[开源精品] C#.NET im 聊天通讯架构设计 -- FreeIM 支持集群、职责分明、高性能

FreeIM 是什么？

FreeIM 使用 websocket 协议实现简易、高性能（单机支持5万+连接）、集群即时通讯组件，支持点对点通讯、群聊通讯、上线下线事件消息等众多实用性功能。 ImCore 已正式改名为 FreeIM。

使用场景：好友聊天、群聊天、直播间、实时评论区、游戏。

FreeIM 解耦了通讯与业务模块，让项目架构变得更加简单易维护，2017年的设计再过5年也不过时。

FreeIM 提供了一套永远不需要迭代更新的 ImServer 服务端，支持 .NET5.0、.NETCore2.1+、NETStandard2.0。

以及一套简单的 ImHelper API 提供给 业务端 使用，例如 ImHelper.SendMessage(a, b, 'hello world') 就可以实现 a -> b 发送消息。

开源地址：https://github.com/2881099/FreeIM

项目由来

2017 年进朋友的公司救火，那个时候公司的人员架构、技术架构一团糟，例如通讯模块，配备了几人的全职团队负责工作，痛点如下：

1、IM服务端代码臃肿不堪；

2、逻辑混乱不堪，IM服务端代码包含了大量业务逻辑，例如聊天记录、订单数据，这本来应该是业务方的数据；

3、混乱持续放大，IM服务端为了适应需求，不断增加业务协议，越来越像业务端；

4、沟涌成本巨高，IM服务端经常和业务方开怼，比如某业务到底以谁的数据为准；

5、通讯协议失策，IM服务端使用原生Socket自定义通讯协议，后来要维护 WebSocket 及自己定义协议两套，经常发生消息无法传输的问题；

FreeIM 架构的接入之后，解散了 IM 团队，解决了业务与通讯的职责冲突，简化了架构，降低了维护成本。经历 1年半的生产环境，整理代码于 2018 年开源。

我是不是太卷了。。别急啊，他们是 java 团队，是不是瞬间舒服了

如何接入？

dotnet add package FreeIM

1、ImServer 服务端

一套永远不需要迭代更新的IM服务端，ImServer 支持 .NET6.0、.NETCore2.1+、NETStandard2.0

public void Configure(IApplicationBuilder app)

{

    app.UseFreeImServer(new ImServerOptions

    {

        Redis = new FreeRedis.RedisClient("127.0.0.1:6379,poolsize=5"),

        Servers = new[] { "127.0.0.1:6001" }, //集群配置

        Server = "127.0.0.1:6001"

    });

}

2、WebApi 业务端

public void Configure(IApplicationBuilder app)

{

    //...

    ImHelper.Initialization(new ImClientOptions

    {

        Redis = new FreeRedis.RedisClient("127.0.0.1:6379,poolsize=5"),

        Servers = new[] { "127.0.0.1:6001" }

    });

    ImHelper.EventBus(

        t => Console.WriteLine(t.clientId + "上线了"),

        t => Console.WriteLine(t.clientId + "下线了"));

}

ImHelper方法	参数	描述
PrevConnectServer	(clientId, string)	在终端准备连接 websocket 前调用
SendMessage	(发送者, 接收者, 消息内容, 是否回执)	发送消息
GetClientListByOnline	-	返回所有在线clientId
HasOnline	clientId	判断客户端是否在线
EventBus	(上线委托, 离线委托)	socket上线与下线事件

频道	参数	描述
JoinChan	(clientId, 频道名)	加入
LeaveChan	(clientId, 频道名)	离开
GetChanClientList	(频道名)	获取频道所有clientId
GetChanList	-	获取所有频道和在线人数
GetChanListByClientId	(clientId)	获取用户参与的所有频道
GetChanOnline	(频道名)	获取频道的在线人数
SendChanMessage	(clientId, 频道名, 消息内容)	发送消息，所有在线的用户将收到消息

clientId 应该与用户id相同，或者关联；
频道适用临时的群聊需求，如聊天室、讨论区；

ImHelper 支持 .NetFramework 4.5+、.NetStandard 2.0

3、Html5 终端

终端连接 websocket 前，应该先请求 WebApi 获得授权过的地址(ImHelper.PrevConnectServer)，伪代码：

ajax('/prev-connect-imserver', function(data) {

    var url = data; //此时的值：ws://127.0.0.1:6001/ws?token=xxxxx

    var sock = new WebSocket(url);

    sock.onmessage = function (e) {

        //...

    };

})

项目演示

运行环境：.NET6.0 + redis-server 2.8+

cd ImServer && dotnet run --urls=http://*:6001

cd WebApi && dotnet run

打开多个浏览器，分别访问 http://127.0.0.1:5000 发送群消息

分析痛点

协议痛点：如果浏览器使用 websocket 协议，iOS 使用其他协议，协议不一致将很难维护。

职责痛点：IM 的系统一般涉及【我的好友】、【我的群】、【历史消息】等等。。

ImServer 与 WebApi(业务方) 该保持何种关系呢？

用户A向好友B发送消息，分析一下：

需要判断B是否为A好友；
需要判断A是否有权限；

获取历史聊天记录，多个 终端 websocket.send('gethistory')，再在 onmessage 定位回调处理，多麻烦啊？

诸如此类业务判断会很复杂，使用 ImServer 做业务逻辑，最终 ImServer 和 终端 都将变成巨无霸难以维护。

设计思路

终端（如浏览器/小程序/iOS/android）统一使用 websocket 连接 ImServer；

ImServer（支持集群）根据 clientId 分区管理 websocket 连接；

WebApi 使用 ImHelper 调用方法（如：SendMessage、群聊相关方法），将数据推至 Redis channel；

ImServer 订阅 Redis channel，收到消息后向 终端 推送消息；

缓解了并发推送消息过多的问题；
解决了连接数过多的问题；
解耦了业务和通讯，架构更加清淅；
- ImServer 充当消息转发，连接维护，代码万年不变、且不需要重启维护
- WebApi 负责所有业务

举例1、用户A向B发送消息：终端A ajax -> WebApi -> ImServer -> 终端B websocket.onmessage；

举例2、获取历史聊天记录：终端 请求 WebApi(业务方) 接口，返回json(历史消息)。

举例3、A向B发文件的例子：

A向 WebApi 传文件
WebApi 通知 ImServer，ImHelper.SendMessage(B, "A正在给传送文件...")
B收到消息，A正在给传送文件...
WebApi 文件接收完成时通知 ImServer，ImHelper.SendMessage(B, "A文件传输完毕（含文件链接）")
B收到消息，A文件传输完毕（含文件链接）

FreeIM 强依赖 redis-server 组件功能：

集成了 redis 轻量级的订阅发布功能，实现消息缓冲发送，后期可更换为其他技术
使用了 redis 存储一些关系数据，如在线 clientId、频道信息、授权信息等

集群分区

单个 ImServer 实例支持多少个客户端连接，3万？如果在线用户有10万人，怎么办？？？

部署 4 个 ImServer：

ImServer1 订阅 redisChanne1
ImServer2 订阅 redisChanne2
ImServer3 订阅 redisChanne3
ImServer4 订阅 redisChanne4

WebApi(业务方) 根据接收方的 clientId 后四位 16 进制与节点总数取模，定位到对应的 redisChannel，进行 redis->publish 操作将消息定位到相应的 ImServer。

每个 ImServer 管理着对应的终端连接，当接收到 redis 订阅消息后，向对应的终端连接推送数据。

事件消息

IM 系统比较常用的有上线、下线，在 ImServer 层才能准确捕捉事件，但业务代码不合适在这上面编写了。

此时采用 redis 发布订阅，将上线、下线等事件向指定频道发布，WebApi(业务方) 通过 ImHelper.EventBus 方法进行订阅捕捉。

有感而发

为什么说 SignalR 不合适做 IM？

1、IM 的特点必定是长连接，轮训的功能用不上；

2、因为 SignalR 是双工通讯的设计，终端 使用 hub.invoke 发送命令给 SignalR 服务端处理业务，适合用来代替 ajax 减少 http 请求数量；

3、过多使用 hub，SignalR 服务端会被业务入侵，业务变化频繁后不得不重新发布版本，每次部署所有终端都会断开连接，遇到5分钟发一次业务补丁的时候，类似离线和上线提示好友的功能就无法实现；

FreeIM 业务和推送分离设计，终端 连接永不更新重启 ImServer ，业务代码全部在 WebApi 编写，因此重启 WebApi 不会造成连接断开。

作者是什么人？

作者是一个入行 18年的老批，他目前写的.net 开源项目有：

开源项目	描述	开源地址	开源协议
FreeIM	聊天系统架构	https://github.com/2881099/FreeIM	MIT
FreeRedis	Redis SDK	https://github.com/2881099/FreeRedis	MIT
csredis		https://github.com/2881099/csredis	MIT
FightLandlord	斗DI主网络版	https://github.com/2881099/FightLandlord	学习用途
FreeScheduler	定时任务	https://github.com/2881099/FreeScheduler	MIT
IdleBus	空闲容器	https://github.com/2881099/IdleBus	MIT
FreeSql	ORM	https://github.com/dotnetcore/FreeSql	MIT
FreeSql.Cloud	分布式tcc/saga	https://github.com/2881099/FreeSql.Cloud	MIT
FreeSql.AdminLTE	低代码后台生成	https://github.com/2881099/FreeSql.AdminLTE	MIT
FreeSql.DynamicProxy	动态代理	https://github.com/2881099/FreeSql.DynamicProxy	学习用途

需要的请拿走，这些都是最近几年的开源作品，以前更早写的就不发了。