1、导语

提起设计一个基于 HTTP/WebSocket 的长连接订阅/推送服务，大家马上能想到市面的不少开源产品，像 Socket.io、Faye 等产品已经提供了相当成熟的实现。但是，这类服务出于其通用性和方便上手考虑，往往只包含推送服务的基本模型。

但是当我们将其应用于具体业务时，会发现还是有以下问题需要解决：

• 如何保证连接的业务安全（禁止非业务认证的连接订阅消息）；
• 如何扩展能够支持更多的消息和连接。
  

本文将从以上两点展开分析。

2、订阅/推送模型

首先，我们先来铺垫背景，一个简单的订阅推送模型应该是什么样的呢？

客户端订阅指定的主题（Topic），生产者将消息推送到该主题时，所有订阅主题的客户端都将收到该消息。很简单对吧？对，基于这个简单的模型，我们开始着手解决问题。

 

客户端订阅指定的主题（Topic），生产者将消息推送到该主题时，所有订阅主题的客户端都将收到该消息。很简单对吧？对，基于这个简单的模型，我们开始着手解决问题。

3、建立安全的业务连接

我们总是希望，当连接者对主题有查看权限时，才能订阅主题，否则应该拒绝其连接。如何实现呢，我们先介绍第一种实现方式。

4、临时的通道

我们引入一个新的概念：通道（Channel）。通道是一种临时的订阅凭证，只有内部服务才允许创建，并且会在一段时间后失效。为了让订阅更有效率，同一个通道将可以绑定多个主题。

假设，我们拥有有业务的鉴权服务器。鉴权服务器负责验证访问者对主题的权限，并且向订阅/推送服务请求创建通道。整个模型是下图这样的：

 

这里有一点需要注意，通道是有被伪造的可能性。通道标识的随机和通道有限的使用时间，都可以极大地减少了通道被伪造的风险。

5、搭建网关过滤

除了使用临时通道，我们还可以通过引入网关（Gate）来创建安全连接。网关不同于通道，可以在连接建立之前（逻辑上的连接而非指 TCP 连接），对连接进行处理。比如，在订阅主题之前，验证是否有权限。

在上述的场景下，我们可以在网关拦截订阅请求，转发到鉴权服务器，得到确认答复后才订阅主题。网关模型如下图：

 

6、模型对比

两种设计模型都能实现业务的安全连接，作用于不同流程，各有利弊：

• 通道模型相对复杂，需要推送服务维护更多的对象，处理更加复杂的应用场景，而网关模型就相对简单得多；
• 接入多个业务时，网关模型需要维护不同业务的不同鉴权方式，增加了推送服务与其他业务的耦合度，而通道模型总是能保持自身服务的独立性。
  

7、实现服务的扩展

我们来思考第二个问题。当网站的用户越来越多时，当需要订阅的主题越来越大量时，对稳定性有着更高的要求时，单一节点就已经无法提供有效的服务。这时，我们就需要分布式的推送系统，应该如何设计呢？

我们将订阅与推送看成两个不同的模块。订阅端有天然的可分布性，我们可以很容易地将连接分发到集群的不同的节点（通过负载均衡服务就可以实现）。这样一来，推送端就需要关心：本次推送的主题都有哪些节点订阅了。所以，我们需要引入一个负责调度的网关。

当客户端订阅主题时，需要通知网关，哪个节点订阅了哪个主题。推送时，消息会经过网关，由网关负责分发到对应节点。整体的设计模型如下：

 

8、故障转移

分布式系统不仅需要高扩展性，同时还需要保证服务的高可用。当某个节点发生故障时，我们需要保证提供的推送服务不被中断。如何设计呢？我们还是区分订阅端和推送端来设计。

当节点故障时，订阅端的连接会断开，这时只需要客户端支持断开重连机制。一般的负载均衡服务都会提供心跳检查，自动摘除后端不可用的节点，重连的订阅会被分配到新的可用节点上。

这时，网关会收到有新的节点订阅了主题，而故障的节点发生了什么，网关并不知情（进程异常退出或者服务器网络中断通常无法发出通知）。当有消息需要推送到故障节点时，网关会发觉节点出现故障。这时，需要标记该节点状态为异常：
 

故障恢复后，节点会重新加入到负载均衡器的后端。当有新的订阅到来时，节点会通知网关，这时，网关可以标记该节点状态为正常：
 

9、本文结语

至此，一个分布式的订阅/推送系统算是初具雏形了。然而系统设计并非一蹴而就，在不断迭代完善系统的过程中还会面临各种各样的问题。其中关于技术选型，客户端连接分发等等细节，还有不少值得研究，我会在将来单开话题探讨分享。