IM群聊消息的已读未读功能在存储空间方面的实现思路探讨
1、引言
IM系统中，特别是在企业应用场景下，消息的已读未读状态是一个强需求。
以阿里的钉钉为例，钉钉的产品定位是用于商务交流，其“强制已读回执”功能，让职场人无法再“假装不在线”、“假装没收到”。更有甚者，钉钉的群聊“强制已读回执”功能，甚至能够知道谁读了消息，谁没有读消息（老板的福音啊）。
▲ 钉钉里的群聊消息已读未读功能效果
功能看起来很酷，但用起来是一言难尽（上班族心里苦.... ）。实际上，技术实现也并不容易。
那么，对于已读未读状态：
1）如果是私聊：消息的阅读状态比较容易实现，在性能和存储上也不存在问题；
2）如果是群聊：考虑到存储和处理性能，特别当处于一个云环境时，如何高效地处理群聊的已读未读状态是一个非常值得探讨的话题。
这里提到的“高效”含3个方面：
1）存储空间；
2）处理速度；
3）传输字节数。
本文将从服务端的角度来探讨已读未读状态，在具体的技术实现上对于存储空间占用方面的思路差异。能力有限，权当个人笔记，欢迎交流。
2、内容点评
在收录本文前，Jack Jiang建议原作者对某些具体的技术点进行更深入的分享，但因作者工作较忙，本文中的某些关键技术点未来的及作进一步展开。
所以，本文可以作为IM聊天消息（主要是群聊）中已读未读功能的基本实现思路方面的参考，但不建议盲目迷信文中的结论或方案，避免被一些不够具体的技术指标而误导。
3、相关文章
如果你还想了解更多有关IM群聊中已读未读功能的实现逻辑，可以进一步阅读干货文章《IM群聊消息的已读回执功能该怎么实现？》（强烈推荐）。
如果你对IM中的已读未读功能有产品方面的痛点困惑，可以参考一下微信对已读未读功能的设计定位，详见《IM热门功能思考：为什么微信里没有消息“已读”功能？》。
更多IM群聊技术方面的文章详见文本附录部分。
4、已读未读状态交互流程
发送者发送的IM聊天消息，在接收者阅读消息后，是否要求阅读者通知已读，可能是由系统配置、组织配置、群组配置等决定，也可能由发送者根据业务需求决定。以下的讨论，均假设消息需要已读未读状态。
客户端与服务端之间，关于阅读状态的命令只需3个，每个命令含请求和应答。
4.1通知消息已读（私聊、群聊通用）
当小宝阅读了一条或若干条消息，需向服务端发送消息已读通知：“众爱卿发的x+y+z消息，朕已阅”。
服务端收到小宝的已读通知时，需完成以下事项：
1）存储消息的已读状态；
2）返回应答给小宝；
3）向已读列表的消息的原始发送者通知消息已读。
对于第“3）”步：
1）私聊的场合，比较好理解，就是发送给私聊的对方；
2）群聊的场合，可很不一样：因为小宝发送的已读消息列表，可能是由众爱卿发送的。考虑这种假设：张三、李四、王五发出的群聊消息，被小宝一下都阅读了，那么小宝发出的已读通知包含的消息列表，需要被IMS分解成3个已读通知（3个不同的消息列表），分别通知给张三、李四、王五，通知内容是“爱卿（不含'"众"）发的这些消息，朕已阅”。
下面是大致的逻辑流程图：
4.2查询消息的未读人数（私聊、群聊通用）
消息的发送者，加载消息列表到聊天窗口时，可能需要展示消息是否被已读。
对群聊而言，显示的信息可能是n人未读的提示，那么需要向服务端查询消息的未读人数，由于客户端可能在UI显示自己发出的多条消息，需支持一次请求查询多条消息。
以未读人数的方式来表示消息的阅读状态，统一了私聊、群聊的查询，使得客户端-服务端间的接口更简单，同时使客户端的实现逻辑更统一。
就像下面这样：
1）对于私聊：如果未读人数n>0，表示消息未读；
2）对于群聊：直接显示n人未读即可，当然，当n等于0时表示全部已读。
4.3查询群消息的已读、未读人员清单（群聊）
当客户端希望显示某一条群聊消息的已读、未读人员列表，需向服务端发起查询。
大致的逻辑流程图如下：
5、几种具体的已读未读状态存储思路探讨
5.1基本约定
群聊的阅读状态比私聊复杂，因此这里着重讨论群聊的阅读状态。
假设群成员数是n，各个客户端立即IM服务端发送已读通知。服务端需存储每个人的阅读状态，包括那些未读的成员。由于群的成员清单可能变化，比如今天增加了一个成员，则昨天发的消息、与今天发的消息，其接收者列表不一样。
即：
1）同一个群的不同消息，对应的接收者列表可能不一样。
2）换言之，每一条消息都需要记录完整的接收者列表和已读人员列表。
为了方便讨论，本章假设群成员有640人为前提。
5.2存储思路1
每一条消息都维护：
1）接收人员列表receiver_list；
2）已读人员列表read_list。
具体是：
1）IM Server收到一条消息时，用全体群成员构建receiver_list；
2）IM Server收到群成员对这条消息的已读通知时，将此成员加入到read_list。
客户端获取此消息的数据：
1）当需要获取未读人数时，用receiver_list的个数减去read_list的个数；
2）当需要获取已读、未读人员列表时，需用receiver_list减去read_list得到未读人员列表。
那么，思路1每条消息的存储空间是：
640个ID + 不定数量的已读人员ID
5.3存储思路2
每一条消息维护：
1）未读人员列表unread_list；
2）已读人员列表read_list。
具体是：
1）IM Server收到一条消息时，用全体群成员构建unread_list；
2）IM Server收到群成员对这条消息的已读通知时，将此成员从unread_list移出，同时加入到read_list。
客户端获取此消息的数据：
1）当需要获取未读人数时，直接计算unread_list的个数；
2）当需要获取已读、未读人员列表时，直接返回unread_list和read_list。
那么，思路2每条消息的存储空间是：
未读人员ID + 已读人员ID，合计640个ID
思路2的实现，占用的空间是案1的0.5倍~1.0倍。即案2占用的空间少，但在每次收到客户端的已读通知时，比案1多了一个操作：从unread_list进行减员。
5.4存储思路3（我的实现）
5.4.1）探讨5.2节、5.3节的不足：
5.2节、5.3节这两种思路，都能满足功能需求，但存在巨大的存储浪费。
该群有640人，如果群内聊天每天有1024条消息，人员ID以4字节存储计算，那么为该群每天的消息阅读状态需要消耗的空间是：
5.2节思路1：1024 * (640 * 4 + 已读人数 * 4)，范围是 2.5MB ~ 5MB；
5.3节思路2：1024 * 640 * 4，等于2.5MB。
这仅仅是一个群在一天之内产生的阅读状态数据，如果是在云平台运行，单此功能消耗的空间，呵呵~~
题外话：如果成员不是用4字节整型存储，而改用字符串，比如"1123356777"，那就更可观了。
5.4.2）如何减少存储空间：
考虑群成员并非时时刻刻都在变化，多数情况下，群成员的列表是相对稳定的，今天的和上周（甚至更久以前）的列表甚至可能是一样的，那么有可能几百条消息，甚至几万条消息对应的群成员列表是相同的。
因此，引出本文的重点思想：
考虑让不同的消息共用群成员列表，即把消息的阅读状态与群成员列表分开存储，并记录它们之间的关联。
假定平均每1024条消息共用一个群成员列表，发了1024条消息后，群成员变化了，此后需要用新的群成员列表。
那么这一千条消息的阅读状态所占用的空间是：
群成员列表空间 + 1024条消息的阅读状态：640 * 4 + 1024 * 每条消息的阅读状态所占空间
在具备群成员列表的前提下，如何减少每条消息的阅读状态所占空间？
很自然会想到用bit来表示已读人员，因为一个32位整型可表示32个人的已读状态。bit的顺序只需与群成员列表的顺序一致即可。
当一条消息没有人已读时，阅读状态占用0字节；当群内每个人都阅读时，占用的空间最大，即640 / 32 = 20字节。
因此优化之后，这一千条消息的阅读状态所占用的空间，范围是2.5KB ~ (2.5KB + 1024 * 20B)，即2.5KB ~ 22.5KB，此数值与5.2节思路1、5.3节思路2对比，有了极大幅度地下降。
如下图所示：
该表格的前提条件：
1）一个群有640人；
2）该群连续1024条消息对应的群成员列表是稳定的。
退一步考虑，哪怕这1024条消息对应的群成员列表不稳定，中间变化了10次，那么也仅会多出2.5KB * 10即25KB的存储空间，与案1、案2相比仍然有极大优势。
6、如何提高已读未读状态的处理速度
小宝往公司群发了一条消息我来给大家介绍一下新来的女同事，大家立即、马上、瞬间、闪电般地查看消息，感觉迟1秒就会失去秒杀女神的机会一样，意味着一瞬间会有N多条已读通知发送到IMS。
对这些消息的处理流程是一样的：
1）可合并这些操作以批量形式进行存储、转发；
2）由于存储消息的阅读状态是一个设置bit的过程，所以不存在互斥的问题，即使在分布式环境也可以放心操作；
3）消息对应的成员列表信息可临时缓存在内存对象内，以减少查询IO，提高效率。
附录：文中引用的链接速查
1）《IM群聊消息的已读回执功能该怎么实现？》：
http://www.52im.net/thread-1611-1-1.html
2）《IM热门功能思考：为什么微信里没有消息“已读”功能？》：
http://www.52im.net/thread-2184-1-1.html