where b.userid=%d", userid);// 删除用户的离线消息，删除离线列表的一条信息
sprintf(sql, "delete from offlinemessage where userid=%d", userid);// 更新用户的状态信息
sprintf(sql, "update user set state = '%s' where id = %d",/user.getState().c_str(), user.getId());

2.2.4. redis：

基于Redis发布订阅问题，解决跨服务器通信问题：

初始化发布上下文、订阅上下文，进行连接、向指定chennel 发布、订阅，结束订阅、断开连接

2.2.5. service：

设置方法map集合<方法id，方法handler绑定器>

设置用户连接map集合<用户id，连接TcpConnectionPtr接口>，将所有方法的枚举值，函数方法绑定器插入map表，连接Redis服务器、MySQL 数据库

基于具体的方法选择，结合底层存储的用户数据（查询、插入、删除）完成登录、注册、注销用户；

结合model模块下的函数具体结合用户需求完善功能函数；

聊天服务：查询用户的连接信息，在本服务器时转发聊天信息，不在本台服务器，检查数据库的用户登陆状态，未登录存储离线信息表，登录则发布到Redis的发布队列

登录问题：（最复杂）

从json对象解析得到登录id、密码

在用户信息表中查询该id的所属对象并比对密码，不一致将封装json返回原因；

一致时检查登陆状态避免重复登陆，继而更新用户的登陆状态；

在用户登录map中插入其连接信息；

订阅Redis对该id 为chennel的消息；

打印该用户的离线消息；

将该对象的好友信息封装为vector存储的json序列化文本信息，作为返回的json-response对象key-value 存储的对象之一；群组信息如上；

最后返回最后的json-response序列化内容。

2.2.6. public：

保存服务方法的枚举信息，将每一服务名称与id一一对应