随着物联网市场规模日益增大,物联网终端得到迅猛发展,数量成指数倍增长。通过单服务器对海量终端TCP(Transmission Control Protocol)网络接入进行连接管理已经难以进行,多服务节点成为海量TCP连接管理与数据传输服务的必然选择。然而在多服务节点架构和海量TCP连接的情况下,如何维护海量终端在不同服务节点上连接信息的一致性,以及保障上下行数据传输的可靠性,是一个亟待解决的问题。针对此问题,本文设计与实现了集群协调机制和上下行消息处理机制。同时,基于以上机制设计了一种新型的TCP连接管理集群系统,该系统可以满足海量终端通信高并发、高负载和实时数据传输的需求。本文首先结合系统业务需求,对关键问题、性能提升策略进行研究,对系统总体设计方案、功能模块划分进行设计。其次,对系统集群协调机制、上行消息处理机制、下行消息处理机制和异步网络连接管理中的模块进行详细设计与实现。基于Zookeeper的简单数据模型和多样化节点类型,设计系统元数据存储模型,实现集群节点角色选举、启动离线监控功能,保证集群节点间数据的一致性。基于分布式发布-订阅消息中间件Kafka实现系统对外提供统一集群上行消息业务服务接口,业务层调用该接口获取业务处理数据。基于分布式调用中间件GRPC(Google Remote Procedure Call)和集群协调机制的高可用,实现不同终端在不同服务节点间的数据快速下发,提高下行数据传输效率。实现系统Session共享管理机制,高效管理终端连接和定时检测超时连接,使系统资源得到最大化利用。使用合理的自定义通信协议,解决数据传输过程中出现粘包、拆包问题,完成数据编解码、加解密,保证数据收发的正确性和安全性。最后,对系统进行功能和性能测试,系统各个功能模块正常工作,并发数大于6000的性能测试结果表明,采用本文系统设计方案平均响应时间较Java NIO方案缩短了60%,吞吐量提高了53%,且单台服务器可处理20000个终端高并发连接请求,达到了系统预定的目标。