《即時消息技術剖析與實戰》學習筆記12——IM系統如何提升圖片、音視頻消息發送、瀏覽的體驗
- 2020 年 3 月 14 日
- 筆記
IM系統如何提升用戶發送、瀏覽圖片和音視頻消息的體驗呢？一是保證圖片、音視頻消息發送得又快又穩，二是保證用戶瀏覽播放圖片、音視頻消息時流暢不卡頓。
一、提升用戶發送圖片、音視頻的體驗
1. 多上傳接入點
針對不同的主流運營商提供不同的上傳接入點 IP，然後通過運營商 DNS 解析，讓用戶能通過本運營商的上傳接入點來快速上傳圖片和視頻；後端的圖片上傳存儲服務也可以部署在多線機房，這樣上傳服務也能快速地把文件流提交給存儲層，從而避免從接入點到存儲服務的跨網開銷，也能解決其他運營商的用戶下載圖片時需要跨網的問題。
對於擁有多機房的公司，也可以只把上傳存儲服務部署在單線機房，然後再通過專線解決多個單線機房之間的訪問。
2. 上傳鏈路優化
把多媒體消息上傳通道和普通消息收發通道獨立開。
- 圖片、視頻
發送圖片、視頻這樣的多媒體消息時，先通過獨立通道上傳文件流，上傳完成後會返迴文件的唯一標識 ID，然後再把這個唯一標識 ID 作為消息的引用，通過普通消息收發通道進行發送。
- 語音
對於語音這樣的消息，通過普通消息收發的長連通道來分片上傳語音流，更方便通過長連來下推給接收方，避免用戶在播放語音時需要從遠程臨時下載文件，使用流暢度會更好。
3. 分片上傳、斷點續傳和秒傳
二、提升用戶瀏覽圖片、播放視頻的體驗
1. CDN 加速
不用多說，我們都知道 CDN 的作用是讓資源離用戶更近。
- CDN 加速
CDN 加速主要採取「拉模式」的策略。客戶端上傳的圖片、音視頻發佈到多個分佈在各地的 CDN 節點的服務器上，當有用戶需要訪問這些圖片和音視頻時，能夠通過 DNS 負載均衡技術，根據用戶來源就近訪問 CDN 節點中緩存的圖片和音視頻消息，如果 CDN 節點中沒有需要的資源，會先從源站同步到當前節點上，再返回給用戶。
- CDN 預熱
在上面提到：如果 CDN 節點中沒有需要的資源，會先從源站同步到當前節點上，再返回給用戶。但如果是超高熱度的大型聊天室，可能用戶就近訪問的節點沒有需要的資源，則高並發的請求都被回源到源站，會對源站的帶寬和存儲帶來很大的壓力。
針對這個問題，可以採用「預熱」的方式，來提前強制 CDN 節點回源並獲取最新文件，減輕源站的壓力，提高資源的訪問效率。
2. 下載性能優化
圖片
- 分辨率自適應
比如服務器對圖片生成幾種常見的低分辨率縮略圖，用戶點開時，根據終端的分辨率按需下載，「查看原圖」時再去加載大圖，這樣可以提升加載速度。
- 格式優化
將上傳的圖片轉為 WebP 或漸進式 JPEG 格式。
前者可以在保持相同質量的前提下，比同樣的 PNG 或 JPEG 圖片小 30% 左右，但在 iOS 系統上的支持性不太好，需要一定的開發成本；
後者能夠在加載圖像時提供低分辨率的「預覽」，節省數據流量，提升圖像加載速度，加載體驗更好，但漸進式 JPEG 編碼比傳統基線 JPEG 的編碼速度慢了 60%，需要權衡性能和成本的平衡。
視頻
- 邊下邊播
在播放器下載完視頻的格式信息、關鍵幀等信息後，播放器就可以開始播放，同時結合 HTTP 協議自帶支持的 Range 頭按需分片獲取後續的視頻流，從而來實現邊下邊播和拖動快進。
邊下邊播需要服務端支持 Range 分片獲取。
- 視頻預加載
對視頻流進行「部分提前加載」，也就是所謂的「秒開」，可以提升用戶的體驗。
預加載可以按時間或者大小來限制。比如，我們可以設定預加載 3s 的視頻流，或者設定預加載 512KB 的視頻流。
- 視頻轉碼
主流的視頻格式採用 H.264 編碼，H.265 是 2013 年新制定的視頻編碼標準。同樣的畫質和同樣的碼率，H.265 比 H.264 佔用的存儲空間要少 50%，但編碼複雜度遠高於 H.264（10 倍左右）。
因此在實現時，只選取部分熱點視頻來進行 H.265 編碼，降低轉碼開銷的同時來盡量提升 H.265 視頻的覆蓋度。
3. 推流
藉助即時消息自身的「長連接」通道，將音頻流、圖片或視頻的縮略圖推送下去，這樣就不會因為需要臨時從服務端獲取而出現卡頓了，減少加載耗時，提升用戶體驗。
三、保障用戶發送圖片、音視頻的安全性
1. CDN文件訪問鑒權
用戶通過上傳服務，把視頻上傳到服務端；服務端進行視頻的 HLS 切片並針對切完的 TS 文件流進行加密，同時把密鑰存儲到密鑰服務中。
當有用戶請求該視頻時，CDN 節點從源站回源加密的視頻文件，播放器先通過下載的 M3U8 索引文件獲取到「密鑰地址」。
客戶端緩存的認證 Token 拼接到該「密鑰地址」後面，再通過該地址請求鑒權服務，鑒權服務檢查攜帶的認證 Token 是否有權限訪問該視頻文件。
如果權限沒問題，會從密鑰存儲服務中將該視頻的密鑰文件返回給播放器，這時播放器就能自動解密播放了。
2. 時間戳防盜鏈
HLS 僅支持視頻的加解密操作，不支持圖片等其他格式的資源。針對其他格式的資源，可以採用「時間戳防盜鏈」的方案。
Token防盜鏈通過對時間有關的字符串進行簽名，將時間，簽名信息通過一定的方式傳遞給CDN節點服務器作為判斷依據，CDN 節點則會根據 URL 的加密形式，取出對應的過期時間，和當前服務器時間進行比較，確認請求是否過期，過期的話，則直接拒絕；如果時間未過期，CDN 節點將根據約定的簽名算法和密文，計算後的值和 URL 中的原始加密串進行比較；通過之後，請求會被認為是合法的。不合法的請求可以採取禁止訪問或其他操作。
