集群聊天服务器：项目问题汇总

1. 简单描述一下你的项目

该项目是一个网络服务器的项目，它分为以下模块。

1. 第一个是网络模块，采用的是muduo网络库来设计，该网络库的优点就是解耦了网络模块代码和业务模块代码，能够让开发者专注于业务的开发。
2. 业务层运用了一些C++11的一些技术，比如map、绑定器等，主要是做了一个消息ID以及这个消息发生后的一个回调操作的绑定，回调机制。当网络I/O给我吐出来一个消息请求的时候，根据请求解析出Json，得到消息ID，然后处理该消息。
3. 数据存储层运用了MySQL，对项目上的一些关键数据进行了落地，比如说用户的账号、离线消息，群组消息等，都是在数据库存储。并实现了数据库连接池，省去大量三次握手四次挥手过程，提高对数据库的访问效率。

以上是单机服务器的基本模块，但单机服务器并发能力有限，所以部署多台服务器，就要配置Nginx TCP负载均衡（因为是长连接，所以是基于TCP的）。

各个服务器有不同的用户注册，那这些不同服务器的用户想要通信的话，项目里引入了redis的发布-订阅。

2. 数据明文传输的安全问题

在该项目中，使用的是HTTP明文传输，那么保证安全问题就是进行加密操作。

对称加密
非对称加密

对称加密：加密方和解密方用同一个密钥key。
发送方发送前对明文数据加密生成密文，解密方利用密钥还原成明文。

优点是效率高，例如AES加解密算法

非对称加密：有公钥和私钥两种密钥，而且是一一配对的。
加密复杂，效率慢，但是安全。例如RSA加密算法。

具体实现：
因为非对称加密效率低，所以采用混合加密。
在编写代码时在客户端和服务器生成公钥和私钥，然后客户端和服务器三次握手建立连接后，客户端利用RSA公钥把对称加密的AES密钥加密成密文，发送到服务器后服务器利用RSA私钥解密，得到这个AES私钥，然后给客户端回复一个OK，客户端和服务器就都拥有了AES私钥，那么在后续的数据传输中，就可以利用AES对称加密来对明文加密了。

还有个问题就是有那么多客户要与服务器连接，那么每个客户端都要与服务器生成AES密钥，这就需要服务器把每个客户端的密钥存储在数据库，每次有数据传输过来，为了方便找到对应的密钥，可以只把数据的重要部分message body进行加密，而userid不加密，服务器可以根据userid找到对应的密钥。

3. 客户端消息如何按序显示

在通信过程中会有这个问题，即client1发送给client2的消息，不会按顺序到达，因为在传输过程中可能会经过不同的路由节点。示例：消息是无序的

解决方案：

给每个消息都添加一个序列号 seq，接收方维护每一个好友的消息序列号seq。

示例：
接收方维护每个好友的消息seq，初始化为0，当接收到消息时，查看该消息的seq，如果不是0，则对当前消息进行缓存，等到序列号为0的消息接收到后，对维护好友的seq++，再去查看缓存的消息。

4. server端如何感知客户端的状态

如果网络堵塞严重，ChatServer端如何感知客户端在线还是掉线？

解决方案：心跳机制

让心跳业务绑定UDP8080号端口，server端启动一个心跳计时器，客户端给服务器发送一次heartbeat消息类型，就对该用户的计时器减一，超时的话就加一，一般情况下，计时器的值会在（-1， 0， 1）之间变化。
如果某个client的心跳计时器超过5，就判定该client已经掉线了，那么就释放这个client所有的连接以及其他资源。

一般情况下，对于这种类似于聊天服务器都是长连接，都会在业务层设计一个心跳机制。

提到这个心跳机制，那还有个问题就是TCP协议的keepalive机制。

示例：在client与server建立TCP连接后，但双方没有传输数据，那么server端如何得知client的状态，client到底是掉线了，还是连接正常只是不传数据，还是链路断开了？

在Linux中，我们可以通过代码启用一个socket的心跳检测。

// on 为1时表示打开keepalive选项，默认为0
int on = 1;
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &on, sizeof(on));

但keepalive默认发送心跳检测的时间间隔是7200s，时间太长，不具有实用性。
可以设置相关的三个选项来改变这个时间间隔，分别是：

1. TCP_KEEPIDLE
2. TCP_KEEPINTVL
3. TCP_KEEPCNT

示例：

// 发送keepalive报文的时间间隔
int val = 7200;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &val, sizeof(val));

// 两次重试报文的的时间间隔
int interval = 75;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, &interval, sizeof(interval));

int cnt = 9;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, &cnt, sizeof(cnt));

TCP_KEEPIDLE选项设置了发送keepalive报文的时间间隔，发送时如果对端回复ACK，则本端TCP协议栈认为该连接依然存活，继续等待7200s后再发送keepalive报文；如果对端回复RESET，则说明对端进程已经重启，本端的应用程序应该关闭该连接。

如果对端没有任何回复，则本端进行重试，如果重试9次（TCP_KEEPCNT）仍然不可达，前后重试的间隔为75s（TCP_KEEPINTVL），则向应用程序返回TIMEOUT（无任何应答）或EHOST错误信息。