设计一个包含移动端，短信，邮件的通知推送系统。

Step 1 - 明确需求

以下面的需求作为设计目标：

支持哪些类型的推送？=> APP推送，短信，邮件
需要实时推送吗？=> 尽量实时，如果系统负载压力大，则允许一定的延时
支持哪些设备？=> iOS设备，安卓设备，桌面端
如何触发推送？=> 可以由客户端触发，也可以由服务端主动发起推送
用户可以退订推送吗？=> 可以
每天推送多少条通知？=> 1000万APP推送，1百万短信，500万邮件

Step 2 - 概要设计

包含以下三个方面：

不同的推送系统介绍
收集联系人信息
推送流程

不同的推送系统

iOS推送

需要借助APNS(Apple Push Notification Service)进行推送，推送流程如下：

发起推送方需要获取设备Token并构造Payload
发送方将Token和Payload发送给APNS，由APNS将推送传递给客户端
客户端收到推送

安卓推送

与iOS类似，但不使用APNS，而是使用FCM(Firebase Cloud Messaging)进行转发。

短信推送

使用第三方短信服务提供商进行推送。

邮件推送

使用商业邮件服务提供商进行推送。

推送方式总结

联系方式信息收集

需要移动端设备标记，手机号码，邮件地址等信息，通常是当用户安装注册APP时提供，API服务器需要收集这些信息并保存在数据库中。

推送流程

概要设计

服务1~N：可以是微服务，也可以是定时任务，也可以是分布式系统触发的事件导致的推送。

通知系统：整个系统的中心，用于收发推送，提供API接口给服务1~N，并且调用第三方的服务发送推送消息。

第三方服务：提供iOS推送，安卓推送，短信推送，邮件推送等功能。

上面的设计包含以下问题：

单点故障：通知系统包含单点故障隐患。
不容易扩展：通知系统不利于扩展，比如增加数据库，缓存，以及不同的推送组件。
性能瓶颈：通知可能很消耗资源，单一的推送系统容易导致系统过载。

概要设计改进

改进点：

将数据库和缓存独立出来，放到推送系统外面
增加更多的推送服务器以应对单点故障
引入消息队列，解耦合系统组件

Step 3 - 详细设计

讨论以下问题的处理：

可靠性
增加额外组件，比如推送模版，推送设置，限流，重试机制，安全问题，系统监控与事件跟踪
升级设计

可靠性

如何防止数据丢失？

对于推送系统而言，消息可以重复或延时，但不能丢失。为了满足这个需求，推送系统需要在数据库中维护推送日志相关的数据，并且实现重试机制。

接收者需要精确保证只接收一遍推送吗？

不需要。分布式环境下本来就有可能产生重复推送，为了降低重复推送的概率，我们引入一个重复数据删除机制：当一条推送到达时，先检查事件ID，看是否已经推送过，如果是，则丢弃这条消息，否则，发送该推送。

额外组件及考虑因素

推送模版

大部分的推送消息格式基本一致，只需要修改诸如联系人名称之类的信息，所以可以引入推送模版，通过模版替换的方式来降低构造消息的难度，以及保持消息格式的一致性。

推送设置

提供精细化的用户设置，以方便用户调整推送设置，比如是否推送，推送间隔等。

限流

控制推送频率。

重试机制

当第三方推送返回失败时，通过消息队列记录该消息，以便于在合适的时间点重新推送，如果问题仍然存在，则需要发出警告给系统维护者。

安全问题

对于iOS和安卓应用，使用appKey和appSecret来保证推送的安全。只能通过认证的用户都允许通过提供的API来发送推送。

监控排队等待发送的消息

消息队列中不能积压太多的消息，如果积压了太多的消息，则表示工作服务器处理能力不够。为了提升推送的传达速度，需要增加更多的工作服务器。

事件追踪

推送数据，比如打开率，点击率，参与率，对于分析客户的行为非常重要。数据分析依赖于事件追踪，通常需要整合推送系统与数据分析。

升级设计