本文引用了沈劍《如何保證IM實時消息的“時序性”與“一致性”？》一文的圖片和內容（由于太懶，圖沒重新畫），原文鏈接在文末。
1、引言
本文接上篇《零基礎IM開發(fā)入門(三)：什么是IM系統(tǒng)的可靠性？》，講解IM系統(tǒng)中消息時序的一致性問題。
所謂的一致性，在IM中通常指的是消息時序的一致性，那就是：
- 1）聊天消息的上下文連續(xù)性；
- 2）聊天消息的絕對時間序。
再具體一點，IM消息的一致性體現(xiàn)在：
- 1）單聊時：要保證發(fā)送方發(fā)出聊天消息的順序與接收方看到的順序一致；
- 2）群聊時：要保證所有群員看到的聊天消息，與發(fā)送者發(fā)出消息時的絕對時間序是一致的。
IM系統(tǒng)中消息時序的一致性問題是個看似簡單，實則非常有難度的技術熱點話題之一，本文盡量以通俗簡顯的文字為你講解IM消息時序一致性問題的產品意義、發(fā)生原因、解決思路等。
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- 移動端IM開發(fā)入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動端IM》
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（本文同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-3189-1-1.html）
2、系列文章
《零基礎IM開發(fā)入門(一)：什么是IM系統(tǒng)？》
《零基礎IM開發(fā)入門(二)：什么是IM系統(tǒng)的實時性？》
《零基礎IM開發(fā)入門(三)：什么是IM系統(tǒng)的可靠性？》
《零基礎IM開發(fā)入門(四)：什么是IM系統(tǒng)的消息時序一致性？》（* 本文）
《零基礎IM開發(fā)入門(五)：什么是IM系統(tǒng)的安全性？ (稍后發(fā)布)》
《零基礎IM開發(fā)入門(六)：什么是IM系統(tǒng)的的心跳機制？ (稍后發(fā)布)》
《零基礎IM開發(fā)入門(七)：如何理解并實現(xiàn)IM系統(tǒng)消息未讀數(shù)？ (稍后發(fā)布)》
《零基礎IM開發(fā)入門(八)：如何理解并實現(xiàn)IM系統(tǒng)的多端消息漫游？ (稍后發(fā)布)》
3、消息時序的一致性，對于IM的意義
現(xiàn)如今，由于移動互聯(lián)網的普及，現(xiàn)代人的實際社交關系，幾乎完全是靠IM這種即時通訊社交工具所組織起來的，IM這種工具的重要性不言而喻。
IM在現(xiàn)代人的生活中，越來越重要，但也越來平常。現(xiàn)在想聯(lián)系一個人，第一時間想到的不是打個電話，而是發(fā)個“微信”或“QQ”。是的，IM這玩意承載的意義越來越多。
消息時序的一致性問題，對于IM的意義，毫無疑問帶來的不只是簡簡單單的所謂用戶體驗問題。我們來看看例子。
假設：你跟女神的表白正進入到關鍵階段，聊著聊著就因為這爛IM，導致聊天消息前言不搭后語，此刻1000公里外你的女神真一臉蒙逼的盯著手機看你的“醉話”，后果是多么嚴重——這半年來的“舔狗”生活、忍辱負重，算是白白被程序員這群“格子衫”、“地中海”們給禍害了。
再往嚴重了說，就因為這爛IM，讓你失去了這難得的借助女神優(yōu)良基因，改造家族后代顏值的絕佳機會，無不讓人痛心疾首。。。
上面這個例子，說的還只是單聊，如果是群聊，則問題可能還會被無限放大：試想一個技術交流群，正在激烈的爭吵著“php是世界最好語言”這種話題的時候，忽然就想砸手機了，不是因為吵的太兇，而因為消息順序全亂完全沒法看，已經嚴重影響鍵盤俠們積極發(fā)表個人意見了。
4、憑什么說保證消息時序的一致性很困難？
4.1 基本認知
在普通IM用戶的眼里，消息無非是從一臺手機傳遞到另一臺手機而已，保證時序有何困難？
是的，普通用戶這么認為，從技術上講，他只是單純的將IM消息的收發(fā)過程理解為單線程的工作模式而已。
實際上，在IM這種高性能場景下，服務端為了追求高吞吐、高并發(fā)，用到了多線程、異步IO等等技術。
在這種情況下，“高并發(fā)”與“順序”對于IM服務端來說，本來就是矛盾的，這就有點魚與熊掌的味道了（兩者很難兼得）。
所以，要實現(xiàn)IM場景下的消息時序一致性，需要做出權衡，而且要考慮的技術維度相當多。這就導致具體技術實施起來沒有固定的套路，而由于開發(fā)者技術能力的參差不齊，也就使得很多IM系統(tǒng)在實際的效果上會有較大問題，對于用戶而言也將直接在產品體驗上反應出來。
下面將具體說明技術難點所在。
4.2 沒有全局時鐘
如上圖所示，一個真正堪用的生產系統(tǒng)，顯示不可能所有服務都跑在一臺服務器上，分布式環(huán)境是肯定的。
那么：在分布式環(huán)境下，客戶端+服務端后臺的各種后臺服務，都各自分布在不同的機器上，機器之間都是使用的本地時鐘，沒有一個所謂的“全局時鐘”（也沒辦法做到真正的全局時鐘），那么所謂的消息時序也就沒有真正意義上的時序基準點。所以消息時序問題顯然不是“本地時間”可以完全決定的。
4.3 多發(fā)送方問題
服務端分布式的情況下，不能用“本地時間”來保證時序性，那么能否用接收方本地時間表示時序呢？
遺憾的是，由于多個客戶端的存在（比如群聊時），即使是一臺服務器的本地時間，也無法表示“絕對時序”。
如上圖所示：絕對時序上，APP1先發(fā)出msg1，APP2后發(fā)出msg2，都發(fā)往服務器web1，網絡傳輸是不能保證msg1一定先于msg2到達的，所以即使以一臺服務器web1的時間為準，也不能精準描述msg1與msg2的絕對時序。
4.4 多接收方問題
多發(fā)送方不能保證時序，假設只有一個發(fā)送方，能否用發(fā)送方的本地時間表示時序呢？遺憾的是，由于多個接收方的存在，無法用發(fā)送方的本地時間，表示“絕對時序”。
如上圖，絕對時序上，web1先發(fā)出msg1，后發(fā)出msg2，由于網絡傳輸及多接收方的存在，無法保證msg1先被接收到先被處理，故也無法保證msg1與msg2的處理時序。
4.5 網絡傳輸與多線程問題
既然多發(fā)送方與多接收方都難以保證絕對時序，那么假設只有單一的發(fā)送方與單一的接收方，能否保證消息的絕對時序一致性呢？
結論是悲觀的，由于網絡傳輸與多線程的存在，這仍然不行。
如上圖所示，web1先發(fā)出msg1、后發(fā)出msg2，即使msg1先到達（網絡傳輸其實還不能保證msg1先到達），由于多線程的存在，也不能保證msg1先被處理完。
5、如何保證絕對的消息時序一致性？
通過上一章內容的總結，我們已經對IM中消息時序一致性問題所產生的緣由，有了較為深刻的認識。
從純技術的角度來說，假設：
- 1）只有一個發(fā)送方；
- 2）一個接收方；
- 3）上下游連接只有一條socket連接；
- 4）通過阻塞的方式通訊。
這樣的情況下，難道不能保證先發(fā)出的消息被先處理，進而被先展示給消息的接收者嗎？
是的，可以！
但實際生產情況下不太可能出現(xiàn)這種IM系統(tǒng)，必竟單發(fā)送方、單接收方、單socket連接、阻塞方式，這樣的IM一旦做出來，產品經理會立馬死給你看。。。
6、實用的優(yōu)化思路
6.1 一對一單聊的消息一致性保證思路
假設兩人一對一聊天，發(fā)送方A依次發(fā)出了msg1、msg2、msg3三條消息給接收方B，這三條消息該怎么保證顯示時序的一致性（發(fā)送與顯示的順序一致）？
我們知道，發(fā)送方A依次發(fā)出的msg1、msg2、msg3三條消息，到底服務端后，再由服務端中轉發(fā)出時，這個順序由于多線程的網絡的問題，是有可能亂序的。
那么結果就可能是這樣：
如上圖所示，會出現(xiàn)與發(fā)出時的消息時序不一致問題（收到的消息順序是：msg3、msg1、msg2）。
不過，實際上一對一聊天的兩個人，并不需要全局消息時序的一致（因為聊天只在兩人的同一會話在發(fā)生），只需要對于同一個發(fā)送方A，發(fā)給B的消息時序一致就行了。
常見優(yōu)化方案，在A往B發(fā)出的消息中，加上發(fā)送方A本地的一個絕對時序（比如本機時間戳），來表示接收方B的展現(xiàn)時序。
那么當接收方B收到消息后，即使極端情況下消息可能存在亂序到達，但因為這個亂序的時間差對于普通用戶來說體感是很短的，在UI展現(xiàn)層按照消息中自帶的絕對時序排個序后再顯示，用戶其實是沒有太多感知的。
6.2 多對多群聊的消息一致性保證思路
假設N個群友在一個IM群里聊天，應該怎樣保證所有群員收到消息的顯示時序一致性呢？
首先：不能像一對聊天那樣利用發(fā)送方的絕對時序來保證消息順序，因為群聊發(fā)送方不單點，時間也不一致。
或許：我們可以利用服務器的單點做序列化。
如上圖所示，此時IM群聊的發(fā)送流程為：
- 1）sender1發(fā)出msg1，sender2發(fā)出msg2；
- 2）msg1和msg2經過接入集群，服務集群；
- 3）service層到底層拿一個唯一seq，來確定接收方展示時序；
- 4）service拿到msg2的seq是20，msg1的seq是30；
- 5）通過投遞服務講消息給多個群友，群友即使接收到msg1和msg2的時間不同，但可以統(tǒng)一按照seq來展現(xiàn)。
這個方法：
- 1）優(yōu)點是：能實現(xiàn)所有群友的消息展示時序相同；
- 2）缺點是：這個生成全局遞增序列號的服務很容易成為系統(tǒng)瓶頸。
還有沒有進一步的優(yōu)化方法呢？
從技術角度看：群消息其實也不用保證全局消息序列有序，而只要保證一個群內的消息有序即可，這樣的話，“消息id序列化”就成了一個很好的思路。
上圖這個方案中，service層不再需要去一個統(tǒng)一的后端拿全局seq（序列號），而是在service連接池層面做細小的改造，保證一個群的消息落在同一個service上，這個service就可以用本地seq來序列化同一個群的所有消息，保證所有群友看到消息的時序是相同的。
關于IM的系統(tǒng)架構下使用怎么樣實現(xiàn)消息序列化，或者說全局消息ID的生成方案，這又是另一個很熱門的技術話題。
有興趣，可以深入閱讀下面這個系列：
《IM消息ID技術專題(一)：微信的海量IM聊天消息序列號生成實踐（算法原理篇）》
《IM消息ID技術專題(二)：微信的海量IM聊天消息序列號生成實踐（容災方案篇）》
《IM消息ID技術專題(三)：解密融云IM產品的聊天消息ID生成策略》
《IM消息ID技術專題(四)：深度解密美團的分布式ID生成算法》
《IM消息ID技術專題(五)：開源分布式ID生成器UidGenerator的技術實現(xiàn)》
《IM消息ID技術專題(六)：深度解密滴滴的高性能ID生成器(Tinyid)》
這個系列中，尤其微信的趨勢遞增ID生成思路（注意：趨勢遞增不是嚴格遞增，趨勢遞增意味著中問有ID被跳過也沒事），對于分布式IM的消息ID來說是非常切實可行的。
是的，對于IM系統(tǒng)來說，絕對意義上的時序很難保證，但通過服務端生成的單調遞增消息ID的方式，利用遞增ID來保證時序性，也是一個很可性的方案。
7、小結一下
IM系統(tǒng)架構下，消息的絕對時序是很困難的，原因多種多樣，比如：沒有全局時鐘、多發(fā)送方、多接收方、多線程、網絡傳輸不確定性等。
一對一單聊時，其實只需要保證發(fā)出的時序與接收的時序一致，就基本能讓用戶感覺不到亂序了。
多對多的群聊情況下，保證同一群內的所有接收方消息時序一致，也就能讓用戶感覺不到亂序了，方法有兩種，一種單點絕對時序，另一種實現(xiàn)消息id的序列化（也就是實現(xiàn)一種全局遞增消息ID）。
8、參考資料
[1] 如何保證IM實時消息的“時序性”與“一致性”？，作者：沈劍
[2] 一個低成本確保IM消息時序的方法探討，作者：封宇
附錄：更多IM開發(fā)熱門技術點
《移動端IM開發(fā)者必讀(一)：通俗易懂，理解移動網絡的“弱”和“慢”》
《移動端IM開發(fā)者必讀(二)：史上最全移動弱網絡優(yōu)化方法總結》
《現(xiàn)代移動端網絡短連接的優(yōu)化手段總結：請求速度、弱網適應、安全保障》
《移動端IM中大規(guī)模群消息的推送如何保證效率、實時性？》
《移動端IM開發(fā)需要面對的技術問題》
《開發(fā)IM是自己設計協(xié)議用字節(jié)流好還是字符流好？》
《請問有人知道語音留言聊天的主流實現(xiàn)方式嗎？》
《如何保證IM實時消息的“時序性”與“一致性”？》
《一個低成本確保IM消息時序的方法探討》
《IM單聊和群聊中的在線狀態(tài)同步應該用“推”還是“拉”？》
《IM群聊消息如此復雜，如何保證不丟不重？》
《談談移動端 IM 開發(fā)中登錄請求的優(yōu)化》
《移動端IM登錄時拉取數(shù)據如何作到省流量？》
《淺談移動端IM的多點登錄和消息漫游原理》
《完全自已開發(fā)的IM該如何設計“失敗重試”機制？》
《微信對網絡影響的技術試驗及分析（論文全文）》
《IM開發(fā)基礎知識補課(五)：通俗易懂，正確理解并用好MQ消息隊列》
《微信技術分享：微信的海量IM聊天消息序列號生成實踐（算法原理篇）》
《IM開發(fā)基礎知識補課(六)：數(shù)據庫用NoSQL還是SQL？讀這篇就夠了！》
《IM里“附近的人”功能實現(xiàn)原理是什么？如何高效率地實現(xiàn)它？》
《IM的掃碼登錄功能如何實現(xiàn)？一文搞懂主流應用的掃碼登錄技術原理》
《IM開發(fā)寶典：史上最全，微信各種功能參數(shù)和邏輯規(guī)則資料匯總》
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