董彪
中国银联
摘要：当前，移动互联网已经非常普及，各种移动应用和服务满足着人们的日常生活需求，应用系统时时刻刻产生着交易记录、访问日志等大量的数据，大量的数据需要及时记录保存，同时又要求应用系统能够提供快速高效的响应和处理速度。那么，如何设计一个通用的消息异步持久化系统，就是本文描述的主要内容。
关键词：消息队列，异步，Kafka，持久化
前言：消息队列现在比较普及，各种系统都有多种消息数据产生，消息记录需要持久化。然而，在消息数据持久化阶段，可能即使是同一个系统内部，也存在多种不同的实现方式。本文就在于研究建立一套可通用的消息处理持久化的系统，能够用于消息需要异步保存的业务场景，提高系统对消息的处理效率。
一、背景介绍
1.存在问题
如今的移动互联网，无时无该不在产生使用记录，这些记录数据，这些消息记录都需要在处理业务时候保存，这样增加了业务处理的流程和复杂度，会增加业务服务处理环节，增加整个业务流程的处理时间，从而影响用户的体验。
用户使用系统和服务，系统和服务运行产生数据，数据需要在同一系统不同模块之间、不同系统之间传递以实现业务流程，这些传递的数据就是消息。
那么，面对这种场景，如何能够即满足业务处理响应，又能保存好消息记录，最终提高系统响应和处理能力呢？
2.解决思路
对于该问题，前半程是业务系统模块将需要持久化的消息放入消息队列；后半程是消费者从队列取出消息并持久化保存。消息队列的优势，主要在于以下几方面：
一是解耦：用于模块与模块之间、系统与系统之间相互隔离，相互处理不受影响，是实下使用最多的场景之一。如用户注册成功，需要赠送用户积分，积分入账即可与用户注册解耦。
二是异步：可以先给用户一个响应，再继续处理用户请求的场景，比如用户注册之后，再异步发送注册成功短信；如支付交易，先响应一个提交成功，再异步扣款，最后再异步通知用户。
三是削峰：对于大流量高并发或者是突发场景，可以把请求先放队列，后端再同步或异步处理请求，用队列抗住大流量压力，特别是秒杀、提交订单等短时间高并发场景，起到很好的削峰作用。
本文实现一个通用的消息异步持久化系统，可以用于此类业务需求的场景，实现业务交易能较快速度响应，同时消息记录又能高效持久化保存。
消息队列有两种模式，一是点对点模式，该模式需消费者主动轮询拉取消息，适用于只有一个消费者的场景；另一种是发布订阅模式，该模式消费者被动接收消息推送，消费者无需主动轮询。
3.技术选型
现在有许多优秀的消息队列，有IBM MQ、ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ等，都有各自己的特点。随着互联网的快速发展，Kafka成了时下最受欢迎、使用最多的消息队列。
Kafka开始是由Linkedin公司开发，是一个分布式、支持分区的、多副本，基于zookeeper协调的分布式消息系统。其最大特性，就是可以实时处理大量数据，比如批处理系统、流式处理引擎、访问日志以及消息服务等。Kafka用Scala语言编写，Linkedin公司于2010年贡献给了Apache基金会，随后成为Apache基金会顶级开源项目，是当下用途最广的一种开源消息队列。Kafka具有以下特性：
高并发：支持数千个客户端同时读写
高吞吐量、低延迟：每秒可处理几十万条消息，最低延迟只有几毫秒
可扩展性：集群支持横向热扩展
持久性、可靠性：消息被持久化到本地磁盘，支持数据备份防止数据丢失
容错性：允许集群中节点失败（若副本数量为n,则允许n-1个节点失败）
综上，Kafka是一种高性能的发布订阅模式消息队列，本文采用该消息队列来构建异步消息持久化系统。
二、系统设计
1.设计目标
本系统目标为，设计一个用于接收大量消息，然后异步持久化保存消息记录的通用系统。目标可以分解为两点，一是接收消息；二是异步保存消息。
2.业务逻辑
业务逻辑分为三个阶段：
一、产生数据
用户使用业务系统，产生业务数据记录；
1.1业务系统将生成的数据传递给消息生产者
1.2消息生产者收到数据后，将业务数据转化为消息对象，放入Kafka，此时即可返回继续处理，无须关注消息入库。
二、消息持久化
2.1持久化应用从Kafka订阅消息，当有消息产生后，消息队列会发布消息
2.2持久化应用拿到消息，将消息转换后写入数据库
三、用户读取数据阶段
3.业务系统访问消息记录的数据库，读取出消息，转换为业务数据后，展示给用户。
3.总体设计
本系统架构分为配置模块、消息队列模块、持久化应用模块三大部分，设计如下：
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1.配置模块
该模块负责系统所有参数配置，配置参数保存在数据库中，在系统启动时加载。
包括接入配置，包括系统名称、接入时间等；持久化配置，包括处理线程数、每次读取消息条目数。
2.消息队列模块
直接使用Kafka搭建消息队列，节点数可支持横向扩展。
3.持久化应用模块
该模块为本系统的核心部分，用于订阅消息，向数据库写入消息记录。
根据以上功能，需要以下数据表：
1.接入配置表tbl_biz_cfg
包括接入业务ID、业务系统ID、业务系统名称及接入时间
2.配置表tbl_msg_cfg
配置ID、配置项、配置项值、配置项描述
3.消息记录表tbl_msg_order
消息记录ID、接入业务ID、消息体及创建时间，其中消息体使用JSON格式，可屏蔽不同消息的不同格式，可适用于保存不同业务报文，可做到数据结构和处理流程统一，系统才能通用。
4.场景应用
以上系统设计，适用于用户登陆、访问行为、下单保存、发送通知等，还可用于给系统发异步消息等等场景，使用范围较广。
结语：移动应用已经成为人们日常生活不可分割的一部分，如何提高用户体验，已是一个系统追求的目标。本文阐述的以Kafka为消息队列，构建的消息异步持久化系统，适用于大并发大流量的数据场景，结合较为广泛使用的Kafka消息队列，可以构建出较好的异步实现，对用户体验提升有较好作用。
参考文献
[1]APACHE KAFKA, http://kafka.apache.org
[2]朱忠华，深入理解Kafka核心设计与实践原理，2019.1