QQ 架构的演变

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后台技术演化启示

　　在QQIM后台技术演化过程中，每一个级别要求的技术不一样，如十万级和百万级在线要求高性能、7*24小时连续服务；千万级要求高可用性和高可运维性。而到了亿级在线，就要求高性能、高可用性、高可运维性和高灵活性“四高”准则，每提升一个量级，相应的四个高都会有相应的要求，而且技术难度也会提升一个量级。
　　团队经历了从1.4万到千亿级飞跃的过程，免不了很多教训，正是因为有了这些技术积累，才换来今天这么大的规模。互联网行业与传统IT行业不一样，有自己的技术规律，需要做自己的技术积累。
不仅IM业务，腾讯公司在很多不同业务上都走过一些弯路，积累了相应的经验，边重构边生活、大系统做小、先扛住再优化、干干净净......这些正是在不断的试错和总结中得出的理念和价值观，是在技术演化的过程中得出的启示。

从十万级到百万级在线，第一代架构难支持
　　QQ在最早期1.0时代，由于用户量较少，十万级在线，并且业务功能非常简单，例如登陆、添加好友、在线状态获取等，因此架构非常简单，由QQ客户端＋接入服务器＋存储服务器组成。随后随着业务的拓展，需要支持支持视频、语音、传文件等实时宽带业务，以及更多类型的用户资料，我们增加了长连接服务器，为无法直连的客户端进行实时宽带数据中转，还对存储服务器进行轻重分离，使核心服务器保证稳定，利用扩展服务器快速支持新增业务，这就是之后的1.5版本。但是我们发现无论是1.0还是1.5，我们发现都难以支撑百万级别在线。因为一百万的时候，各方面都会遇到很大的瓶颈。以接入服务器的内存为例，单个在线用户的存储量约为2KB，索引和在线状态50字节，好友表400个好友* 5字节/好友=2000字节，这样算来2G内存只能支持一百万在线用户，因此第一代架构肯定没有办法继续下去，我们必须要升级。
　　2.0的主要改进在于单台服务器扩展成集群，增加状态同步服务器。在接入服务器之间同步在线状态。

　　这次升级帮助QQ在2001年顺利突破100万在线用户数。随后为了支持，又将2.0升级到2.5，增加了服务器和群贴图服务器。

在从十万到百万的过程中，有两个重要的经验，一是后台架构的高性能，主要通过六个方面实现：绝对不用企业级解决方案，逻辑层多进程，万有一失的无锁设计，用户态IPC，MySQL分库分表，好友表自写文件存储。二是7乘24小时连续服务，主要通过以下方法实现的：大系统小做，平滑重构，核心数据放入共享内存，接入层与逻辑层分离，命令分发动态配置化。

千万级在线的考验，第二代架构难维系
　　2005年QQ同时在线迅速增长到千万级，于是之前的架构再次面临挑战，突出的问题主要体现在，同步流量太大，状态同步服务器遇到单机瓶颈；所有在线用户的在线状态信息量太大，单台接入服务器存不下；单台状态同步服务器支撑不下所有在线用户；单台接入服务器支撑不下所有在线用户的在线状态信息。没有办法，只得进行再次升级，3.0时代到来。
　　3.0改造的主要特点是全面的集群化

　　但是事情并非我们想象的那样顺利，很快新问题产生了。
　　问题一：后台机器越来越多，单机死机/故障经常出现，IDC故障也不少，影响服务，也影响人员生活。经过分析我们决定加速容灾改造，存储集群建立半自动切换模式，业务集群、接入集群、同步集群建立自动切换模式，后台分布在两套IDC，并有指挥中心设备健康状态。
　　问题二：每周有新代码发布，BUG不断出现，严重影响服务。这个问题我们采用Code Review和灰度发布的方法，得到有效的解决。
　　问题三：监控机制原始、报警设置不全，出事了都不知道。这个促使我们完善监控和报警机制。
　　问题四：运维操作通过vim或者mysql进行，非常容易失误。我们通过运维操作Web化（半自动化）、自动化有效的解决了这个问题，并服务可用性终于提升到了行业先进水平。
　　通过解决以上问题，我们得到了3.5架构

这一阶段，我们得到如下经验，架构必须对外提供高可用性的服务，对内提供高可运维性的系统。同时利用灰度发布，运营监控，容灾，运维自动化/半自动化等方法解决架构问题。

亿级在线的飞跃，新时代伴随着新烦恼

　　随着在线亿时代的到来，新的问题和烦恼也随之出现。首先是灵活性问题，比如说QQ昵称长度增加一半需要两个月，增加故乡字段需要两个月，增加最大好友数从500变成1000需要三个月。其次，亿时代还需要具备一些重要的能力，比如原来有上万的好友；对隐私权的控制；PC QQ与手机QQ别互踢；异地容灾，即一个城市出问题的时候，别的城市也能提供服务等等。但亿时代带来的最大的挑战是，原先IM后台从1.0到3.5都是在原有的基础上改造升级，IM后台1.0的代码在3.5的下面都能找到，但是这种持续打补丁的方式已难以支撑上亿级的用户。所以除了底层的公共部分之外，IM后台4.0必须从零开始，重新设计实现。
　　IM后台4.0存储系统历时三年完成，支持千万级的好友在线，加强了隐私权限控置，可以灵活扩展字段，原来扩展一个字段需要两三个月，现在只需要一周，同时还具备高可运维性，高性能。
　　IM后台4.0通信系统历时两年多，架构比原来的复杂很多，希望再过一年可以完成。到目前为止，已取得了一些成果：首先是多点登陆，可以管理不同的登陆终端；支持5至10亿个实例同时在线；方便接入微信等多种业务；实现区域自治。
　　在亿级在线时代，需要的关键技术首先是提供高灵活性的业务支持，传统IT行业可能半年到两年出一个新版本，而互联网行业每个月就需要出一个新版本。同时还要保持高性能，高可用性，高可运维性。展望腾讯IM服务的未来之路，全球化分布、高效的研发、监控报警的智能化成为未来发展的战略。

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