C++实现集群聊天服务器

一、技术栈

• Json序列化和反序列化
• muduo网络库开发
• nginx源码编译安装和环境部署
• nginx的tcp负载均衡器配置
• redis缓存服务器编程实践
• 基于发布-订阅的服务器中间件redis消息队列编程实践
• MySQL数据库编程CMake构建编译环境

二、项目功能

1. 客户端新用户注册
2. 客户端用户登录
3. 添加好友和添加群组
4. 好友聊天
5. 群组聊天
6. 离线消息
7. nginx配置tcp负载均衡
8. 集群聊天系统支持客户端跨服务器通信

三、Json数据序列化

就是把我们想要打包的数据，或者对象，直接处理成Json字符串。

1.普通数据序列化

json js;
// 添加数组
js["id"] = {1,2,3,4,5};
// 添加key-value
js["name"] = "zhang san";
// 添加对象
js["msg"]["zhang san"] = "hello world";
js["msg"]["liu shuo"] = "hello china";
// 上面等同于下面这句一次性添加数组对象
js["msg"] = {{"zhang san", "hello world"}, {"liu shuo", "hello china"}};
cout << js << endl;

序列化结果是：

{"id":[1,2,3,4,5],msg":{"liu shuo":"hello china","zhang san":"hello world"},"name":"zhang san"}

2.容器序列化

json js;
// 直接序列化一个vector容器
vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
vec.push_back(5);
js["list"] = vec;
// 直接序列化一个map容器
map<int, string> m;
m.insert({1, "黄山"});
m.insert({2, "华山"});
m.insert({3, "泰山"});
js["path"] = m;
cout<<js<<endl;

把C++ STL中的容器内容可以直接序列化成Json字符串，上面代码打印如下：

{"list":[1,2,5],"path":[[1,"黄山"],[2,"华山"],[3,"泰山"]]}

四、Json数据反序列化

当从网络接收到字符串为Json格式，可以用JSON for Modern C++ 直接反序列化取得数据或者直接反序列化出对象，甚至容器。

string jsonstr = js.dump();
cout<<"jsonstr:"<<jsonstr<<endl;
// 模拟从网络接收到json字符串，通过json::parse函数把json字符串专程json对象
json js2 = json::parse(jsonstr);
// 直接取key-value
string name = js2["name"];
cout << "name:" << name << endl;
// 直接反序列化vector容器
vector<int> v = js2["list"];
for(int val : v)
{
cout << val << " ";
}
cout << endl;
// 直接反序列化map容器
map<int, string> m2 = js2["path"];
for(auto p : m2)
{
cout << p.first << " " << p.second << endl;
}
cout << endl;

服务器集群

五、负载均衡-一致性哈希算法

单台服务器受限于硬件资源，其性能是有上限的，当单台服务器不能满足应用场景的并发需求量时，就需要考虑部署多个服务器共同处理客户端的并发请求，但是客户端怎么知道去连接具体哪台服务器呢？

此时就需要一台负载均衡器，通过预设的负载算法，指导客户端连接服务器。负载均衡器有基于客户端的负载均衡和服务器的负载均衡。普通的基于哈希的负载算法，并不能满足负载均衡所要求的单调性和平衡性，但一致性哈希算法非常好的保持了这两种特性，所以经常用在需要设计负载算法的应用场景当中。

六、集群服务器之间的通信设计

集群部署的服务器之间进行通信，最好的方式就是引入中间件消息队列，解耦各个服务器，使整个系统松耦合，提高服务器的响应能力，节省服务器的带宽资源。

在集群分布式环境中，经常使用的中间件消息队列有ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka等，都是应用场景广泛并且性能很好的消息队列，供集群服务器之间，分布式服务之间进行消息通信。限于我们的项目业务类型并不是非常复杂，对并发请求量也没有太高的要求，因此中间件消息队列选型的是-基于发布-订阅模式的redis。

七、数据库设计

表设计

User表

字段名称	字段类型	字段说明	约束
id	INT	用户id	PRIMARY KEY、AUTO_INCREMENT
name	VARCHAR(50)	用户名	NOT NULL, UNIQUE
password	VARCHAR(50)	用户密码	NOT NULL
state	ENUM('online','offerline')	登录状态	DEFAULT 'offline'

Friend表

字段名称	字段类型	字段说明	约束
user id	INT	用户 id	NOT NULL、联合主键
friend id	INT	好友 id	NOT NULL、联合主键

AllGroup表

字段名称	字段类型	字段说明	约束
id	INT	组id	PRIMARY KEY、AUTO_INCREMENT
groupname	VARCHAR(50)	组名称	NOT NULL,UNIQUE
groupdesc	VARCHAR(200)	组功能描述	DEFAULT ''

GroupUser表

字段名称	字段类型	字段说明	约束
group id	INT	组id	NOT NULL、联合主键
user id	INT	组员id	NOT NULL、联合主键
grouprole	ENUM('creator', 'normal')	组内角色	DEFAULT ‘normal’

OfflineMessage表

字段名称	字段类型	字段说明	约束
user id	INT	用户id	NOT NULL
message	VARCHAR(500)	离线消息（存储Json字符串）	NOT NULL