直播短影片系統原始碼，一步步實現快取機制

云豹科技-苏凌霄發表於2024-11-30
原始碼快取

直播短影片系統原始碼，一步步實現快取機制

1、邏輯衝突

設計的伊始談到，為了保證解耦， 我們希望快取機制 不能修改播放器原始碼 ，但 MediaPlayer 如何在不改原始碼的情況下，將自身的快取載入邏輯交給我們的 CacheService 呢？
如下述程式碼中所展示的，這種實現似乎無法避免：

public class MyMediaPlayer extends MediaPlayer {
  
  public final CacheService mProxy;
  
  @Override
  public void setDataSource(String url) {
    // super.setDataSource(url);
    mProxy.setDataSource(url);
  }
}

必須承認，這也是一種與播放器的耦合，不能修改播放器原始碼 的設定似乎並不符合常理。
這裡體現出了作者本身優秀的創造力，透過建立一個裝置的本地代理服務 CacheService，在將影片資源的url交給播放器之前，先進行本地的一次轉換，並將初始的url作為引數，拼接在本地代理的url上:

1.建立本地代理：比如 http://127.0.0.1:8090
2.拿到要快取的影片地址，比如 https://xxx.mp4
3.拼接為新的地址：http://127.0.0.1:8090/https://xxx.mp4

拿到新的 url 並交給任意播放器後，播放器的載入都指向本地服務的新地址——即透過 Socket 連線建立的本地服務 CacheService，後者透過解析出請求中真正的 https://xxx.mp4 地址，建立對應的下載任務，並從下載的檔案快取中，讀取 buffer 返回給播放器；同時，監控整個流程的 CacheService 響應式地回撥過程中所有大大小小的事件。
經過這樣設計，整個流程的呼叫變得非常簡單：

public class MainActivity extends Activity {
  
  public final MediaPlayer mPlayer;
  
  @Override
  public void playVideo(String url) {
    final String proxyUrl = VideoUtils.getProxyUrl(url);
    // url = https://xxx.mp4
    // proxyUrl = http://127.0.0.1:8090/https://xxx.mp4
    mPlayer.setDataSource(proxyUrl);
  }
}

2、建立代理伺服器

接下來，筆者透過虛擬碼的形式，簡單闡述下建立本地代理連線的過程。
上文提到的本地服務 CacheService在建立時，會自動初始化一個本地代理伺服器，配置ip和自動分配埠號，這之後，服務完成初步建立，並立即開啟一個執行緒，等待接收客戶端的後續連線。

// 實際類名 HttpProxyCacheServer.java
public final class CacheService {
  
  private CacheService(Config config) {
        // 初始化ip和埠號
        InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        this.serverSocket = new ServerSocket(0, 8, inetAddress);
        this.port = serverSocket.getLocalPort();
        // 開啟新的執行緒，等待後續接收客戶端的連線
        this.waitConnectionThread = new Thread(new WaitRequestsRunnable());
        this.waitConnectionThread.start();
    }
}

3、處理快取請求

本地服務建立完畢，當使用者嘗試播放音影片時，播放器實際上訪問類似 http://127.0.0.1:8009/https://xxx.mp4 的地址，這時我們的 CacheService 中接到了對應的訊息。
針對每一次請求，我們都能解析到真實音影片檔案的地址（https://xxx.mp4），為了提高複用性，我們宣告一個HttpProxyCache類，為每一個音影片配置一個對應的 HttpProxyCache 以進行管理:

class HttpProxyCache extends ProxyCache {
    // 影片資源的url地址
    private final HttpUrlSource source;
    // 影片資源的本地檔案資訊
    private final FileCache cache;
}

實際上還不夠，我們還需要針對每個音影片快取過程的回撥進行管理，因此，基於此再封裝一層，使用 HttpProxyCacheServerClients 管理一個音影片資源：

final class HttpProxyCacheServerClients {
    private final String url;       // 影片資源url
    private volatile HttpProxyCache proxyCache;  // 快取資訊
    private final List<CacheListener> listeners = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 快取監聽
}

簡單概括一下，針對一次新的音影片資源載入，會構建一個新的 HttpProxyCacheServerClients，內部除了相關資訊的成員，還包含了 HttpProxyCache 物件用於讀取和載入快取。

4、遠端載入流程

抽象地看待音影片的源，分為 遠端音影片資源 和 本地音影片資源，當不使用快取時，必然會從遠端進行下載，並不斷將音影片的流透過 Socket 向播放器傳輸。
這裡我們將 源 抽象為 Source:

public interface Source {

    // 建立開啟資源
    void open(long offset) throws ProxyCacheException;

    // 獲取音影片的長度
    long length() throws ProxyCacheException;

    // 不斷讀取音影片資料
    int read(byte[] buffer) throws ProxyCacheException;

    // 關閉釋放資源
    void close() throws ProxyCacheException;
}

對於遠端載入的完整流程，本質上就是建立、開啟、讀取和關閉一個遠端連線 HttpURLConnection的過程，核心程式碼如下:

public class HttpUrlSource implements Source {
    @Override
    public void open(long offset){
      HttpURLConnection connection = openConnection(offset, -1);
    }
    
    @Override
    public int read(byte[] buffer){
      return inputStream.read(buffer, 0, buffer.length);
    }
    // ...
}

5、快取載入流程

更多的時候，無論音影片資源是否已下載，我們都希望透過快取統一載入管理：
1、檔案已下載：直接讀取本地檔案，將資料透過Socket不斷傳回給播放器；
2、檔案未下載：新建一個本地檔案，並開啟遠端下載任務，下載過程中，資料流不斷湧入本地檔案，本地檔案大小、下載進度的變更都會響應式通知上層；除此之外，新的音影片流資料會透過Socket不斷傳回給播放器，播放器也會不斷的推進播放進度。
由此可見，無論檔案是否下載，快取流程都是圍繞 本地快取檔案 進行的，這也符合軟體開發中的 唯一可信源 的概念。

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