使用Go基于WebSocket构建千万级视频直播弹幕系统的代码详解

2020-07-08 11:02:26 来源:易采站长站 作者:王旭

(1)业务复杂度介绍

开门见山,假设一个直播间同时500W人在线,那么1秒钟1000条弹幕,那么弹幕系统的推送频率就是: 500W * 1000条/秒=50亿条/秒 ,想想B站2019跨年晚会那次弹幕系统得是多么的NB,况且一个大型网站不可能只有一个直播间!

使用Go做WebSocket开发无非就是三种情况:

使用Go原生自带的库,也就是 golang.org/x/net ,但是这个官方库真是出了奇Bug多 使用GitHub大佬 gorilla/websocket 库,可以结合到某些Web开发框架,比如Gin、iris等,只要使用的框架式基于 golang.org/net 的,那么这个库就可以与这个框架结合 手撸一个WebSocket框架

根据估算结果,弹幕推送量很大的时候,Linux内核将会出现瓶颈,因为Linux内核发送TCP包的时候极限包发送频率是100W。因此可以将同一秒内的弹幕消息合并为1条推送,减少网络小数据包的发送,从而降低推送频率。

弹幕系统需要维护在线的用户长连接来实现定向推送到在线的用户,通常是使用Hash字典结构,通常推送消息就是遍历在线用的Hash字典。在弹幕推送期间用户在不断的上下线,为了维护上线用户,那么就得不断的修改Hash字典,不断地进行锁操作,用户量过大导致锁瓶颈。因此可以将整个Hash结构拆分为多个Hash结构,分别对多个Hash结构加不同的锁,并且使用读写锁替代互斥锁。

通常服务器与客户端交互使用JSON结构,那么需要不断的编码解码JSON数据,这将会导致CPU瓶颈。将消息先进行合并,然后进行编码,最后轮询Hash结构进行推送。

以上是单体架构存在的问题,为了支持更多的用户负载,通常弹幕系统采用分布式架构,进行弹性扩容缩容。

(2)推送还是拉取?

如果是客户端拉取服务器端数据,那么将会存在以下几个问题:

直播在线人数多就意味着消息数据更新频率高,拉取消息意味着弹幕无法满足时效性 如果很多客户端同时拉取,那么服务器端的压力无异于DDOS 一个弹幕系统应该是通用的,因此对于直播间弹幕较少的场景,意味着消息数据拉取请求都是无效的

因此我们考虑推送模式:当数据发生更新的时候服务器端主动推送到客户端,这样可以有效减少客户端的请求次数。如果需要实现消息推送,那么就意味着服务器端维护大量的长连接。

(3)为什么使用WebSocket?

实现弹幕消息的实时更新一定是使用Socket的方式,那么为啥要使用WebSocket呢?现在大部分直播应用的开发都是跨平台的,然而跨平台的开发框架本质就是Web开发,那么一定离不开WebSocket,而且一部分用户会选择在Web端看视频,比如Bilibili,现如今也有一些桌面应用是用Electron等跨平台框架开发的,比如Lark飞书等,因此实现消息推送的最佳方案就是使用WebSocket。

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