跨平臺企業即時通訊系統的設計和實現

楊繼鵬,張廣建

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跨平臺企業即時通訊系統的設計和實現

楊繼鵬1,張廣建2

1. 山東服裝職業學院信息工程系, 山東 泰安 271000 2. 北京新桃科技有限公司, 北京 100000

即時通信軟件(IM)已經成為人們生活中必不可少的交流與溝通工具。但是，個人IM用于企業中還有很多不足之處，需要加以補充、擴展。針對企業的實際需求，從系統基本架構、企業通訊錄、多系統協作、辦公自動化等幾個方面，對即時通訊系統進行了完善和加強，形成了更適合企業使用的即時通訊系統。另外，個人在移動設備上使用IM的時間越來越長，而很多企業用戶選擇在電腦上使用IM，本系統支持Windows、Android、iOS和Html5，是真正跨平臺的企業即時通訊系統。

即時通訊系統; 企業通訊錄; 辦公自動化; 設計

即時通訊(IM)不但擁有幾億級別的個人用戶，還有數量龐大的企業用戶。很多企業用戶只能使用個人即時通訊軟件(如微信)，但是遇到了很多問題。例如管理問題，在微信群中，企業成員可以邀請企業外用戶，造成企業信息泄露，偽造身份攻擊等。再例如，和企業其它系統的協作，在微信里也無法實現。為了解決類似的一些問題，需要為企業設計和實現專用的即時通訊系統。

1 即時通訊系統的基本架構

即時通訊系統采用C/S和B/S模式并用的系統架構。具體來說，Android和iOS手機客戶端，以及PC客戶端都采用C/S模式。但對于不愿下載客戶端的用戶，系統也提供了支持B/S模式的Html5客戶端。

客戶端之間的通訊支持C/S模式和P2P模式?？蛻舳酥g一般無法直接連接，需要通過服務器轉發才能進行通訊，即C/S模式。如果客戶端能夠直接連接，系統自動采用P2P通訊直接連接、通訊。通訊形式的轉變對于用戶是透明的。

C/S模式能夠對數據交換進行有效監控，系統的安全性較高，并且可以完成信息認證、處理、存儲以及對用戶資料的集中管理，另外還能夠實現離線消息暫存等功能，但是隨著用戶數量不斷增加，服務器的壓力會增大，性能減弱。P2P模式可以最大程度地利用網絡帶寬，減輕服務器負擔，提高用戶響應速度，增強用戶的服務體驗，占用帶寬較多的視頻傳輸、音頻傳輸、文件傳輸等應用程序使用該模式。但是P2P模式的開發較C/S應用程序更為復雜。綜合考慮，系統使用C/S和P2P的混合模式，充分利用這兩種模式各自的優勢，提升系統性能。

1.1 客戶端和客戶端通訊的基本模型

客戶端Client A和客戶端Client B實現通訊，這是即時通訊最簡單的模型，如圖1所示。

圖 1 客戶端和客戶端單服務器通訊模型

在這個模型中，客戶端Client A和客戶端Client B都連接到服務器Server。客戶端Client A把數據發送到服務器Server，服務器Server再把數據轉發到客戶端Client B，從而完成一次數據通訊。同樣客戶端Client B也可以通過這種方式向客戶端Client A發送數據。

客戶端Client A和客戶端Client B之間也可以創建一條數據傳輸通道。當客戶端Client A和客戶端Client B能夠互相連接時，可以在兩者之間直接傳輸數據，而不需要服務器Server進行轉發。這樣可以減輕服務器Server的負擔，降低整個系統成本。所以早期的IM都努力實現客戶端Client A和客戶端Client B的直接通訊，甚至由服務器Server協助建立連接。但隨著硬件價格和帶寬價格的下降，以及服務器數據價值的上升，IM系統逐漸減少了客戶端的直接連接，越來越傾向于由服務器轉發數據了。

除了轉發數據，服務器還需要實現很多輔助功能，例如賬號的注冊和驗證，好友關系的存儲和下發，用戶信息、狀態的修改和查詢等。

根據基本的通訊模型, 我們來分析用戶交互過程中需要經歷的步驟，以下是Client進行點對點通訊的詳細過程：

（1）ClientA通過即時通信客戶端輸入自己的賬號和密碼登錄服務器Server，服務器讀取Client A注冊過的數據庫來驗證其身份。如果用戶身份驗證通過，就登記Client A的相關信息(如用戶IP地址及使用的TCP/UDP端口號等)，并返回Client A登錄成功的標志，且將Client A在系統中的狀態改為在線狀態。

（2）根據Client A存儲在服務器Server上的好友列表，服務器將Client A的在線信息(包括Client A的IP 地址及使用的TCP/UDP端口號、在線狀態等)發送給同時在線的好友Client B，Client B客戶端收到此信息后顯示給用戶。Client A的在線信息同樣還發送給同時在線的好友Client D等。

（3）服務器Server把Client A存儲在服務器上的好友列表及其相關信息回送到Client A。這些信息也包括好友的IP 地址、端口號以及其在線狀態等。這時Client A就獲得了其好友列表及其在線狀態等相關情況。

（4）如果Client A想與其在線好友Client B進行聊天，他可以嘗試直接向Client B發出聊天信息，Client B接收到Client A的消息后，自動回復數據已經收到。

（5）有些情況下Client A和Client B無法直接通訊，Client A只能把聊天數據發送到服務器Server，由服務器轉發給Client B。

1.2 海量客戶端和多服務器需要的可擴充性架構

單服務器支持的客戶端是有限的，我們假設能支持2000人同時在線、通訊。當客戶端數量超過單服務器支持能力以后，就必須把客戶端分到多個服務器上，例如Server A、Server B。

但是多服務器帶來了另一個問題。當客戶端Client A和客戶端Client B通訊的時候，客戶端Client A把數據發送給Server A，希望Server A轉發給客戶端Client B。但客戶端Client B是連接到Server B的，并沒有連接Server A，所以Server A無法找到客戶端Client B。

為了解決這個問題，需要增加另一類服務器，讓服務器Server A能夠發現服務器Server B。我們把原來的服務器Server A和服務器Server B稱為在線服務器Online Server，把用于聯系Online Server的服務器稱為Information Server。Information Server也包括多個服務器，采用分布式部署，實現服務器的彈性配置。最后為了實現Information Server之間的互相通訊，我們又添加了服務器Root Information Server。Root Information Server需要處理的通訊量比較小，只有一臺服務器，類似于DNS系統的根服務器。

所以服務器Server的轉發功能由若干Online Server和若干Information Server分布式實現。我們把服務器Server的賬號功能獨立出來，由賬號服務器Account Server實現。把好友關系獨立出來，放到Information Server實現。而添加好友和好友確認的功能，像數據通訊一樣，通過Online Server和若干Information Server轉發。

此時的網絡通訊模型如圖2所示,圖中用ISA-ISZ代指若干Information Server，OSA-OSX代指若干Online Server。

圖2 海量客戶端和多服務器的網絡通訊模型

圖2僅做示意。實際應用中，客戶端、Online Server、Information Server的數量都是彈性配置的，是根據客戶端規模確定的。Online Server和客戶端是一對多的關系，Information Server和Online Server也是一對多的關系。

Account Server和Root Information Server目前都只有一臺服務器。

需要特別說明的是，以上服務器都是邏輯概念，是軟件概念。理論上，若干不同的邏輯服務器在硬件上可能運行在同一臺機器上。

1.3 滿足用戶復雜通訊需求的專用服務器

即時通訊系統是在不斷發展的。最初的即時通訊比較原始，甚至不會保存好友列表。但是隨著即時通訊系統的進步，用戶的需求也越來越復雜。

例如，用戶在添加好友的時候，除了按照賬號查找好友，還需要能按照性別、年齡、地域、愛好等條件進行查找。這些信息分布于若干Information Server中，如果一一查詢，時間太長無法接受。我們在系統中添加搜索服務器Search Server，把存放在Information Server的用戶信息集中起來，供用戶搜索使用。搜索服務器Search Server在個人IM系統中，可以用來搜索、添加好友。而在企業IM系統中，功能相對簡單，主要用于搜索用戶信息。因為當用戶規模比較大的時候，如果把所有用戶信息存儲在客戶端并實時維護，會大大加重系統的負擔。企業IM的Search Server可以更加方便地找到相應的用戶。

例如，用戶不但需要一對一通訊，還需要多對多通訊，即群聊。而群聊的基礎功能就需要實現創建、解散、添加成員、刪除成員、退出等，用戶可能還需要權限管理、聊天內容管理等復雜功能。為此我們在系統中添加群聊服務器Team Server，把所有的群聊功能在Team Server中實現。

例如，用戶收發文字內容的時候，如果兩名用戶沒有同時在線，可以把文字消息存在Information Server中，等目標用戶上線以后，再從Information Server接收。但是，用戶還需要發送圖片、音頻、文件等，Information Server負擔加重，會造成阻塞，降低用戶體驗。另外，某個文件的多次轉發，會在不同的Information Server上存儲多份，造成浪費。為了解決這些問題，在系統中添加File Server，專門處理文件的上傳、存儲和下載，同一份文件不管轉發多少次，只需在服務器存儲一份即可。

例如，附近的人功能，需要獲取用戶的地理位置，并按照用戶的地理位置排序、查找、分類。這個需求在Information Server上和Search Server上實現都存在一定困難。我們在系統中添加Location Server，專門對用戶按照地理位置進行處理。

類似種種需求，都需要在原有基礎上添加專用服務器，針對性解決用戶的復雜需求。

2 企業即時通訊系統的完善和加強

我們把常見的面向個人使用的即時通訊系統稱為個人IM?，F實中有很多個人IM用于企業通訊的案例。如本文前面所述，個人IM用在企業中，出現了很多問題。為了解決這些問題，我們在系統中添加了若干服務器，統稱為企業服務器。企業服務器主要包括以下幾個常見功能。

2.1 企業通訊錄

企業通訊錄支持服務器設置所有用戶賬號、用戶部門、用戶的好友列表等功能。我們把處理企業通訊錄的服務器稱為Contact Server，如圖3所示。

圖3 處理企業通訊錄的服務器

企業通訊錄主要針對用戶身份認證、用戶分組和好友查找問題。由于用戶身份都是由服務端設置的，自然解決了用戶的身份認證問題，把用戶嚴格限制在企業內部。

企業用戶屬于不同部門，用戶可以按照部門分組，在部門內部開展群聊，把線下的部門討論搬到線上，不受時間、空間的約束。

企業通訊錄可以為用戶設置好友列表，這個列表取決于具體情況。例如，開發部成員的好友列表是本部門成員，銷售部成員的好友是銷售部和市場部成員，總裁辦公室的好友列表包括辦公室成員和各部門管理人員。如圖4為系統的企業用戶信息管理界面。

圖4 企業用戶信息管理

企業通訊錄的最大優勢，在于企業成員和系統用戶的嚴格同步。當企業成員入職時，同步加入系統用戶，加入好友列表，加入部門分組。當企業成員離職時，同步在用戶集合、好友列表和部門分組中刪除。當企業成員跨部門調動時，也能同步修改用戶分組等數據。

如果沒有企業通訊錄，個人IM往往無法及時處理企業成員的變化。企業成員加入時，要求每個成員在IM中添加一個好友需要一定的管理成本。而當企業成員離職時，原同事通常仍然把他留在好友系統中，群聊也經常礙于情面不方便刪除。甚至有些成員存在于多個群聊中，忘刪、漏刪的情況司空見慣。

2.2 企業子系統互通

企業即時通訊系統只是企業若干子系統的一個。企業子系統的互相協作、互相調用非常重要，企業即時通訊系統也不例外。

子系統互通最常見的用戶需求是用戶賬號互通。例如，企業已經部署人力資源子系統，當實現企業即時通訊系統的時候，希望使用人力資源子系統(HR)的用戶賬號。IM客戶端首先輸入HR內的用戶賬號HR Account，然后到HR Server驗證賬號是否正確，如果正確則返回該用戶在IM內的用戶賬號。客戶端再用IM系統內的賬號登錄Account Server，進入IM子系統。圖5為以人力資源子系統為主的企業子系統互通示意圖。

上述系統架構是以人力資源子系統為主。我們也支持以企業即時通訊系統為主，采取如下系統架構。企業即時通訊系統的客戶端和服務器保持不變，HR客戶端Client登錄的時候，先到企業即時通訊系統的服務器端根據用戶賬號獲取一個Token，然后使用此Token登錄HR服務端Server。HR服務端Server接收到Token以后，需要去Account Server驗證Token的合法性。微信登錄采用的OAuth2協議，也是類似架構。圖6為以企業即時通訊系統為主的企業子系統互通示意圖。

圖5 以人力資源子系統為主的企業子系統互通示意圖

圖6 以企業即時通訊系統為主的企業子系統互通示意圖

在賬號統一的前提下，企業即時通訊系統和其它子系統之間可以互相協作、互相調用。例如，人力資源子系統原來需要發送郵件通知，可以改為發送即時消息，更加靈活、方便。

2.3 在企業即時通訊系統上創建應用

企業即時通訊系統的發展趨勢是在系統基礎上創建更多的應用，例如考勤、公告、審批等，從而成為辦公自動化的基礎平臺。由于企業即時通訊系統已經具備用戶管理、網絡通訊、分組權限等基礎功能，在其基礎上創建應用，可以說是事半功倍。

具體方法是，企業即時通訊系統發送、接收的每條數據，都可以添加應用屬性，標識這條數據對應的應用模塊。

當用戶A使用審批應用時，輸入審批內容，形成審批數據。這條審批數據就像普通的文字數據一樣，從用戶A發向用戶B。用戶B收到審批數據以后，根據數據中包含的應用屬性，判斷該數據對應的應用模塊，再把該數據分發到審批應用，如圖7所示。

圖7 企業即時通訊系統上創建應用示意圖

這種架構有效地保證了應用的擴展性。底層的數據傳送功能只負責應用數據的發送和接收，不參與應用數據的創建和解析，從而保證了底層數據傳送功能的抽象性。

3 跨平臺實現及其遇到的問題

即時通訊系統最初運行在PC機上，隨著智能手機的迅速發展，即時通訊系統逐漸普及了手機客戶端。我們的企業即時通訊系統是真正跨平臺的即時通訊系統，也就是說，在多個平臺上都實現了最佳的客戶端形式。系統使用同一后臺服務端，客戶端在PC機和Android、iOS手機上都做了獨立、完整的設計和實現，用戶可以自由選擇使用PC客戶端、手機客戶端，或者使用網頁形式訪問。相對其它一些企業即時通訊系統，只實現了部分平臺的客戶端，或者在某些平臺上只實現了部分功能，該系統更加完善，更加方便。

3.1 服務端及數據庫的設計和實現

服務器采用MySQL數據庫存儲數據，使用Java編程實現，可以在Windows平臺和Linux平臺。如上文所述，服務端包括Account Server、Online Server、Information Server和Contact Server等等，這些服務器基本使用Java實現，沒有運行界面。為了進行企業信息的管理，例如企業人員的增加、刪除、修改和查詢，Contact Server提供了Html5界面，原因是Contact Server的主要用戶是企業管理人員，主要應用場景是在企業內部辦公時使用。

服務端數據庫主要采用My SQL數據庫。系統設計的主要數據庫表有權限信息表(Privilege Info)、部門信息表(Department Info)、職務信息表(Job Info)、用戶信息表(User Info)、個人聊天記錄表(Chat Record Info)、群組信息表(Group Info)、群聊天記錄表(Group Chat Record Info)等。

數據庫包括以下核心實體和屬性：

用戶資料(用戶ID、名稱、ICON、性別、年齡、在線狀態、IP、Email)、朋友關系表(用戶ID、朋友ID、添加好友日期)、聊天群資料(群ID、群用戶ID、群主ID、群創建日期、用戶權限)、文件信息(發送者ID、接受者ID、發送日期、文件類型)。

服務端和客戶端之間的通訊數據采用json格式。早期IM在大多數采用xml格式，但近期json格式用的比較多，對手機客戶端支持得也更好。

3.2 Windows PC客戶端

雖然手機端即時通訊發展迅速，使用方便，但還有大量場景是在PC機上使用即時通訊，企業用戶尤其如此。我們的企業即時通訊系統支持Windows客戶端，采用VC實現。Windows客戶端的功能類似QQ，能夠實現一對一或多對多的文字、圖片、文件傳輸。Windows客戶端的優勢是硬件性能強大，網絡連接穩定。缺點是由于PC機硬件的限制，Windows客戶端的語音功能相對短板。

圖8 手機客戶端界面示意

3.3 Android、iOS手機客戶端

用戶已經養成了在智能手機上隨時隨地使用即時通訊系統的習慣。企業即時通訊系統支持Android和iOS手機客戶端。Android客戶端采用Java語言實現，iOS客戶端采用Objective C實現。

智能手機目前都有完善的攝像頭和話筒，所以圖片和語音功能比PC客戶端強大。此外，手機客戶端還擁有GPS定位功能，可以實現打卡、簽到等基于位置的服務(LBS)。手機客戶端界面設計與微信等已有移動IM類似，如圖8所示。

手機客戶端的缺點是網絡連接不夠穩定。一方面，有時手機無法連接WiFi，而移動網絡既要花費資金，又有盲區。另一方面，即使手機連接網絡良好，當用戶從即時通訊系統切換到別的軟件，或者長時間閑置，手機都會切斷即時通訊系統的網絡連接，所以手機客戶端經常處于離線狀態，用戶在線狀態失去了意義，因此，在手機客戶端中，不再標注用戶在線狀態。

相比直接打電話，移動端即時通訊系統有很多優點，可以和電話形成良好的互補。第一是異步進行，減少了對接收方的干擾。例如接收方正在開會，無法接打電話，但可以接收IM信息。第二是IM可以發送圖片、視頻、文件等，而且可以永久回聽語音，這些都是電話無法做到的。對于移動端經常離線造成的問題，系統通過消息推送機制來解決。

消息推送機制是為了保證數據通訊的實時性。當用戶A給用戶B發送實時消息時，首先把消息發送到服務端。然后服務端會檢查用戶B的手機客戶端是否在線。如果該用戶手機客戶端在線，服務器會把消息直接發到該用戶客戶端，用戶B就可以實時接收到消息。如果該用戶手機客戶端處于離線狀態(例如App切換到后臺)，服務端會調用推送功能，把消息推送到用戶B的手機上。用戶B能夠在手機上看到服務端實時推送過來的消息，如果是自己關心的消息，可以選擇打開App進一步查看詳細內容。

在iOS手機上，推送系統由Apple公司實現。在Android手機上，推送系統的實現有很多種，一般手機廠商如華為、小米、OPPO都有自己的推送系統。我們的Android客戶端兼容常見的手機品牌和機型。

由于iOS系統的安全限制，iOS客戶端發送文件的選擇范圍比較窄，只能發送以前接收過的文件，或其它App允許打開的文件。

3.4 Html5網頁

Html5網頁又稱H5網頁，通常運行在手機瀏覽器中，也可以運行在Windows的一些瀏覽器中。Html5網頁的優勢是無需下載、安裝，即開即用，自動升級。但Html5網頁也有很多缺點，例如保持網絡連接、調用硬件設備能力比較差，界面反應速度不如原生App(見3.2所述)等。H5網頁端的應用場景，一般是習慣使用PC客戶端的用戶，臨時在手機上使用，或者在陌生PC上短暫使用系統、不方便安裝客戶端的情況。

我們的企業即時通訊系統支持以上所有客戶端形式，用戶可以自由選擇，也方便跟其它企業子系統靈活適配。

4 本系統的特點和創新

本系統在設計和實踐過程中，參考了多款同類型軟件系統，吸收了很多用戶的經驗和意見，保證了本系統的各方面優勢。例如參考文獻[3]中的企業即時通訊系統甚至沒有移動端，參考文獻[4]中，大螞蟻Big Ant在移動端舍棄了企業通訊錄功能。

4.1 可擴充性

系統在用戶規模方面提供了可擴充性。如果用戶數量增加，只需要增加服務器的數量，不需要修改服務器的架構。這種可擴充性的架構，有效保證了系統的穩定性。

系統在應用種類方面提供了可擴充性。如果應用類型增加，只需相應增加某個應用，不需要修改整體的架構。從技術角度上講，企業即時通訊系統可以成為企業信息系統、企業信息化的新平臺。

4.2 跨平臺

系統支持Windows客戶端、Android和iOS手機客戶端、H5網頁等多種操作形式。它們互有優缺點，互相補充，既能讓用戶隨時隨地方便使用，又能給用戶提供反應迅速、形式多樣的用戶體驗。

4.3 加強系統協作

系統支持兩種協作方式。

一種是在原有企業子系統(以HR系統為例)的基礎上，增加企業即時通訊子系統。系統既支持在原HR系統上增加企業即時通訊系統屬性，也支持把原HR系統的賬號體系導入企業即時通訊系統。

第二種協作方式是把企業即時通訊系統作為用戶認證中心，采用OAuth2協議等方式為其它子系統提供用戶賬號認證、用戶信息維護等。

4.4 定制系統應用

系統可以作為企業信息化的基礎系統，提供用戶體系和通訊功能。在此基礎上可以創建各類應用，如考勤打卡、公文審批、人事管理等等，從而搭建整個辦公自動化系統。這些應用的數據發送和接收只需要遵守一定的格式，就可以直接添加到系統中，使用原來的系統傳輸通道，從而大大節省開發時間和成本。

5 展望

企業即時通訊系統近年來逐漸普及，目前正向增強功能、改善體驗、加強協作方向發展。我們這個系統的發展方向主要是加強系統協作和定制應用，尤其是加強系統協作。對于企業應用中的軟件，制定相應接口，實現互相調用，是今后的工作重點。

[1] 劉琰.Windows網絡編程[M].北京:機械工業出版社,2014

[2] 劉云.企業IM 架構的自由擴展性研究[J].計算機應用與軟件,2014,36(6):75-78

[3] 陸偉,林培榕,林姿瓊.企業即時通訊系統設計[J].軟件導刊,2015,14(10):94-96

[4] 萬曉鴿.企業即時通訊系統在企業中的集成應用[J].有色金屬加工,2017,46(6):62-64

Design and Implementation of the Instant Messaging System in Cross-platform Enterprise

YANG Ji-peng1, ZHANG Guang-jian2

1.271000,2.100000,

Instant messaging software(IM) has become an indispensable communication and communication tool in people's lives. However, there are many shortcomings in the use of personal IM in enterprises and it needs to be supplemented and expanded. In view of the actual needs of enterprises, we have improved and strengthened the instant messaging system from basic structure of system,the enterprise address book, multi-system collaboration, office automation and other aspects, and formed an instant messaging system that is more suitable for enterprises to use. In addition, individuals use IM on mobile devices for longer and longer, and many corporate users choose to use IM on computers. This system supports Windows, Android, iOS, and Html5. It is a truly cross-platform enterprise instant messaging system.

Instant messaging system; business address book; office automation; design

TP319

A

1000-2324(2019)03-0495-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.03.031

2019-02-23

2019-06-03

楊繼鵬(1970-),男,碩士,教授,主要從事計算機應用教學和研究工作. E-mail:yjp70@126.com