直播是眼下最为火爆的行业,而弹幕无疑是直播平台中最风行、最重要的性能之一。本文将讲述如何实现兼容 PC 浏览器和挪动浏览器的弹幕。
基本功能
并发与队列
一般来说,弹幕数据会通过异步申请或 socket 音讯传到前端,这里会存在一个隐患——数据量可能十分大。如果一收到弹幕数据就马上渲染进去,在量大的时候:
显示区域不足以搁置这么多的弹幕,弹幕会重叠在一起;
渲染过程会占用大量 CPU 资源,导致页面卡顿。
所以在接管和渲染数据之间,要 引入队列做缓冲。把收到的弹幕数据都存入数组(即下文代码中的 this._queue),再通过轮询该数组,把弹幕逐条渲染进去:
class Danmaku {
// 省略 N 行代码...
add(data) {this._queue.push(this._parseData(data));
if (!this._renderTimer) {this._render(); }
}
_render() {
try {this._renderToDOM();
} finally {this._renderEnd();
}
}
_renderEnd() {if (this._queue.length > 0) {this._renderTimer = setTimeout(() => {this._render();
}, this._renderInterval);
} else {this._renderTimer = null;}
}
// 省略 N 行代码...
}
弹幕的滚动
弹幕的滚动实质上是位移动画,从显示区域的右侧挪动到左侧。前端实现位移动画有两种计划——DOM 和 canvas。
DOM 计划实现的动画较为晦涩,且一些特殊效果(如文字暗影)较容易实现(只有在 CSS 中设置对应的属性即可)。
Canvas 计划的动画晦涩度要差一些,要做特殊效果也不那么容易,然而它在 CPU 占用上有劣势。
本文将以 DOM 计划实现弹幕的滚动,并通过 CSS 的 transition 和 transform 来实现动画,这样能够利用浏览器渲染过程中的「合成层」机制(有趣味能够查阅这篇文章),进步性能。弹幕滚动的示例代码如下:
var $item = $('.danmaku-item').css({
left: '100%',
'transition-duration': '2s',
'transition-property': 'transform',
'will-change': 'transform'
});
setTimeout(function() {
$item.css(
'transform',
`translateX(${-$item.width() + container.offsetWidth})`
);
}, 1000);
弹幕的渲染
在 DOM 计划下,每条弹幕对应一个 HTML 元素,把元素的款式都设定好之后,就能够增加到 HTML 文档外面:
class Danmaku {
// 省略 N 行代码...
_renderToDOM() {const data = this._queue[0];
let node = data.node;
if (!node) {data.node = node = document.createElement('div');
node.innerText = data.msg;
node.style.position = 'absolute';
node.style.left = '100%';
node.style.whiteSpace = 'nowrap';
node.style.color = data.fontColor;
node.style.fontSize = data.fontSize + 'px';
node.style.willChange = 'transform';
this._container.appendChild(node);
// 占用轨道数
data.useTracks = Math.ceil(node.offsetHeight / this._trackSize);
// 宽度
data.width = node.offsetWidth;
// 总位移(弹幕宽度 + 显示区域宽度)data.totalDistance = data.width + this._totalWidth;
// 位移工夫(如果数据外面没有指定,就依照默认形式计算)data.rollTime = data.rollTime ||
Math.floor(data.totalDistance * 0.0058 * (Math.random() * 0.3 + 0.7));
// 位移速度
data.rollSpeed = data.totalDistance / data.rollTime;
// To be continued ...
}
}
// 省略 N 行代码...
}
因为元素的 left 款式值设置为 100%,所以它在显示区域之外。这样能够在用户看到这条弹幕之前,做一些“暗箱操作”,包含获取弹幕的尺寸、占用的轨道数、总位移、位移工夫、位移速度。接下来的问题是,要把弹幕显示在哪个地位呢?
首先,弹幕的文字大小不肯定统一,从而占用的高度也不尽相同。为了能充分利用显示区域的空间,咱们能够 把显示区域划分为多行,一行即为一条轨道。一条弹幕至多占用一条轨道。而存储构造方面,能够用二维数组记录每条轨道中存在的弹幕。下图是弹幕占用轨道及其对应存储构造的一个例子:
其次,要 避免弹幕重叠。原理其实非常简单,请看上面这题数学题。假如有起点站、终点站和一条轨道,列车都以匀速运动形式从终点开到起点。列车 A 先发车,请问:如果在某个时刻,列车 B 发车的话,会不会在列车 A 齐全进站之前撞上列车 A?
聪慧的你可能曾经发现,这里的轨道所对应的就是弹幕显示区域外面的一行,列车对应的就是弹幕。解题之前,先过一下已知量:
- 途程 S,对应显示区域的宽度;
- 两车长度 la 和 lb,对应弹幕的宽度;
- 两车速度 va 和 vb,曾经计算出来了;
- 前车已行走间隔 sa,即弹幕元素以后的地位,能够通过读取款式值获取。
那在什么状况下,两车不会相撞呢?
- 其一,如果列车 A 没有齐全出站(已行走间隔小于车长),则列车 B 不具备发车条件;
- 其二,如果列车 B 的速度小于等于列车 A 的速度,因为 A 先发车,这是必定撞不上的;
-
其三,如果列车 B 的速度大于列车 A 的速度,那就要看两者的速度差了:
- 列车 A 追上列车 B 所需工夫 tba = (sa – la) / (vb – va);
- 列车 A 齐全到站所需工夫 tad = (s + la – sa) / va;
- tba > tad 时,两车不会撞上。
有了实践撑持,就能够编写对应的代码了。
class Danmaku {
// 省略 N 行代码...
// 把弹幕数据搁置到适合的轨道
_addToTrack(data) {
// 单条轨道
let track;
// 轨道的最初一项弹幕数据
let lastItem;
// 弹幕曾经走的途程
let distance;
// 弹幕数据最终坐落的轨道索引
// 有些弹幕会占多条轨道,所以 y 是个数组
let y = [];
for (let i = 0; i < this._tracks.length; i++) {track = this._tracks[i];
if (track.length) {
// 轨道被占用,要计算是否会重叠
// 只须要跟轨道最初一条弹幕比拟即可
lastItem = track[track.length - 1];
// 获取已滚动间隔(即以后的 translateX)distance = -getTranslateX(lastItem.node);
// 计算最初一条弹幕全副隐没前,是否会与新增弹幕重叠
//(对应数学题剖析中的三种状况)// 如果不会重叠,则能够应用以后轨道
if ((distance > lastItem.width) &&
((data.rollSpeed <= lastItem.rollSpeed) ||
((distance - lastItem.width) / (data.rollSpeed - lastItem.rollSpeed) >
(this._totalWidth + lastItem.width - distance) / lastItem.rollSpeed)
)
) {y.push(i);
} else {y = [];
}
} else {
// 轨道未被占用
y.push(i);
}
// 有足够的轨道能够用时,就能够新增弹幕了,否则等下一次轮询
if (y.length >= data.useTracks) {
data.y = y;
y.forEach((i) => {this._tracks[i].push(data);
});
break;
}
}
}
// 省略 N 行代码...
}
只有弹幕胜利入轨(data.y 存在),就能够显示在对应的地位并执行动画了:
class Danmaku {
// 省略 N 行代码...
_renderToDOM {const data = this._queue[0];
let node = data.node;
if (!data.node) {// 省略 N 行代码...}
this._addToTrack();
if (data.y) {this._queue.shift();
// 轨道对应的 top 值
node.style.top = data.y[0] * this._trackSize + 'px';
// 动画参数
node.style.transition = `transform ${data.rollTime}s linear`;
node.style.transform = `translateX(-${data.totalDistance}px)`;
// 动画完结后移除
node.addEventListener('transitionend', () => {this._removeFromTrack(data.y, data.autoId);
this._container.removeChild(node);
}, false);
}
}
// 省略 N 行代码...
}
至此,渲染流程完结,此时的弹幕成果见此 demo 页。为了可能让大家看清楚渲染过程中的“暗箱操作”,demo 页中会把显示区域以外的局部也展现进去。
欠缺
上一节曾经实现了弹幕的基本功能,但仍有一些细节须要欠缺。
跳过弹幕
仔细观察上文的弹幕 demo 能够发现,同一条轨道内,弹幕之间的间隔偏大。而该 demo 中,队列轮询的距离为 150ms,理当不会有这么大的间距。
回顾渲染的代码能够发现,该流程总是先查看第一条弹幕能不能入轨,假使不能,那 后续的弹幕都会被梗塞,从而导致弹幕密集度有余。然而,每条弹幕的长度、速度等参数不尽相同,第一条弹幕不具备入轨条件不代表后续的弹幕都不具备。所以,在单次渲染过程中,如果第一条弹幕还不能入轨,能够往后多尝试几条。
相干的代码改变也不大,只有加个循环就行了:
_renderToDOM() {
// 依据轨道数量每次解决肯定数量的弹幕数据。数量越大,弹幕越密集,CPU 占用越高
let count = Math.floor(totalTracks / 3), i;
while (count && i < this._queue.length) {const data = this._queue[i];
// 省略 N 行代码...
if (data.y) {this._queue.splice(i, 1);
// 省略 N 行代码...
} else {i++;}
count--;
}
}
改变后的成果见此 demo 页,能够看到弹幕密集水平有明显改善。
弹幕已滚动途程的获取
防重叠检测是弹幕渲染过程中执行得最为频繁的局部,因而其优化显得特地重要。JavaScript 性能优化的要害是:尽可能防止 DOM 操作。而整个防重叠检测算法中波及的惟一一处 DOM 操作,就是弹幕已滚动途程的获取:
distance = -getTranslateX(data.node);
而实际上,这个途程不肯定要通过读取以后款式值来获取。因为在匀速运动的状况下,途程 = 速度×工夫,速度是已知的,而工夫嘛,只须要用以后工夫减去开始工夫就能够得出。先记录开始工夫:
_renderToDOM() {
// 依据轨道数量每次解决肯定数量的弹幕数据。数量越大,弹幕越密集,CPU 占用越高
let count = Math.floor(totalTracks / 3), i;
while (count && i < this._queue.length) {const data = this._queue[i];
// 省略 N 行代码...
if (data.y) {this._queue.splice(i, 1);
// 省略 N 行代码...
node.addEventListener('transitionstart', () => {data.startTime = Date.now();
}, false);
// 从设置动画款式到动画开始有肯定的时间差,所以加上 80 毫秒
data.startTime = Date.now() + 80;} else {i++;}
count--;
}
}
留神,这里设置了两次开始工夫,一次是在设置动画款式、绑定事件之后,另一次是在 transitionstart 事件中。实践上只须要后者即可。之所以加上前者,还是因为兼容性问题——并不是所有浏览器都反对 transitionstart 事件。
而后,获取弹幕已滚动途程的代码就能够优化成:
distance = data.rollSpeed * (Date.now() - data.startTime) / 1000;
别看这个改变很小,前后只波及 5 行代码,但成果是空谷传声的(见此 demo 页):
浏览器 | getTranslateX | 匀速公式计算 |
---|---|---|
Chrome | CPU 16%~20% | CPU 13%~16% |
Firefox | 能耗影响 3 | 能耗影响 0.75 |
Safari | CPU 8%~10% | CPU 3%~5% |
IE | CPU 7%~10% | CPU 4%~7% |
暂停和复原
首先要解释一下为什么要做暂停和复原,次要是两个方面的思考。
第一个思考是浏览器的兼容问题。弹幕渲染流程会频繁调用到 JS 的 setTimeout 以及 CSS 的 transition,如果把以后标签页切到后盾(浏览器最小化或切换到其余标签页),两者会有什么变动呢?请看测试后果:
浏览器 | setTimeout | transition |
---|---|---|
Chrome/Edge | 提早加大 | 如果动画未开始,则期待标签页切到前台后才开始 |
Safari/IE 11 | 失常 | 如果动画未开始,则期待标签页切到前台后才开始 |
Firefox | 失常 | 失常 |
可见,不同浏览器的解决形式不尽相同。而从理论场景上思考,标签页切到后盾之后,即便渲染弹幕用户也看不见,白白耗费硬件资源。索性引入一个机制:标签页切到后盾,则弹幕暂停,切到前台再复原:
let hiddenProp, visibilityChangeEvent;
if (typeof document.hidden !== 'undefined') {
hiddenProp = 'hidden';
visibilityChangeEvent = 'visibilitychange';
} else if (typeof document.msHidden !== 'undefined') {
hiddenProp = 'msHidden';
visibilityChangeEvent = 'msvisibilitychange';
} else if (typeof document.webkitHidden !== 'undefined') {
hiddenProp = 'webkitHidden';
visibilityChangeEvent = 'webkitvisibilitychange';
}
document.addEventListener(visibilityChangeEvent, () => {if (document[hiddenProp]) {this.pause();
} else {
// 必须异步执行,否则复原后动画速度可能会放慢,从而导致弹幕隐没或重叠,起因不明
this._resumeTimer = setTimeout(() => { this.resume(); }, 200);
}
}, false);
先看下暂停滚动的次要代码(留神已滚动途程 rolledDistance,将用于复原播放和防重叠):
this._eachDanmakuNode((node, y, id) => {const data = this._findData(y, id);
if (data) {
// 获取已滚动间隔
data.rolledDistance = -getTranslateX(node);
// 移除动画,计算出弹幕所在的地位,固定款式
node.style.transition = '';
node.style.transform = `translateX(-${data.rolledDistance}px)`;
}
});
接下来是复原滚动的次要代码:
this._eachDanmakuNode((node, y, id) => {const data = this._findData(y, id);
if (data) {
// 从新计算滚完残余间隔须要多少工夫
data.rollTime = (data.totalDistance - data.rolledDistance) / data.rollSpeed;
data.startTime = Date.now();
node.style.transition = `transform ${data.rollTime}s linear`;
node.style.transform = `translateX(-${data.totalDistance}px)`;
}
});
this._render();
防重叠的计算公式也须要批改:
// 新增了 lastItem.rolledDistance
distance = lastItem.rolledDistance + lastItem.rollSpeed * (now - lastItem.startTime) / 1000;
批改后成果见此 demo 页,能够注意切换浏览器标签页后的成果并与后面几个 demo 比照。
抛弃排队工夫过长的弹幕
弹幕并发量大时,队列中的弹幕数据会十分多,而在防重叠机制下,一屏能显示的弹幕是无限的。这就会呈现“供过于求”,导致弹幕“畅销”,用户看到的弹幕将不再“陈腐”(比方视频曾经播到第 10 分钟,但还在显示第 3 分钟时发的弹幕)。
为了应答这种状况,要引入抛弃机制,如果弹幕的库存比拟多,而且这批库存曾经放了很久,就扔掉它。相干代码改变如下:
while (count && i < this._queue.length) {const data = this._queue[i];
let node = data.node;
if (!node) {
if (this._queue.length > this._tracks.length * 2 &&
Date.now() - data.timestamp > 5000) {this._queue.splice(i, 1);
continue;
}
}
// ...
}
批改后成果见此 demo 页。
最初
DOM 的渲染齐全是由浏览器管制的,也就是说理论渲染状况与 JavaScript 算进去的存在偏差,个别状况下偏差不大,渲染成果就是失常的。然而在极其状况下,偏差较大时,弹幕就可能会呈现轻微重叠。这一点也是 DOM 不如 canvas 的一个方面,canvas 的每一帧都是能够管制的。
最初附上 demo 的 Github 仓库:https://github.com/heeroluo/d…。
本文同时发表于作者集体博客:https://mrluo.life/article/de…