分层架构 IM 系统之多媒体功能设计与实现

现在 IM 系统已经不仅限于文本消息的通讯了，多媒体数据占据越来越多的比重，比如：文件传输、语音通话、视频通话等。

在前面的文章（《基于需求分析模型来结构化剖析 IM 系统》）中我们分析过，“多媒体消息” 属于扩展功能需求，“点对点私信消息” 属于基础功能需求，扩展功能以基础功能为基础，基础功能稳定实现后，开发扩展功能是非常简单和快速的事情。今天我们分析一下 IM 系统的文件传输和语音通话功能关键逻辑实现，内容不复杂。

在前面关于分层架构 IM 系统所有文章的描述中，客户端与服务端之间的通讯一直是基于一条 TCP 连接进行的，也就是单通道通讯。其实，在一个具备多种功能的 IM 产品中，前后端的通讯往往都是基于多通道的，也就是每个客户端与服务端之间会建立多条连接（可能是 TCP 协议、也肯能是 HTTP 协议，还可能是 WebSocket 协议），为什么要这样设计呢？

首先，每个通道传输自己专属的数据，避免通道之间相互影响，产生阻塞或延迟，尤其是文本消息数据，需要一个专属的通讯通道；我们知道多媒体数据往往会占用较大空间，如果通过文本消息通道传输多媒体数据的话，很容易影响文本消息的及时性和可靠性。

其次，每个通道传输自己专属的数据，这从底层逻辑上就解耦了逻辑关联，降低了整个系统实现的复杂性；我们在前面的文章（《架构师晋级：直播问答系统（解析）》）中，分析过直播问答系统如何通过多通道设计系统架构，降低复杂度。

下面，我们分别分析一下如何基于 IM 系统实现文件传输和语音通话。

一、文件传输

IM 系统的文件传输逻辑流程，见下图。

基于 IM 系统传输文件，我们需要扩展消息的类型；最常见的消息类型是文本消息，可以扩展出文件消息类型、表情消息类型、语音消息类型、视频消息类型等，只是在聊天窗口中需要以不同的方式进行展示。以客户端 uid=101 给客户端 uid=102 传输文件为例，文件传输的基本逻辑流程如下：

客户端 uid=101 访问 APPServer，获取访问令牌； APPServer 是需要搭建的内部服务，专门用来管理访问令牌；令牌是客户端用来访问文件服务器（这里以对象存储服务 OSS 为例）的凭证；APPServer 只给合法的客户端发放令牌，毕竟 OSS 是收费的，只能供自己的客户端产品使用。
客户端 uid=101 凭访问令牌，将文件上传到 OSS，并记录下文件的唯一标识，文件在 OSS 中的存储位置（桶和目录）。
客户端 uid=101 将文件在 OSS 中存储的相关信息（桶名称、存储目录、文件标识等）封装成 IM 消息，发送到 IM 服务端；这是 IM 消息发送的基本流程，在前面的文章（《分层架构 IM 系统之消息收发功能设计与实现》）中详细分析过。
若客户端 uid=102 处于在线状态，IM 服务端会将文件消息直接推送到客户端，这个过程通过 “三重保障” 实现消息的可靠性（《分层架构 IM 系统之消息收发功能设计与实现》）；若客户端 uid=102 处于离线状态，待登录后，会拉取相关离线消息。
客户端 uid=102 通过解析，发现是文件消息类型后，请求 APPServer ，获取访问 OSS 的令牌。
客户端 uid=102 凭访问令牌，根据解析出的文件相关信息（桶名称、存储目录、文件标识等）访问 OSS，将客户端 uid=101上传的文件，下载到本地。

这就是基于 IM 系统进行文件传输的基本流程，第 3 和第 4 步，是消息收发的基本逻辑，以此为基础引入文件存储（OSS），集成和实现对文件存储的安全访问。

二、语音通话

IM 系统的语音通话逻辑流程，见下图。

基于 IM 系统进行语音通话逻辑流程实现，与文件传输类型，都是以 IM 系统传输消息为基础，集成语音通话服务（这里以 WChat 为例进行说明）；客户端 uid=101 给客户端 uid=102 打语音电话，其基本的逻辑流程如下：

客户端 uid=101 访问 WChat，申请一个语音通话的房间，获取房间标识和访问令牌 voiceToken；房间是语音服务的一个逻辑概念，只有进入同一个房间的客户端才能建立语音连接实现语音通话；WChat 建立 “房间” 后，该 “房间” 具有一定的时效性（比如：30秒），若对方没有及时进入到 “房间”，“房间” 会失效；想一下，我们使用微信时通过语音呼叫对方的场景，很容易理解。
客户端 uid=101 将房间标识信息封装成 IM 消息，发送到 IM服务端；这是 IM 消息收发的基本逻辑。
若客户端 uid=102 在线，IM 服务端直接将语音消息推送到客户端；若客户端 uid=102 离线，IM 系统需要通过其他方式（手机push、微信消息、短信等）及时通知到用户。
客户端 uid=102 通过解析，发现是语音消息类型后，向 IM 服务端发出获取 voiceToken 的请求，IM 服务端会通过访问 WChat 获取语音会话令牌；为什么客户端 uid=102 不直接访问 WChat 获取 voiceToken 呢？一是为了安全性，只有申请房间的客户端可以直接访问 WChat，而要加入房间的客户端，则需要访问 IM 服务端，IM 过滤掉了加入房间的非法用户；二是 WChat 中的房间具有时效性，要加入房间的客户端在访问 IM 时， IM 会对房间的时效性进行判断，IM 过滤掉了没有及时加入房间的用户。
客户端 uid=102 根据获取的 voiceToken 和房间标识，访问 WChat，加入房间，与客户端 uid=101 建立语音会话。

不管是文件传输，还是语音通话，都是以 IM 消息通道为基础，然后集成相关服务进行扩展。

最后，总结文中关键：