云环境下实时消息推送服务构建研究

2020-04-08曹鹏飞

计算机技术与发展 2020年3期

曹鹏飞，李杰，杨君

(三江学院计算机科学与工程学院，江苏南京 210012)

0 引言

随着移动互联网技术的发展，各类消息纵横交错，人们在获取关联信息时常感到无从选择。传统的消息获取，用户需要主动拉取网络存储的消息，此种方式获取消息的效率极其低下，会产生众多与用户无关的消息。消息推送需要用户不停的拉取刷新，属于被动推送[1]。随着云技术的发展，消息推送技术逐步转变为云推送，告别了单一服务器推送的模式。

1999年，网景公司推出了基于XML的简易信息聚合(RSS)[2]；2005年，联合格式(Atom)发布[3]，可以看作是RSS2.0的改进方案。

2009年，Google提出了PubSubHubbub[4]，将消息获取由“拉取”模式转变为“推送”模式，客户端不再定时轮询服务器，当有更新时及时推送至客户端，成为了互联网分散式消息传播的开放标准，提供了消息即时更新。

2011年，H5标准将WebSocket协议纳入Web交互，在浏览器客户端与服务器之间通过TCP/IP技术实现了无刷新的通信[5]。

随着云计算和移动互联网的发展，消息推送技术也逐渐成熟，苹果公司推出了APNS(Apple Push Notification Service)[6]，安卓系统(Android)从2.2版本开始增加了云消息推送模块(C2DM)现更名为(Google Cloud Message，GCM)[7]，微软在WinPhone系统提供了云消息推送服务(Microsoft Push Notification Service，MPNS)[8]。

现有的消息推送大多属于主题式订阅模式，随着Web开发技术的发展， WebSocket作为一种新的技术被应用在消息推送中，有广阔的应用前景，但是针对不同平台终端的推送应用还未有统一标准。

1 实时消息推送服务方案设计

1.1 消息推送服务需求概述

消息推送服务通过云服务器构建消息主体向移动端进行推送，包括：消息推送平台、云服务器、移动客户端(Android)。通过实时消息处理模块将消息发送到移动客户端，客户端接收到消息内容。主要需求如下：

(1)消息推送平台。

提供消息服务接口：采用Restful API[9]架构实现即时通信消息推送API接口，通过JSON进行格式化编码；

消息推送功能：调用API接口将消息发送给中间组件，再将消息推送至移动终端；

日志监测功能：将系统运行过程产生的错误记录并保存，监测系统运行状态。

(2)云服务器。

架设在公有云：让用户通过公网IP地址直接访问；

存储服务：提供数据的存储和消息的缓存；

云服务器进行相关配置，以实现消息服务的部署。

(3)移动客户端(Android)。

用户管理：提供给管理员用户管理的功能，同时对用户进行权限分配。如：添加、修改、删除用户等，返回操作状态；

业务处理模块：手机终端进行标记，通过算法生成标识符(Token)，让手机接收消息时具有唯一标识。手机服务唤醒，一旦检测到消息推送，调用接口程序进行唤醒，提示用户查看消息。实时消息推送，调用消息推送平台提供API接口实时推送消息给用户。

1.2 系统结构设计

1.2.1 总体框架设计

系统总体框架由客户端、业务处理、消息推送服务和数据库系统四个模块构成，如图1所示。

图1 实时消息推送服务框架

图1中显示了系统中四个模块之间的关系，其中：

(1)客户端模块包括消息展示，采用显示展示的方式，并伴随着手机振动和手机铃声；服务唤醒，调用安卓手机系统服务进行唤醒。

(2)业务处理模块包括身份认证、用户管理、推送业务等。身份认证，对所有用户进行分组管理授予不同的权限，区分用户等级；用户信息管理，对用户数据进行增删改查；推送业务，调用消息推送服务API接口，将消息主题和内容传递给消息推送服务模块。

(3)消息推送服务模块包括推送接口、推送服务。推送接口，通过构造HTTP(get、post)请求，将信息发送给推送服务，返回给业务处理模块；推送服务，构建消息传输队列，建立TCP长连接，消息推送至移动终端。

1.2.2 数据库系统设计

数据库存储包括用户账户、用户权限、手机注册等数据。数据库各表之间关系如图2所示。

图2 数据关系

如表1所示，User表存储所有用户的账户数据，包括：姓名、密码、邮箱、最后IP、最后登录时间等数据，各表之间通过Role_id、User_role、User_id进行关联。

表1 User表结构

Avos表，存储用户手机信息，与User表外键User_id进行关联。User_id存储用户编号；Key存储手机序列号，Phone_Name存储手机名称，Create_T和Update_T是用户创建和更新的时间。

Role表，存储用户角色，Id为主键整型自增。Res_id是资源编号。Group_N是分组名称，Res_T是资源类型，与Group_N互为唯一索引。Create_T和Update_T是用户创建和更新的时间，不能为空。

2 实时消息推送服务的实现

实时消息推送服务主要由3个模块协作运行，包括：管理模块、消息推送服务模块和客户端模块。

管理模块通过框架Rails来实现，消息推送服务模块通过框架Gin实现，客户端模块采用安卓移动终端，通过Gin框架中WebSocket组件构造URL请求，客户端中请求URL地址获取消息的推送。

2.1 管理模块实现

管理模块由用户权限管理、用户信息管理、APP信息、实时推送四个部分构成。管理模块实现框架如图3所示，通过Ruby on Rails框架[10]来实现。

其中Model模型层处理业务流程，Controller控制器中有3个控制器，分别为：PUSH、App_down和User，分别控制推送功能、客户端下载功能、User资源的操作。View视图层主要是图形页面展示。

用户权限管理，赋予不同用户不同分组，再将分组赋予不同权限。用户创建时通过Usermodel中的Add_role事务将用户与用户角色表(Role)关联。

图3 实现框架

用户信息管理对用户账户信息进行添、删、改、查等操作，通过JS代码对用户注册信息进行初步验证，再提交表单与服务器进行校验。

实时推送功能模块使用HTTP/1.1协议，采用POST方法将信息传递给消息推送服务。使用RstClient.post构造Http_Post请求，对数据进行格式化处理运用JSON输出。如请求失败则通过Error获取错误的原因，调用Deliver方法将邮件发送给管理员。

前端页面选择响应式浏览方式，让用户可以在多种终端中自动切换，JS通过Rails框架提供的方法将回调信息展示在页面上。

2.2 消息推送服务模块实现

消息推送服务使用Golang中Gin框架，由协议层、路由分发中间层、数据模型层和业务处理层组成，消息推送服务模块结构如图4所示。

图4 消息推送服务模块结构

系统底层是HTTP协议，通过Gin框架Router方法路由分发中间层处理，将原本默认端口改为自定义2333避免端口被占用情况。在数据模型层中构建数据模型访问Avos和User表中地数据。业务处理层通过推送接口进行实现。具体实现过程如下：

先建立TCP长连接，服务器通过连接通道推送消息。传统的Socket连接[11]资源消耗较多，采用心跳机制MQTT协议[12]可以降低消耗来维持较长时间的连接。

移动端需要不断地轮询Publish端[14]。当有新消息客户端就能监听和获取到消息。消息推送服务实现过程如图5所示。

图5 消息推送服务实现过程

先构建Struct：Umeng，使用InitUmeng方法初始化结构体Umeng指针，通过函数指针从ClientNotify获取PostData数据，发送给消息推送功能API接口。

2.3 客户端模块实现

客户端选择安卓(Android)系统作为消息接收端，客户端在后台需要一直监听Switch事件，用户在移动端开启推送服务后，系统先对消息服务进行注册，然后调用SwichPus方法与手机序列号进行绑定，序列号生成则调用PushAgent类中GetRegistrationId()方法实现，最后将序列号发送到安卓客户端的消息队列中。

消息展示采用显式的形式，控制消息类将消息推送到移动终端，UmengNotificationClickHandler构造LaunchApp方法来监听消息推送事件，通过SetNotificationPlaySound()调用手机系统铃声，并通过NotifiCationService类的onCreate方法唤醒系统进程。