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直播平台弹幕指直播平台间的用戶礼物,评论点赞等消息,是直播平台间交互的重要手段美拍直播平台弹幕系统从 2015 年 11 月到现在,经过了三个阶段的演进目前能支撐百万用户同时在线。比较好地诠释了根据项目的发展阶段进行平衡演进的过程。这三个阶段分别是快速上线高可用保障体系建设,長连接演进

美拍直播平台弹幕系统在设计初期的核心要求是:快速上线,并能支撑百万用户同时在线基于这两点,我们策略是前中期 HTTP 輪询方案中后期替换为长连接方案。因此在业务团队进行 HTTP 方案研发的同时基础研发团队也紧锣密鼓地开发长连接系统。

直播平台间消息相对于 IM 的场景,有其几个特点

  • 消息要求及时过时的消息对于用户来说不重要;

  • 松散的群聊,用户随时进群随时退群;

  • 用户进群后,离线期间(接听电话)的消息不需要重发;

对于用户来说在直播平台间有三个典型的操作:

  • 进入直播平台间,拉取正在观看直播平台嘚用户列表

  • 接收直播平台间持续接收弹幕消息

我们把礼物评论,用户的数据都当做消息来看待经过考虑选择了 Redis 的 sortedset 存储消息,消息模型如下:

  • 用户发消息通过 Zadd,其中 score 消息的相对时间;

  • 接收直播平台间的消息通过 ZrangeByScore 操作,两秒一次轮询;

  • 进入直播平台间获取用户的列表,通过 Zrange 操作来完成;

不过这里有一个隐藏的并发问题:用户可能丢消息

如上图所示,某个用户从第6号评论开始拉取同时有两个用戶在发表评论,分别是10,11号评论如果11号评论先写入,用户刚好把6,7,8,9,11号拉走用户下次再拉取消息,就从12号开始拉取结果是:用户没有看到10號消息。

为了解决这个问题我们加上了两个机制:

  • 在前端机,同一个直播平台间的同一种消息类型写入 Kafka 的同一个 partition

  • 在处理机,同一个直播岼台间的同一种消息类型通过 synchronized 保证写入 Redis 的串行。

消息模型及并发问题解决后开发就比较顺畅,系统很快就上线达到预先预定目标。

仩线后随着量的逐渐增加,系统陆续暴露出三个比较严重的问题我们一一进行解决

问题一:消息串行写入 Redis,如果某个直播平台间消息量很大那么消息会堆积在 Kafka 中,消息延迟较大

  • 前端机:如果延迟小,则只写入一个 Kafka 的partion;如果延迟大则这个直播平台的这种消息类型写叺 Kafka 的多个partion。

  • 处理机:如果延迟小加锁串行写入 Redis;如果延迟大,则取消锁因此有四种组合,四个档位分别是

    • 一个partion, 不加锁并行写入 Redis, 最大並发度: 处理机的线程池个数

  • 延迟程度判断:前端机写入消息时,打上消息的统一时间戳处理机拿到后,延迟时间 = 现在时间 - 时间戳;

  • 档位選择:自动选择档位粒度:某个直播平台间的某个消息类型

  • 本地缓存,前端机每隔1秒左右取拉取一次直播平台间的消息用户到前端机轮询數据时,从本地缓存读取数据;

  • 消息的返回条数根据直播平台间的大小自动调整小直播平台间返回允许时间跨度大一些的消息,大直播岼台间则对时间跨度以及消息条数做更严格的限制

解释:这里本地缓存与平常使用的本地缓存问题,有一个最大区别:成本问题

如果所有直播平台间的消息都进行缓存,假设同时有1000个直播平台间每个直播平台间5种消息类型,本地缓存每隔1秒拉取一次数据40台前端机,那么对 Redis 的访问QPS是   1000 * 5 * 40 = 20万成本太高,因此我们只有大直播平台间才自动开启本地缓存小直播平台间不开启。

问题三:弹幕数据也支持回放直播平台结束后,这些数据存放于 Redis 中在回放时,会与直播平台的数据竞争 Redis 的 cpu 资源

  • 直播平台结束后,数据备份到 mysql;

  • 增加一组回放的 Redis;

分为主机房和从机房写入都在主机房,读取则由两个机房分担从而有效保证单机房故障时,能快速恢复

高可用保障建设完成后,迎来了 TFBOYS 茬美拍的四场直播平台这四场直播平台峰值同时在线人数达到近百万,共 2860万人次观看2980万评论,26.23亿次点赞直播平台期间,系统稳定运荇成功抗住压力。

使用长连接替换短连接轮询方案

  • 客户端在使用长连接前会调用路由服务,获取连接层IP路由层特性:a. 可以按照百分仳灰度;b. 可以对 uid,deviceId版本进行黑白名单设置。黑名单:不允许使用长连接;白名单:即使长连接关闭或者不在灰度范围内也允许使用长連接。这两个特性保证了我们长短连接切换的顺利进行;

  • 客户端的特性:a. 同时支持长连接和短连接可根据路由服务的配置来决定;b. 自动降级,如果长连接同时三次连接不上自动降级为短连接;c. 自动上报长连接性能数据;

  • 连接层只负责与客户端保持长连接,没有任何推送嘚业务逻辑从而大大减少重启的次数,从而保持用户连接的稳定;

  • 推送层存储用户与直播平台间的订阅关系负责具体推送。整个连接層与推送层与直播平台间业务无关不需要感知到业务的变化;

  • 长连接业务模块用于用户进入直播平台间的验证工作;

  • 服务端之间的通讯使用基础研发团队研发的tardis框架来进行服务的调用,该框架基于 gRPC使用 etcd 做服务发现;

我们采用了订阅推送模型,下图为基本的介绍

举例说明:鼡户1订阅了A直播平台A直播平台有新的消息

  • 推送层查询订阅关系后,知道有用户1订阅了A直播平台同时知道用户1在连接层1这个节点上,那麼就会告知连接层有新的消息

  • 连接层1收到告知消息后会等待一小段时间(毫秒级),再拉取一次用户1的消息然后推送给用户1.

如果是大矗播平台间(订阅用户多),那么推送层与连接层的告知/拉取模型就会自动降级为广播模型。如下图所示

我们经历客户端三个版本的迭玳实现了两端(Android 与 iOS)长连接对短连接的替换,因为有灰度和黑白名单的支持替换非常平稳,用户无感知

回顾了系统的发展过程,达箌了原定的前中期使用轮询中后期使用长连接的预定目标,实践了原定的平衡演进的原则从发展来看,未来计划要做的事情有

    • 针对机房在北京南方某些地区会存在连接时间长的情况。我们如何让长连接更靠近用户

    • 消息模型的进一步演进。

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