对使用UDP协议和大规模即时通讯的思考

  之前做过局域网的聊天软件，现在要做运行在广域网的聊天软件。开始接触网络编程，首先是接触到TCP和UDP协议

在网上查资料，都是这样描述 TCP面向连接，可靠，数据流 。UDP无连接，不可靠，数据报。但是实际使用的时候就会有很多疑惑了，比如我们做一个聊天软件 客户登陆我们的服务器，我们到底是使用哪一种协议呢 是使用TCP和客户端保持常连接，还是使用UDP这种无连接，数据传输不可靠 还是使用TCP在和客户端交换一次数据后就断开连接 需要的时候再连接。

这是3种情况。这几种情况针对于需要服务器转发的消息,需要客户端之间点对点传输的情况除外

1。使用TCP协议和客户端保持常连接（长连接） 从客户登陆到客户离线，在客户端与服务端之间一直保持着一个TCP连接，两者之间可以随时相互通信，信息的传输是可靠的，这是我们最想看到的方式。但是我们不禁要问了 一台服务器能保持多少个TCP连接呢，这是我一直困惑的，前端时间遇到一个有些经验的程序员 按我的理解，使用这种常连接方式的C/S软件，如果服务器是一台普通的计算机 一般情况下，500多个TCP连接之后就会开始出现问题。对于真正的服务器，我们可以想象它是通过一个网络设备充当网关（类似于路由器，硬件防火墙）连接到公网，服务器连接到网关，服务器对外服务的端口都和网关有映射关系。所以我们客户端知道服务器公网IP和服务端口 可以直接发起TCP连接请求。所有的数据交换都会经过服务器的网关 而这个网关，根据我的了解 它能并发处理500到10W个连接不等，这主要取决于这个硬件防火墙的质量，直接和价格相关。我们一般家里或者寝室使用的路由器都能同时处理几百个连接，使数据几乎是没多少延迟就通过网关了，而服务器的网关我们可以想象 再差也能支持几千个并发连接吧，而在服务器网关背后有可能不止一台服务器，对于大规模的即时通讯软件来说 服务器网关背后肯定是服务器集群，服务端也是分布式的 服务端运行在这个服务器集群的多台服务器中，由多台服务器来对客户端发来的数据进行协同地均衡负载处理，以支持海量用户 处理完成之后通过网关把结果发给客户。我们可以想象，像腾讯QQ之类的大规模即时通讯软件，经常性的是几千万用户同时在线 如果都采用常连接的方式。岂不是要服务器的硬件防火墙监控数千万个连接了，就算分布式服务端能承受这么多用户 网关也受不了，而且有理由相信服务器也受不了 。所以对于大规模即时通讯，尤其是用户数量众多 肯定不能用TCP常连接的方式，这种方式只适合于小规模的即时通讯，如局域网，公司内部的即时通讯等 对于大规模的，用户数量众多的C/S软件 应当采用UDP协议进行数据传输，网关就不停收发数据包就可以了

2。使用TCP协议和客户端进行短命连接，用了就关 比如客户登陆请求好友列表，我们就和他建立TCP连接发给他好友列表，然后关掉连接 当用户要给另外一个客户发信心我们再建立连接，数据传完我们又关掉连接 这种方式，无疑服务器可以承载更多的用户登陆。但是缺点也是非常明显的 一般情况下我们接收的数据都不大，每次发一点点消息都要建立连接 TCP本来就比较消耗网络资源，这样毫无规律的断断连连 连连断断，加上本来这种方式就有较高的延迟 也不适合大规模的即时通讯

3。使用UDP协议与客户端无连接 UDP无连接，不可靠，数据报。无连接，代表了它快速，资源消耗小 接着我们要看“不可靠”，这个不可靠它究竟不可靠到了什么程度呢？事实上，在Internet上传输的UDP包从A发送给B 它完整地到达几率一般情况下还是相当之高的。我们开发一个多用户的即时通讯软件 采用UDP传输消息的时候，报文被划分成包 一个UDP包究竟是多大？经过我的了解一个UDP用户包最大大小是64KB 根据网络状况，实际在传输包的时候可能把包划成若干个分片 一个分片的最大大小是1640B 可以保存好几百个汉字。我们在使用QQ的时候应该也注意到了，我们给好友发送信息的时候都有字数上限的，我的理解这是为了让传输的信息不至于太长而分成多个包，保证所有信息装在一个包里，要么完整发送，要么传输失败。我们客户端向服务端发送的消息 一般来说可以定义一个结构体 这个结构体包含指令 消息正文等要素（见之前写的进程间通信基础知识）我们都知道这个结构体其实很简单，只有几个成员 包括正文，对于一般的文字消息，或者请求 更新好友列表的消息对象被序列化后也很小，一个UDP包被完全可以装下这个序列化后的对象。到这里我们再来看看UDP协议的“不可靠”，“数据报”。UDP协议提供数据报机制传输信息 如果报文比较长，比如一个文件，一个图片 要被划分成若干个数据包，由于对于一般的文字消息和其它指令都是比较小的 它们会被放在一个包里面，由于UDP是无连接的 不可靠的，如果发生丢包，不会重传 所以不能保证数据包能完整并准确地到达目的地，但是对于我们的即时通讯软件来说 一般的聊天信息比较小，比如我们给一个好友发送一条聊天信息“今天我很高兴”，会不会服务器转发的时候只收到“今天我很高”，再传给好友的时候变成了“今天”，答案是不会发生这种情况的 UDP虽然描述是不可靠，不过依然在数据包中包含了头信息描述了包的大小等信息，在包进行转发的过程中 如果数据不完整，是会被网络设备发现的，比如中途一个转发这个包的路由器发现了一个不完整的UDP包会直接丢弃，如果是TCP 当有包被丢弃了会进行重传，对于UDP 包在传输过程中由于数据的缺失被丢弃不会进行重传 我们顶多就是一条信息发送失败了，而这种概率一般情况下是非常低的 。

 

经过以上的一些思考，我得出了这样的结论 大规模即时通讯应当采用UDP协议进行常规的通信，TCP可以作为一种辅助手段

经过一些学习，思考和实践 我得出了心目中的大规模即时通讯软件的总体架构：

1。以UDP协议作为主要数据传输协议

2。服务端使用一个数据库保存信息（分布式数据库）

3。服务端是是分布式的，通过异步多线程技术，集群服务等 通过服务器集群共同运行服务端，对外进行海量信息处理（转发，暂存，广播消息）

4。客户端也属于分布式应用程序，具有一些服务端的功能 在进行语言，视频，文件传输的时候，可由服务端协调 在两个客户端直接进行点对点通信

 

这样的总体架构能够保证大规模即时通讯，更需要做的地方就是对数据的查询优化 服务端的性能优化等。

我的Fox核心将采用这种总体架构中的一部分，为什么说是一部分呢，由于水平所限 并且作为一个学习和进步的手段，根据自身的实际情况 将采用单一的数据库，以及单一的服务端

相信先把这种做好了 相信有一天能真的做到真正的大规模用户的C/S软件。

我觉得一个人思考是很重要的，即时目前做不出来那么好的东西 但是思考会让人产生方向，有了目标，并且心目中有了软件的雏形 我相信不知道自己想要的结果，编程是枯燥无味的漫无目的的，但是心中有了大致的模样 就会产生动力，也会多了很多乐趣

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