কেস স্টাডি: চ্যাট/মেসেজিং সিস্টেম ডিজাইন করা

১ · রিকোয়ারমেন্ট

২ · হাই-লেভেল ডিজাইন — WebSocket ও কানেকশন ম্যানেজমেন্ট

L08-এ শেখা WebSocketWebSocketএকটি একক, দীর্ঘস্থায়ী TCP কানেকশনের উপর ফুল-ডুপ্লেক্স যোগাযোগ — সার্ভার ক্লায়েন্টকে সরাসরি পুশ করতে পারে, বারবার পোলিং ছাড়াই। এখানে রিয়েল-টাইম ডেলিভারির ভিত্তি। প্রতিটি ইউজার তার ডিভাইস থেকে একটি অ্যাপ সার্ভারের সাথে একটি WebSocket কানেকশন খোলে এবং সেটা ধরে রাখে। কিন্তু একাধিক অ্যাপ সার্ভার ইনস্ট্যান্স থাকলে, দুই ইউজারের কানেকশন সাধারণত ভিন্ন সার্ভারে থাকে — তাই একটি কানেকশন-ম্যানেজমেন্ট লেয়ার দরকার যা ট্র্যাক রাখে কোন ইউজারের লাইভ কানেকশন কোন সার্ভার ইনস্ট্যান্সে আছে।

যখন Alice (সার্ভার ১-এ সংযুক্ত) Bob-কে (সার্ভার ২-এ সংযুক্ত) মেসেজ পাঠায়, সার্ভার ১ সরাসরি সার্ভার ২-এর মেমরিতে পৌঁছাতে পারে না। সমাধান — L22-এর pub/sub প্যাটার্ন — সার্ভার ১ বার্তাটি pub/sub-এ পাবলিশ করে; যে সার্ভার (সার্ভার ২) Bob-এর কানেকশন ধরে আছে সে সাবস্ক্রাইবার হিসেবে বার্তাটি পায় এবং নিজের WebSocket দিয়ে Bob-কে ফরোয়ার্ড করে।

৩ · স্টোরেজ — কনভার্সেশন-ভিত্তিক পার্টিশনিং

চ্যাট মেসেজের অ্যাক্সেস প্যাটার্ন খুবই নির্দিষ্ট — প্রায় সবসময় "এই কনভার্সেশনের সাম্প্রতিক মেসেজগুলো দাও"। এটি একটি ওয়াইড-কলাম/NoSQL স্টোরের (L14) জন্য আদর্শ — যেখানে ডেটা কনভার্সেশন আইডি দিয়ে শার্ড করা (L17) হয়, যাতে একটি কনভার্সেশনের সব মেসেজ একই শার্ডে/পার্টিশনে থাকে এবং একটি রেঞ্জ-কোয়েরি দিয়ে দ্রুত পড়া যায়।

৪ · অফলাইন রিসিভার — ডিউরেবিলিটি প্রথমে

একটি বার্তা সবসময় প্রথমে persist হয় (স্টোরেজে সেভ) — রিসিভার অনলাইন থাকুক বা না থাকুক। রিসিভার অনলাইন থাকলে pub/sub দিয়ে সাথে সাথে push হয় (উপরের ডায়াগ্রাম)। রিসিভার অফলাইন থাকলে, বার্তা শুধু persist হয়ে থাকে; রিসিভার পরে রিকানেক্ট করলে ক্লায়েন্ট তার "last-seen marker"-এর পর থেকে সব মেসেজ ফেচ করে নেয়। এই ক্রম (persist-প্রথমে, delivery-পরে) নিশ্চিত করে কোনো বার্তা হারায় না, চাই রিসিভার যতক্ষণই অফলাইন থাকুক।

# কোন ইউজারের লাইভ WebSocket কানেকশন কোন সার্ভার ইনস্ট্যান্স ধরে আছে
connection_registry = {
    "alice": "server-1",
    "bob":   "server-2",
    "carol": "server-3",
    "dave":  "server-1",
}
servers = ["server-1", "server-2", "server-3"]

message_store = []  # ডিউরেবল স্টোরেজ (L14) — সবসময় প্রথমে এখানে সেভ হয়

def send_message(from_user, to_user, text):
    # ১) durability প্রথমে — ডেলিভারি হোক বা না হোক, বার্তা persist হয়
    message_store.append((from_user, to_user, text))

    if to_user not in connection_registry:
        print(f"[persist-only] '{to_user}' অফলাইন -> বার্তা সংরক্ষিত, রিকানেক্টে ফেচ হবে")
        return

    target_server = connection_registry[to_user]
    # pub/sub সিমুলেশন: সব সার্ভারে পাবলিশ হয়, শুধু কানেকশন-ধারী সার্ভার ফরোয়ার্ড করে
    for server in servers:
        if server == target_server:
            print(f"[{server}] DELIVER -> '{to_user}': \"{text}\" (from {from_user})")

# --- সিমুলেশন: বিভিন্ন সার্ভার জুড়ে সংযুক্ত ইউজারদের মধ্যে বার্তা ---
send_message("alice", "bob",   "hey Bob, free tonight?")
send_message("bob",   "carol", "Carol, check the report pls")
send_message("carol", "dave",  "Dave, meeting moved to 5pm")
send_message("dave",  "erin",  "Erin, are you there?")   # erin এখনো রেজিস্ট্রিতে নেই (অফলাইন)

print(f"\nমোট persisted মেসেজ: {len(message_store)}")

৫ · ট্রেড-অফ