消息丟失有哪幾種情況？
我們以最常見的“服務端路由中轉”類型的 IM 系統爲例（非 P2P），這裏解釋一下，所謂的“服務端路由中轉”是指：一條消息從用戶 A 發出後，需要先經過 IM 服務器來進行中轉，然後再由 IM 服務器推送給用戶 B，這個也是目前最常見的 IM 系統的消息分發類型。
那麼，我們來假設一個場景：用戶 A 給用戶 B 發送一條消息。接下來我們看看哪些環節可能存在丟消息的風險？
參考上面時序圖，發消息大概整體上分爲兩部分：
1.用戶 A 發送消息到 IM 服務器，服務器將消息暫存，然後返回成功的結果給發送方 A（步驟 1、2、3）；
2.IM 服務器接着再將暫存的用戶 A 發出的消息，推送給接收方用戶 B（步驟 4）。
其中可能丟失消息的場景有下面這些。在第一部分中。步驟 1、2、3 都可能存在失敗的情況。
1.由於用戶 A 發消息是一個“請求”和“響應”的過程，如果用戶 A 在把消息發送到 IM 服務器的過程中，由於網絡不通等原因失敗了；
2.或者 IM 服務器接收到消息進行服務端存儲時失敗了；
3.或者用戶 A 等待 IM 服務器一定的超時時間，但 IM 服務器一直沒有返回結果，那麼這些情況用戶 A 都會被提示發送失敗。
注意：
1.在第一部分中。步驟 1、2、3 都可能存在失敗的情況。由於用戶 A 發消息是一個“請求”和“響應”的過程，如果用戶 A 在把消息發送到 IM 服務器的過程中，由於網絡不通等原因失敗了；或者 IM 服務器接收到消息進行服務端存儲時失敗了；或者用戶 A 等待 IM 服務器一定的超時時間，但 IM 服務器一直沒有返回結果，那麼這些情況用戶 A 都會被提示發送失敗。接下來，他可以通過重試等方式來彌補，注意這裏可能會導致發送重複消息的問題。比如：客戶端在超時時間內沒有收到響應然後重試，但實際上，請求可能已經在服務端成功處理了，只是響應慢了，因此這種情況需要服務端有去重邏輯，一般發送端針對同一條重試消息有一個唯一的 ID，便於服務端去重使用。
2.在第二部分中。消息在 IM 服務器存儲完後，響應用戶 A 告知消息發送成功了，然後 IM 服務器把消息推送給用戶 B 的在線設備。在推送的準備階段或者把消息寫入到內核緩衝區後，如果服務端出現掉電，也會導致消息不能成功推送給用戶 B。這種情況實際上由於連接的 IM 服務器可能已經無法正常運轉，需要通過後期的補救措施來解決丟消息的問題。即使我們的消息成功通過 TCP 連接給到用戶 B 的設備，但如果用戶 B 的設備在接收後的處理過程出現問題，也會導致消息丟失。比如：用戶 B 的設備在把消息寫入本地 DB 時，出現異常導致沒能成功入庫，這種情況下，由於網絡層面實際上已經成功投遞了，但用戶 B 卻看不到消息。所以比較難處理。
一般我們會用下面這些相應的解決方案：
1.針對第一部分，我們通過客戶端 A 的超時重發和 IM 服務器的去重機制，基本就可以解決問題；
2.針對第二部分，業界一般參考 TCP 協議的 ACK 機制，實現一套業務層的 ACK 協議。
解決丟失的方案：業務層 ACK 機制
我們先解釋一下 ACK，ACK 全稱 Acknowledge，是確認的意思。在 TCP 協議中，默認提供了 ACK 機制，通過一個協議自帶的標準的 ACK 數據包，來對通信方接收的數據進行確認，告知通信發送方已經確認成功接收了數據。那麼，業務層 ACK 機制也是類似，解決的是：IM 服務推送後如何確認消息是否成功送達接收方。具體實現如下圖：
IM 服務器在推送消息時，攜帶一個標識 SID（安全標識符，類似 TCP 的 sequenceId），推送出消息後會將當前消息添加到“待 ACK 消息列表”，客戶端 B 成功接收完消息後，會給 IM 服務器回一個業務層的 ACK 包，包中攜帶有本條接收消息的 SID，IM 服務器接收後，會從“待 ACK 消息列表”記錄中刪除此條消息，本次推送纔算真正結束。
1.ACK 機制中的消息重傳
如果消息推給用戶 B 的過程中丟失了怎麼辦？比如：B 網絡實際已經不可達，但 IM 服務器還沒有感知到；用戶 B 的設備還沒從內核緩衝區取完數據就崩潰了；消息在中間網絡途中被某些中間設備丟掉了，TCP 層還一直重傳不成功等。以上的問題都會導致用戶 B 接收不到消息。
解決方案：解決這個問題的常用策略其實也是參考了 TCP 協議的重傳機制。類似的，IM 服務器的“等待 ACK 隊列”一般都會維護一個超時計時器，一定時間內如果沒有收到用戶 B 回的 ACK 包，會從“等待 ACK 隊列”中重新取出那條消息進行重推。
2.消息重複推送的問題
剛纔提到，對於推送的消息，如果在一定時間內沒有收到 ACK 包，就會觸發服務端的重傳。收不到 ACK 的情況有兩種，除了推送的消息真正丟失導致用戶 B 不回 ACK 外，還可能是用戶 B 回的 ACK 包本身丟了。對於第二種情況，ACK 包丟失導致的服務端重傳，可能會讓接收方收到重複推送的消息。
解決方案：
一般的解決方案是：服務端推送消息時攜帶一個 Sequence ID，Sequence ID 在本次連接會話中需要唯一，針對同一條重推的消息 Sequence ID 不變，接收方根據這個唯一的 Sequence ID 來進行業務層的去重，這樣經過去重後，對於用戶 B 來說，看到的還是接收到一條消息，不影響使用體驗。
3.這樣真的就不會丟消息了嗎？
細心的你可能發現，通過“ACK+ 超時重傳 + 去重”的組合機制，能解決大部分用戶在線時消息推送丟失的問題，那是不是就能完全覆蓋所有丟消息的場景呢？設想一下，假設一臺 IM 服務器在推送出消息後，由於硬件原因宕機了，這種情況下，如果這條消息真的丟了，由於負責的 IM 服務器宕機了無法觸發重傳，導致接收方 B 收不到這條消息。這就存在一個問題，當用戶 B 再次重連上線後，可能並不知道之前有一條消息丟失的情況。對於這種重傳失效的情況該如何處理？
補救措施方案：消息完整性檢查
針對服務器宕機可能導致的重傳失效的問題我們來分析一下，這裏的問題在於：服務器機器宕機，重傳這條路走不通了。那如果在用戶 B 在重新上線時，讓服務端有能力進行完整性檢查，發現用戶 B“有消息丟失”的情況，就可以重新同步或者修復丟失的數據。比較常見的消息完整性檢查的實現機制有“時間戳比對”，具體的實現如下圖：
下面我們來看一下“時間戳機制是如何對消息進行完整性檢查的，我用這個例子來解釋一下這個過程。
1.IM 服務器給接收方 B 推送 msg1，順便帶上一個最新的時間戳 timestamp1，接收方 B 收到 msg1 後，更新本地最新消息的時間戳爲 timestamp1。
2.IM 服務器推送第二條消息 msg2，帶上一個當前最新的時間戳 timestamp2，msg2 在推送過程中由於某種原因接收方 B 和 IM 服務器連接斷開，導致 msg2 沒有成功送達到接收方 B。
3.用戶 B 重新連上線，攜帶本地最新的時間戳 timestamp1，IM 服務器將用戶 B 暫存的消息中時間戳大於 timestamp1 的所有消息返回給用戶 B，其中就包括之前沒有成功的 msg2。
4.用戶 B 收到 msg2 後，更新本地最新消息的時間戳爲 timestamp2。
通過上面的時間戳機制，用戶 B 可以成功地讓丟失的 msg2 進行補償發送。需要說明的是，由於時間戳可能存在多機器時鐘不同步的問題，所以可能存在一定的偏差，導致數據獲取上不夠精確。所以在實際的實現上，也可以使用全局的自增序列作爲版本號來代替。
總結：
保證消息的可靠投遞是 IM 系統設計中至關重要的一個環節，“不丟消息”“消息不重複”對用戶體驗的影響較大，我們可以通過以下手段來確保消息下推的可靠性。
1.大部分場景和實際實現中，通過業務層的 ACK 確認和重傳機制，能解決大部分推送過程中消息丟失的情況。
2.通過客戶端的去重機制，屏蔽掉重傳過程中可能導致消息重複的問題，從而不影響用戶體驗。
3.針對重傳消息不可達的特殊場景，我們還可以通過“兜底”的完整性檢查機制來及時發現消息丟失的情況並進行補推修復，消息完整性檢查可以通過時間戳比對，或者全局自增序列等方式來實現。