亿级日PV的魅族云同步的核心协议与架构实践(转)
云同步的业务场景
这是魅族云同步的演进，第一张是M8、M9，然后到后面的是MX系统，M9再往后发展，我们的界面可以看到基本上是没有什么变化的，但本质发生了很大的变化，我们经过了一些协议优化，发展到今天的魅族云同步。
这是云服务对应的网页端，界面非常简洁，可以看到正中间我们有4个模块，提供一些传统数据的讨论，不得不提一下这边的查手机，我们通过它帮一些客户找到了他的手机，它的功能是很强大的，可以定位位置，还可以进行一些拍照。
我们的业务发展了这么多年，一个是手机端，一个是网页端，都说搞技术的是非常寂寞的。看一下我们的业务接入，只是展示了一部分，可以看到我们要跟这么庞大的业务团队进行沟通交流，所以也不是非常的寂寞，要确保每一个业务的场景，还有产品经理以及用户。可能你们比较关注我们的业务规模，这些就是我们的数据，我们主要进讲是怎么做的。
魅族云同步的核心协议
- 应用范围及出发点
在讲同步协议之前，先讲它的应用，云同步协议的应用是非常广泛的，可以做云相册、云备份、云同步等。先说下讲协议的出发点，（可能跟大家做的业务不一样，但希望借着讲这个协议，让每个业务能在这里面找到参考的价值）。
基于数据和操作的同步，这是我们对同步协议的定义，举一个例子来讲，有一个联系人，里面有姓名和电话，我只改了一个电话，最后同步的对象是姓名、新的电话以及更新，所以是三项数据。简单来讲，不管你改的数据是大还是小，最后同步的都是一个整体。
- 数据类型
我们看看数据类型，其实很简单，结构化数据和非结构化数据，在结构化数据这块，我们又细分为典型数据和小数据，为什么做这样的区分？因为我们接的业务非常多，有几十个业务，不可能全部业务一视同仁，所以我们制订了这样的小业务。举个例子，像联系人分组，用户的联系人分组几十个已经不得了了。
我们针对不同的数据类型设计不同的协议，右边是我们这部分的重点，4个协议，第一个就是我们的核心，也就是魅族的MZ-SyncML协议、半同步协议、针对小数据协议匹配的是一次同步协议，文件的话有文件同步协议和半同步协议。
- 数据格式-流量-money
我们看一下数据格式，SyncML协议采取的是这样一个Json数据格式，变量非常长，可能有十几个字母。
我们经过优化，设计了一个精简的Json，变量只有1-2个，当整个对象变量较多的时候，这个地方就相当可观了，再往下我们引入Protobuf来对比，它是以顺序为传递的格式。我们的测试数据是，假设传统Json是100%，我们采用了精简Json可以省下50%的流量。再然后我们采用了Gzip，测试数据是可以减少40%，所以最后我们算一下，精简JSON+Gzip=传统Json×50%×60%=30%，如果我做了这样的优化，假设原来外网带宽是100M, 现在就只有30M了，这是一个非常可观的优化，所以我们说做流量就是钱。
- MZ-SyncML协议
这是云同步的协议，我们这个协议是基于微软的SyncML协议优化过来的。所以我们来看看客户端的表，包括anchor表、mapping表、一个是业务表，业务表有自己的更新时间，也是客户端时间戳。我们来看看服务端的表结构，多了一个ServerAnchor和Updatetime，原因是如果服务端时间和客户端时间不能等同处理，等同处理是会出乱子的。
所以我们的设计是分开的，服务端的增量数据就是通过服务端的时间窗和服务端的Updatetime来获得，最后确定同步协议到底是走存量的还是走增量的，我们的表结构就是这样的。
看看我们的时序图，如果不了解SyncML，我简单科普一下，为了处理数据更加严谨，所以它做了4个交互逻辑，第一个交互逻辑就是同步类型、同步点，确认到底是什么同步类型；第二个交互逻辑是分批提交数据，第三是分批摘取数据，最好记录同步结果。它里面有一些什么本质呢？我刚才讲到全量和增量，所以我们也叫慢同步和快同步，对应全量和增量。
什么是快同步和慢同步，慢同步是等于我没有做一次同步，这个时候是第一次同步，我就要做两边存量数据的交换，最终保持的结果是我这边的业务跟这边的业务是一样的，有了第一次的基础之后我们就会根据时间戳，也就是同步点，下次做增量数据同步，就可以达到快速并且是增量的交互目的。这是我们魅族MZ-SyncML协议，对比原先的SyncML有哪些特点？
这是基于SyncML协议改进的，4步交互逻辑，慢同步和快同步，我们是基于JSON，这个地方我们正在优化，适用范围非常广。它是一个分批交互，分批交互不管你的数据是多大，是一万条、几万条、几十万条，你用它都是没有问题的。网络数据包是有限的，不可能在一个数据包里面把所有的数据都提交了，另外我们支持刷新同步。简单来讲，同步冲突的时候到底是以谁为准，在协议里面会做一些定义，到底是以谁为准。最核心的协议就是这样的特点。
- Semi-Sync协议
为什么我们有一个经典的MZ-SyncML，还要设计半同步协议呢？我买了一台新的6，要从云端数据里面取回我的一万条短信，我就要走慢同步，在同步的过程中我切换了网络或者我走开了，导致网络变化，这个时候这次同步就会失败，下一次再同步的时候，我的数据怎么办？我可能上一次同步成功了一半，难道我下次同步的时候还要把同步的那一半也同步回来吗？如果没有半同步协议，是需要把之前那此同步成功过的数据同步回来的，基于这个出发点我们设计了半同步协议，这个半同步协议是我们设计出来的，之前SyncML是没有这个东西的。
让我们来看看客户端的表，很明显多了一个半同步点，这个半同步电实际上是ClinetAnchor的复制，这里也是一样的，我把它同步过来。服务端的表也是一样的，多了一个半同步点的字段，它的设计出发点其实跟客户端是一样的，只不过它的匹配是服务端时间戳，客户端的时间和服务端的时间是永远不可能同等处理的。
我们截取的是Semi-Sync协议的四步，我们来看看蓝色部分，第二步就是往服务端写数据，这个时候我写映射关系，就把新的同步点写入新的SemiAnchor字段，服务端也是一样的，这次假设整个都跑完了，在这个过程中，我同步失败了，我已经成功同步了五千条短信，因为是同步失败，所以我们还要再次同步，再次同步的时候，我们的目的就体现在红色这部分，这部分是客户端要选取它的增量数据，就是刚才提到的一万条短信，这里面怎么排除掉成功的那五千条，通过它的SemiAnchor进行匹配，红色部分这个地方就会从一万条减成五千条，半同步就是这样一个设计。
半同步的特点：首先它是MZ-SyncML协议的补充，不是一个独立的协议，简单来讲就是断点续传，在慢同步里有大用处，快同步也有用处，分批、单批次数据都可以用，同步成功，它就没用。
- One-Sync协议
另外就是小数据，小数据的特点是数据量很小，这个如果采用魅族的MZ-SyncML就不太合适了，会显得很臃肿，数据量很小，却用一个庞大的协议来做数据交互。基于这个出发点我们做了一个小数据同步协议—One-Sync协议。我们来看看客户端的表：这个地方多了一个ServerAnchor，它还是要用自己的时间系统，所以还是要有一个ClinetAnchor，服务端没有了ClinetAnchor，只有一个ServerAnchor。
这里面就面临着一个问题，一次握手，其response可能是失败的，导致两边同步点不一致。 我们接受这一个协议缺点，但不会导致非常严重的后果，这里面是一个旧的同步点，下次再同步的时候，我们以传过来的同步点做同步。 简单点讲，就是不支持断点续传。
One-Sync协议的特点非常简单，它一样有慢同步和快同步，它也是同样支持刷新同步和Two-way的同步，它只有在小数据情况下才有用，同步失败有损回退，我们认为这是可以接受的，因为从快同步回退到上一次的快同步，而不是回退到慢同步，如果是回退到慢同步是我们不能接受的。
- File-Sync协议
我们来看看最后一个文件同步协议-File-Sync协议，我们来看看它的应用场景，比如云相册，用这个同步协议是可以的，还有就是附文件同步，联系人头像、便签文件等。
其本质还是MZ_syncMl协议，关键点是同步成功后的uuid，这是唯一标识，用这唯一标识跟业务匹配，就可以实现相关的功能了。
我们来讲一个美丽又忧伤的故事，云同步的客户端是非常多的，一个帐号可以登录多个地方，这个时候如果点同步，就会触发冲突。这是其中一个场景，左边是客户端1，右边是客户端2，客户端1是后云，客户端2要自己同步，但早于客户端1提交数据。
客户端2于客户端1提交数据，慢与客户端1同步数据，首先客户端1会生成一个同步点1，相应的客户端2来了也会有一个同步点2，这非常明显服务点2肯定大于服务点1，客户端2提交的数据写入了Data2数据，再往后客户端1也会写入Data1的数据，Data2的同步时间要大于Data1。
下次同步的时候，结果就会丢掉Data1的数据，增量数据的选取是基于它的时间窗，客户端2同步成功了，在这个地方再同步的时候就会有一个Anchor3，它要再拿云端的数据，增量数据的选取就是大于Anchor2，结果就不会包括anchor1。
后面我们解决了这个问题，解决问题的办法非常简单，就是排他锁。我们只在第一步和第二步的时候加锁，第三步和第四步的时候不加锁。
这是MZ_syncML的例子，对于一次同步协议是不是也有这样的问题，当然也有这样的问题，解决办法就是类似的，即排他锁。
魅族云同步的架构设计
这是魅族云同步在我们数据中心的一个实际部署示意图，上面这三个就是我们对外的服务，首先是手机端、网页端、第三方接入平台，右边是我们依赖的一些主件，这里只是写了一部分，中间比较核心的是三个单元，每个单元是一个独立的小集群，里面自成服务、自成系统，再往里面是我们按照业务划分出来的模块，再往下就是缓存和存储。
为什么会有这样的单元设计，只有一个大的单元可不可以，也是可以的，甚至这些模块都不要，也是没有问题的。我们早期就没有这些模块，把整个云服务放在一起，最后发展成这样子，首先是从模块化的思想出发，我们把相应的业务进行集中，比如文件模块，文件模块的IO消耗比联系人模块要高，如果不分模块，都在一起，文件的服务就会影响到正常的其他服务，我们分了模块，就专项专管，
做了这样一个UNIT划分。为什么？首先它是一个子服务，这个时候你要拿走这里面的东西是非常简单的，因为一个UNIT只服务合理的用户数，比如一个单元只服务500万用户，再多就加单元，再多就加数据中心。 这个单元还有一个好处就是容灾比较灵活，这在后面会讲到。
- 多个数据中心
刚看完了单个数据中心，现在来看看3个数据中心，就是机房，这里面的核心是一样的，跟刚才的单个数据中心是一样的部署，唯一不同的中间有一个大圈，叫GSLB，也就是用户就近访问。
- GSLB
GSLB业界里面有类似的服务，但这是魅族自己研发的域名解析系统，原理非常简单，根据用户的IP或者是用户的ID，给你分发到一个最优的数据中心。比如你用的网络是在广州，我就给你分到广州的机房，这个时候你的访问肯定是最优的，因为你的网络链路最短。
除了这样的就近访问还有什么好处呢？可以解决DNS劫持的问题，我不知道在座的有没有遇到过DNS劫持，我们遇到过非常多，特别是偏远的地区，比如新疆，各种运营商会给你搞DNS解析，如果走域名它就是访问不成功，介入了GSLB以后，可以把域名变成IP，就可以解决DNS劫持的问题，我们上线之后再也没有遇到这类问题。
- 自路由
另外一个是流量调度，GSLB接近访问本身就是一个流量调度，假设GSLB断了，所有依赖GSLB的服务就完了？肯定不能这样，所以我们做了一个自路由，非常简单，这个路由组件是我们自己开发的，这里面集成了GSLB的工作，当用户访问联系人模块的时候就会调这个路由组件的GSLB功能，达到了GSLB一样的功能。
- 扩展的GSLB
GSLB设计之初是为了解决移动应用的访问问题，如果我们用浏览器访问域名是不是面临同样的问题，如果我们只用这个是解决不了的，所以我们搞了一个扩展的GSLB，其本质核心还是在这里，怎么做呢？我们把一个业务分成了总域名、多个子域名，每个子域名匹配一个数据中心。这是一个非常好理解的思路，也有其他友商是这样干的。一个用户过来了，我们根据用户规则匹配对应的子域名，你就可以访问到最近的IDC，一样的效果，这就是我们的接近访问。
- 异地容灾
UNIT还有什么好处？还有异地容灾。我们最外面有三条红色的线，是一个循环，互为一个备份，比如在数据中心1里面有文件存储系统，还有DB、数据缓存到这里，这个地方缓存是按照UNIT缓存的。这个时候就讲到了挖掘机，它的功能很强大，它把数据1的光纤挖掉了，怎么办？我们通过GSLB分流，把所有用户牵到数据中心2里面去，这个时候我们业务的高可用就得到保障了，全部用户访问到这里来，只是慢一点，数据一样可以得到有效的访问。
云同步的技术难点
- 模块多，通信难
这是一个通用的问题，模块多，通信难，我们有Zookeeper、Kiev、MQ，这都是站在巨人的肩膀上做的。
- 长连接？短连接
长连接和短连接，我们来算算公式，首先长连，我们刚才讲到MZ-SyncML协议里面有4步的交互过程，手机发出了一个请求，这个时候与云端建立连接，并且是一个长连接，第二步是一个分批提交数据，红色部分是客户端的耗时，第三步是一个分批获取数据，从云端拿数据，红色部分依然是客户端的耗时，最后一步是最后一次握手，也就是云端写状态数据和手机写同步点，前后我们是不算到在连接里面的，因为在云端写状态数据内部，客户端已经断开了，整个长连接的耗时就是黑色部分加红色部分，这是长连接的情况。
我们再来算算短连接的情况，第一步是一样的，第二步是分批提交，一样的没有了红色耗时，这个地方是客户端的耗时，这个地方其实我们每次请求都会建立一个连接，交互完了之后，我就关掉链接。第三步是分布获取数据，一样的没有了红色部分，最后一部分是最后一次握手，也是一样的。
这里面怎么衡量呢？我们要分别测出来客户端的耗时和服务端的耗时，这个地方我直接把数据给你们，红色部分我们测了自己的云同步，也测了小米的，红色部分的耗时占了整个耗时的80%以上，这个值并不夸张，实际有可能比这个值更高，可能达到90%甚至90%多。
这是一个什么结果呢？假设我们采用长连接，我的云端资源跟你创建了一条连接，但80%的时间是空闲的，没有工作，所以长连接等于高成本的浪费，一台服务器能够承担的链接数是有限的，你给我创造的链接80%不能用，摆明了就是浪费，所以很明显我们的选择就是短连接，如果采用长连接，对于Qps的值也不是很好的。
- 安全
安全我只讲两点，第一是假设我们的数据库或者文件系统被别人偷走了，我的数据不能马上被别人读出来；第二点是模块安全。我们刚刚提到模块非常多，相应的就是依赖的非常多，假设某一个依赖组件出现问题了，能否导致我们的业务也出问题呢？
难道我们就抓着那个依赖说是你出了问题，不是我的问题，但最后的结果是云同步出了问题，所以这里显得尤为重要，模块越多，这个地方越重要，就是人们常说的自闭环。不管你的模块是怎么样的错，要保证我的整个服务是OK的。假设依赖模块一旦出问题了，我就不提供服务，我告诉你服务端出错了，服务端不可访问了。
- 备胎也有春天
高可用，多IDC，还有就是多线路，解决延时的问题，目前我们有专线还有VPN，我们的VPN都是采用多线路，这个地方要结合每个企业的实际情况，不一定每个人的业务前提条件都是一样的，这个地方其实就是多个单元，再往后就是多个集群。
- 存储+路由
接下来说存储跟集成的GSLB路由组件，采用RDB+Hbase存储，高低频数据分离，我们在实际的业务场景里面怎么区分高频数据和低频数据呢？有些业务可能分不出，但总的来讲像应用中心这种也是非常容易分出来的，云服务的一些常用功能里面有一个回收站，回收站就是垃圾桶，都是被用户删掉的数据，我们又不能真的把它删掉了，我们要给它访问，所以分为是低频数据，垃圾桶里面的数据用的就是Hbase，用户正常用的数据就是RDB。我们实际实现的回收站可能更高级一点，是时光机，顾名思义，这非常好理解。
RDB多库，Userid水平拆分，这是我们的根本，因为几百个库其实也蛮大的，我们的根本就是Userid水平拆分，当数据大的时候，这是一个很好的方法，包括一些用户表、文件存储，其实也是按照Userid进行拆分的。
最后一点就是我们的路由组件，是我们自己实现的，里面包含的功能有DB路由，你要访问这么多数据库，总不能去我的程序里面弄，所以DB路由、文件路由、连接池自管理，最后一点就是GSLB，它对业务是透明的。
- 云同步的特性
我们得到了云同步的特性，也不是说云同步特有的，很多企业都在搞物联网以及O2O、手游，像九游等，他们在考虑这些业务实现的时候，可能也会遇到同样的问题。我的意思是假设大家做业务的时候可以从这些方面考虑，我觉得应该是可以少踩一些坑，是这样的出发点。
云同步的APP端可能会遇到的技术问题
- 自升级
最后聊聊客户端的问题，我们的客户端是跟着我们的手机走的，这里面有一个很大的经验，就是自升级，这个太重要了！现在很多移动app应该都有这样的功能，但以前魅族云同步就没有，以前要修复一个bug，一定要推荐用户升级才能实现，这太痛苦了，在前一两年我们就把这个问题解决了。
- 流量
为什么这里要讲流量呢？前面我们提到的流量是整个宏观的角度，可能是从整个厂商、企业里面的带宽考虑的，客户端面向的用户可能更关心的是自己的流量。怎么给它减少呢？
第一点，我检测它开启wifi的时候开始同步，当我检测到它打开了wifi的时候触发同步，我就把本来要跟移动网络的场景切换到了wifi网络。第二点，就是合并策略，我把多次的同步合并成一次，这里面实际具体的策略就不讲了，但它的思路就是我会把多次本来同步的数据合并到一次，这个时候请求少了，流量也就少了。
- 功耗
虽然说现在手机的电池越来越大了，但相应的CPU、显卡、屏幕的功耗越来越高，抛开硬件不讲，我们做一个非系统应用，又不能占用用户过多的电池电量，在功耗方面我们有哪些策略优化呢？
- 像wifi一样，检测到用户充电的时候同步，这个时候不需要使用用户电池的电量。
- 合并策略，在这个地方我们也有一些优化，多次同步耗电量更高一点。
- 我们不需要常驻，早期的云同步采用的是常驻的方式，只要是手机，不管用不用，它就会挂在那里。我们在把这个地方改成了非常驻的实现方式，当他知道需要同步的时候才唤醒我的进程，这个地方是非常省电的。
-
还有就是动画，像手游，可能动画需要非常炫，我们这个云同步对界面的要求不高，所以我们没必要在动画上面浪费过多的电，我们只要按照正常展示交互弄出来就可以了。
- 速度
我刚才讲到整个云同步的耗时客户端占了80%以上，那么多友商在做却做不好，它有一些根本的前提，但也不是说就不能优化的。搞安卓的应该都清楚现在安卓基本上都用sqlite的数据库，这里面有一个非常重要的问题，我们的数据都是批量的，批量写入到底是不是真正批量写入，这是值得我们研究的。
我们研究了batch的核心方法，一个for里面有一个insert,insert本身就是一个事务，怎么快得了呢？所以这是一个伪batch。另外就是自己的业务速度要提高，我们早期的代码里面有很多for+for，两个循环，经过我们的优化，全部替换成了for+map，我的经验是80%到90%的双循环都可以用for+map，这是空间换时间，空间换时间，应该说现在是我们更常用的方式。
- 接入规范
我们接入的业务有几十个，这里面有非常多的app，需要跟他们沟通清楚，每个业务去讲非常困难，所以我们设计了一个接入规范，一个新增的APP要接入，按照我们的接入规范来就可以了。当然每个业务的接入规范可能，像游戏平台呀、应用平台等。
魅族云同步的未来
- 业务发展
魅族的载体是手机，它可能会有其他的第三方应用，又不想自己做，这个时候就需要寻求团队的帮忙了，需求是越来越多的，怎么办？像做移动APP的都不希望自己的客户端太大，可以集成几十个应用，但是不希望集成几百个应用，于是我们做了一个SDK-API，还有一个云端扩展式服务，这里面是什么意思？刚刚提到的接入规范只是在代码这层，SDK-API完全分离出来。
- 开放
像魅族今天的开放日，还有魅族的SDK，大家都很容易拿到我们的SDK开发，当然我们有一个开放心态。魅族云同步明天能够走出Flyme，在外面的平台能够有自己的世界。
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