1. 引言

大家好，我是小?。

当我那天拿着手机，正在和朋友们的微信群里畅聊着八卦新闻和即将到来的周末计划时，忽然一条带着喜意的消息扑面而来，消息正中间写着八个大字：恭喜发财，大吉大利。

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抢红包！！相信大部分人对此都不陌生，那微信的这个群聊系统是如何设计的，让我们可以方便地聊天、分享图片和表情，还有那个神奇的红包功能呢？

这个问题一直困扰着，于是我决定深入了解一下，看看微信的群聊系统背后的设计是怎样的。

微信群聊系统设计

微信作为 10 亿用户级别的全民 App，想必大家都用过，微信建群功能是微信里面核心的一个能力，它可以将数百个好友或陌生人放进一个群空间。

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或许你已经在微信上体验过很多次群组聊天，但你是否好奇过这个背后的系统是如何设计的呢？

今天我们就来探讨一下。

2. 系统需求

2.1 系统特点与功能需求

微信群聊功能是社交应用的核心功能之一，它允许用户创建自己的社交圈子，与家人、朋友或共同兴趣爱好者进行友好地交流。

以下是微信群聊系统的核心功能：

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• 创建群聊：用户可以创建新的聊天群组，邀请其他好友用户加入或与陌生人面对面建群。
• 群组管理：群主和管理员能够管理群成员，设置规则和权限。
• 消息发送和接收：允许群成员发送文本、图片、音频、视频等多种类型的消息，并推送给所有群成员。
• 实时通信：消息应该能够快速传递，确保实时互动。
• 抢红包：用户在群聊中发送任意个数和金额的红包，群成员可以抢到随机金额的红包。

2.2 非功能需求：应对高并发、高性能、海量存储

当我们面对 10 亿微信用户每天都可能使用建群功能的情景时，就需要处理大规模的用户并发。这就引出了系统的非功能需求，包括：

• 高并发：系统需要支持大量用户同时创建和使用群组，以确保无延迟的用户体验。
• 高性能：快速消息传递、即时响应，是数字社交的关键。
• 海量存储：系统必须可扩展，以容纳用户生成的海量消息文本、图片及音视频数据。

3. 概要设计

在概要设计中，我们考虑了系统的核心组件和基本业务的概要设计。

3.1 核心组件

微信群聊系统中，会涉及到如下核心组件和协议。

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• 客户端：接收手机或 PC 端微信群聊的消息，并实时传输给后台服务器
• Websocket传输协议：支持客户端和后台服务端的实时交互，开销低，实时性高，常用于微信、QQ 等 IM 系统通信系统
• 长连接集群：与客户端进行 Websocket 长连接的系统集群，并将消息通过中间件转发到应用服务器
• 消息处理服务器集群：提供实时消息的处理能力，包括数据存储、查询、与数据库交互等
• 消息推送服务器集群：这是信息的中转站，负责将消息传递给正确的群组成员
• 数据库服务器集群：用于存储用户文本数据、图片的缩略图、音视频元数据等
• 分布式文件存储集群：存储用户图片、音视频等文件数据

3.2 业务概要设计

群聊创建

• 唯一ID分配：当用户请求创建一个新群组时，系统生成一个唯一的群组 ID，通常可以使用分布式 ID 生成器如雪花算法（Snowflake）或直接使用数据库自增 ID。这里我们为了实现简便，采用 MySQL 的自增 ID。
• 群组信息存储：将群组 ID 和相关信息（例如群名、创建者 ID 等）存储在群组数据库中。
• 成员关联：将群主添加为群组的创始成员，同时创建者也会成为管理员。
• 消息历史记录：为了确保新成员能够访问以前的消息，将此新群组的群组 ID 与用户消息关联存储。

除了拉好友建群，微信还实现了面对面建群的能力。

接下来，我们深入探讨了三到四个核心功能的详细设计，包括面对面建群、消息发送与接收及抢红包功能。

4. 面对面建群

用户发起面对面建群，并输入一个 4 位数的随机码，周围的用户输入该随机码后可加入群聊，面对面建群功能通常涉及数据表设计和核心业务交互流程如下。

4.1 数据库表设计

1. User 表：存储用户信息，包括用户 ID、昵称、头像等。
2. Group 表：存储群组信息，包括群 ID、群名称、创建者 ID、群成员个数等。
3. GroupMember 表：关联用户和群组，包括用户 ID 和群 ID。
4. RandomCode 表：存储面对面建群的随机码和关联的群 ID。

4.2 核心业务交互流程

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用户 A 在手机端应用中发起面对面建群，并输入一个随机码，校验通过后，等待周围（50 米之内）的用户加入。此时，系统将用户信息以 HashMap 的方式存入缓存中，并设置过期时间为 3min。

{随机码，用户列表[用户A(ID、名称、头像)]}