Wei Jianfeng | 16 Apr 2016 | ( words)

有赞APP IM SDK 组件架构设计

本文主要以Android客户端为例，记录了有赞旗下 App 中使用自研 IM SDK 设计思路，由有赞移动开发组 IM SDK 团队共同讨论完成。

背景

在有赞产品中，存在大量需要交易双方沟通交流的场景，比如，客户咨询商家产品信息，售前售后简单的答疑和维权等。另外，有赞业务还存在一些特殊的复杂场景，如供应商，分销商，客户三方之间需要同步沟通，会同时存在多种沟通角色。此时需要较为完善的即时通信（IM）解决方案，但是由于有赞针对不同的商户和使用场景有多个APP，APP自行实现IM功能代价较大，且维护起来人力分散，于是，IM SDK 项目便应运而生了，APP 通过接入此SDK，可以快速实现IM基本功能。

设计目标

  • IM 主流程稳定可用：消息传输具有高可靠性。
  • UI 组件直接集成进入SDK，并支持可定制化。
  • 富媒体发送集成进入SDK，并可按需定制需要的富媒体类型。
  • 实现消息传输层SDK，与带有UI的SDK的功能分离，业务调用方既可以使用消息传输SDK，处理消息，然后自行处理UI，也可以使用带有UI组件的SDK，一步实现较为完备的IM功能。

整体结构

下图中简要描述了有赞客户端中IM系统的基本结构

  • 消息通道层：维护Socket长连接作为消息通道，消息收发流程主要在这一层中完成。
  • 持久化层：主要将消息存入数据库中，富媒体文件存入文件缓存中，方便第二次展示消息时候，从本地加载，而不是网络层获取。
  • 逻辑处理层：完成各种消息相关的逻辑处理，如排序，富媒体文件的预处理等。
  • UI显示层：将数据在UI上进行呈现。

设计要点

此章节中主要描述了，IM SDK设计中一些重要流程。

Socket长连接的创建与维护

IM SDK 所有数据收发流程，均通过Socket长连接完成，如何维护一个稳定Socket通道，是IM系统是否稳定的重要一环。
下面描述下Socket通道几个重要的流程

  • 创建流程（连接） 如图所示，当IM SDK初始化后，业务调用连接请求接口，会开始连接的创建过程，创建成功后，会完成鉴权操作，当创建和鉴权都完成后，会开启消息收发线程，为了维持长连接，会有心跳机制，特别的，会开启一个心跳轮询线程。

  • 心跳
    心跳机制，是IM系统设计中的常见概念，简单的解释就是每隔若干时间发送一个固定信息给服务端，服务端收到后及时回复一个固定信息，如果服务端若干时间内没有收到客户端心跳信息则视客户端断开，同理如果客户端若干时间没有收到服务端心跳回值则视服务端断开。
    当长连接创建成功后，会开启一个轮询线程，每隔一段时间发送心跳消息给服务器端，以维持长连接。

  • 重连流程
    重连被触发时，如果该次连接成功，退出重连。反之重连失败后，会判断当前重连的次数是否超过预期值（这里设为6次），并对重连次数计数，如果超过就会退出重连，反之休眠预设的时间后再次进行重连操作。
    重连触发条件分为三种：

    • 主动连接不成功（主动连接Socket，如果连接失败，会触发重连机制)
    • 网络被主动断开（正常建立连接，操作过程中，网络被断开，通过系统广播触发重连）
    • 服务器没响应，心跳没回值（服务端心跳预设时间内没回值，客户端认为服务端已经断开，触发重连）

  • 网络状态判断
    TCP API并没有提供一个可靠的方法判断当前长连接通道状态，isConnected()和isClosed()仅仅告诉你当前的Socket状态，不是是长连接断开是一回事。 isConnected()告诉你是否Socket与Romote host保持连接，isClosed()告诉你是否Socket被关闭。
    假如你判断长连接通道是否被关闭，只能通过和流操作相关的以下方法：

    1. read() return -1
    2. readLine() return null
    3. readXXX() throw EOPException for any other XXX
    4. write 将抛出IOException: Broken pipe(通道被关闭)

所以SDK封装isConnected（）方法的时候，是根据这几种情况综合判断当前的通道状态，而不是仅仅通过Socket.isConnected（）或者Socket.isClosed（）。

消息发送流程

消息发送流程主要有两大类，一类是IM相关数据的请求，例如：历史消息列表，会话列表等，另一类是IM消息的发送，主要是文字消息。（富媒体消息发送，会将富媒体文件先上传服务器后，拿到文件URL, 通过文字消息，将此URL发给接收方，接收方下载后进行UI展示）。 此两类消息发送，均使用上图的流程进行发送，可通过发送回调感知请求的结果。

如图所示，消息发送流程，需要先封装消息请求，在通过发送队列发送至服务器，发送前，在将请求id和对应回调存入本地Map数据结构中。 

if (requestCallBack != null) {  
  mCallBackMap.put(requestId, requestCallBack);
}

之后接收服务器推送消息（此消息带有发送请求时的请求id），在本地的Map数据找到请求id对应的回调，然后通过回调返回服务器推送过来的数据。
请求可以通过泛型指定返回值类型，SDK中会自行解析服务器数据返回的数据，直接返回给业务调用方model对象，方便使用。（目前支持json格式的数据解析） 

private void IMResponseOnSuccess(String requestid, String response) {  
        if (mCallBackMap != null) {
           IMCallBack callBack = mCallBackMap.get(requestid);
           if (callBack == null) {
               return;
           }
           if (callBack instanceof JsonResultCallback) {
               final JsonResultCallback resultCallback = (JsonResultCallback) callBack;
               if (resultCallback.mType == String.class) {
                   callBack.onResponse(response);
               } else {
                   Object object = new Gson().fromJson(response, resultCallback.mType);
                   callBack.onResponse(object);
               }
               removeCallBack(requestid);
           }
        }
}

如下的示例中，展示了一个获取会话列表的请求，可以看出目前的请求封装，和一些第三方的的网络库类似，使用起来较为方便。 

RequestApi requestApi = new RequestApi(IMConstant.REQ_TYPE_GET_CONVERSATION_LIST, EnumsManager.IMType.IM_TYPE_WSC.getRequestChannel());

requestApi.addRequestParams("limit", 100);  
requestApi.addRequestParams("offset", 0);

IMEngine.getInstance().request(requestApi, new JsonResultCallback<List<ConversationEntity>>() {  
    @Override
    public void onResponse(List<ConversationEntity> response) {
        mSwipeRefreshLayout.setRefreshing(false);
        mAdapter.mDataset.clear();
        mAdapter.mDataset.addAll(response);
        mAdapter.notifyDataSetChanged();
    }

    @Override
    public void onError(int statusCode) {
        //do something
    }
});

可以看出，该请求直接返回了一个会话类型的List集合，业务方可直接使用。

消息接收流程

消息的监听流程主要使用了一个全局监听的方式来进行，需要先注册监听器，监听器中有默认的回调。

public interface IMListener {  
    /**
     * 连接成功
     */
    void connectSuccess();

    /**
     * 连接失败
     */
    void connectFailure(EnumsManager.DisconnectType type);

    /**
     * 鉴权成功
     */
    void authorSuccess();

    /**
     * 鉴权失败
     */
    void authorFailure();

    /**
     * 接收数据成功
     */
    void receiveSuccess(int reqType, String msgId, String requestChannel, String message, int statusCode);

    /**
     * 接收数据失败
     */
    void receiveError(int reqType, String msgId, String requestChannel, int statusCode);
}

该监听器中可以接收如下类型的消息：

  • Socket连接状态的返回结果。
  • 鉴权状态的返回结果，（鉴权流程因有赞业务需要）。
  • 接收的IM消息，或者其他类型的返回消息。可根据消息类型进行后续的分发处理

业务如需使用此全局监听器，需要自行实现此接口，并在业务初始化时，注册此监听器即可。SDK中会根据注册的监听器，在读取到服务器推送消息后，直接通过监听器到回调进行分发。 

private void distributeData(IMEntity imEntity) {  
        if (mIMListener != null && imEntity != null) {
       // 省略部分逻辑代码
       ……
       if (status == Response.SUCCESS) {
           switch (responseModel.reqType) {
               case IMConstant.REQ_TYPE_AUTH: // 鉴权成功
                   mIMListener.authorSuccess();
                   return;

               case IMConstant.REQ_TYPE_OFFLINE: //  服务端踢客户端下线
                   mIMListener.connectFailure(EnumsManager.DisconnectType.SERVER);
                   break;

               case IMConstant.REQ_TYPE_HEARTBEAT: // 心跳成功
               case IMConstant.REQ_TYPE_RECEIVER_MSG: // 收到回调消息
                   handleMessageID(responseModel.body);
                   break;
               default:
                   break;
           }
           mIMListener.receiveSuccess(responseModel.reqType, msgId, responseModel
                   .requestChannel, responseModel.body, 0);
       } else {
           mIMListener.receiveError(responseModel.reqType, msgId, responseModel
                   .requestChannel, status);
       }
   }
}

部分接收消息，如心跳，多端登录时被踢下线通知等，sdk内部会自行处理，业务基本无感知。

可定制化的UI

随着公司规模的扩大与业务线的快速迭代，可能新的业务也需要 IM 这个功能，众所周知，IM UI 功能的嵌入会占据大量的开发与调试时间, 为了解决这个痛点，决定将 IM UI 部分抽成一个 Library，实现可定制与单独维护，做到真正的敏捷开发与快速迭代。

UIKit设计

IM UIKit暴露相应的api接口，业务方注入相应的功能定制项，针对UI的点击回调通过EventBus总线post分发，减少了业务方与UIKit的耦合，底层业务方通过MVP模式对View与Model进行解耦。定制项一般通过如下几种方式:

  • XML(定制业务信息，资源信息，显示条数，各个业务功能开关等)
    <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
    <resources>
        <style name="limit">
            <!--每屏展示的条数-->
            <item name="swiplimit">5</item>
            ......
        </style>
        ......
        ......
        <style name="itembox">
            <item name="showvoice">true</item>
            ......
            ......
            <item name="more" show="true">
                <more>
                    <icon style="mipmap">im_plus_image</icon>
                    <itemname>测试</itemname>
                    <callback>false</callback>
                </more>
                 ......
                 ......
                <more>
                    <icon style="mipmap">ic_launcher</icon>
                    <itemname>测试</itemname>
                    <callback>true</callback>
                </more>
            </item>
            ......
            ......
        </style>
    </resources>
  • Style(定制UI背景，气泡颜色，字体大小等)
    <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
    <resources>
        <!--im 聊天背景-->
        <style name="imui_background">
            <item name="android:background">@android:color/holo_red_dark</item>
        </style>
        ......
        ......

        <!--气泡背景-->
        <style name="bubble_background">
            <item name="android:background">@mipmap/bubble_right_green</item>
        </style>

           <!--背景和和字段颜色定制-->
        <style name="bg_and_textcolor" parent="bubble_background">
            <item name="android:textColor">@android:color/holo_red_dark</item>
        </style>
        ......
        ......
    </resources>
  • Model定制（传入预设的定制Model模板填入相应参数，UIKit里面做相应解析）
    public class Entity {
        public String action1;
        public String action2;
        public String aciton3;
        ......
    }

UIKit 支持的富媒体类型

除了文字消息之外，现在主流的IM系统中也支持各种富媒体发送，在有赞IM SDK UIKit中，目前也支持几种富媒体发送。 以下是发送流程图和两类常见富媒体消息简介。

  • 语音消息 语音消息，除了使用常见的录制和解码播放的技术之外。还利用了 AudioManager 中 requestAudioFocus，abandonAudioFocus 相关方法，实现了录制和播放语音消息，如果有第三方播放音乐，会自动暂停，录制和播放语音消息结束后，声音会自动播放。
  • 图片消息 图片消息，通过七牛服务器设置了缩略图，接收方收到消息后，会先下载缩略图，当用户再点击进入图片详情页时，会下载大图，Andorid客户端使用Picasso加载库加载图片，并做本地缓存。

UI 中聊天会话数据加载策略

参考业界主流的IM系统方案，用户聊天时，需要将已经发送和接收到的聊天信息保存到本地。而不是每次都拉取历史数据。以达到节约流量和无网络状态下也查看数据的效果。为此IM SDK持久化层的数据库中，也实现了简单存储加载机制，下面描述典型的数据加载场景。

  • IM会话首次请求数据流程

  • IM下拉获取历史数据流程

  • IM单条消息发送持久化方案

  • IM单条数据重发流程

设计不足之处

  • 消息回执
    当前的设计方案中，没有消息回执的机制，也就是说接受方收到消息后，不会返回服务器收到消息的通知，服务器无法判断消息是否推送成功，这样在突然断网，网络模式切换，或者弱网环境下，会影响消息的到达率。
    一种可行的设计方式是，发送方增加已送到和未送达的状态，接收方收到消息后，给服务器返回已收到消息的通知，服务器再推送给发送方该状态，如果没有收到接收方回执，服务器可尝试重新推送。发送方接受到接收方的收到回执后，更新发送状态已发送，如果未收到，则显示未送达。为了防止接收方回执丢失，接收方接收消息时候，可维护本地去重队列。

  • 本地请求超时的判断
    本地发起的请求，没有用定时器，完全依赖服务器返回或者出现Socket通道异常后上抛的通知作为超时判断，部分场景可能覆盖不到，需要对请求增加固定的超时处理机制，固定时候未收到请求，即认为超时。

未来发展方向

  • 增加对群聊的支持。
  • 弥补设计中的不足之处，提升消息的到达率和系统稳定性。
  • 提供有赞App更方便的接入方式，提供封装性更好的接口。
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