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Go WebSocket入门+千万级别弹幕系统架构设计

news 文章来源：https://blog.csdn.net/weixin_45565886/article/details/139897202 2024/7/2 22:53:47

Go实现WebSocket（千万级别弹幕系统架构设计）

1 websocket简介(基于HTTP协议的长连接)

使用WebSocket可以轻松的维持服务器端长连接，其次WebSocket是架构在HTTP协议之上的，并且也可以使用HTTPS方式，因此WebSocket是可靠传输，并且不需要开发者关注底层细节。

  • websocket具体细节：
    ①Upgrade：浏览器告知服务器升级为WebSocket协议
    ②Switch：服务器升级成功后会返回101状态码
    ③Communicate：浏览器和服务器就可以以WebSocket格式发送数据
    在这里插入图片描述
  • 还有一种推送数据的方式是SSE：
    ①SSE(Server Send Event)：服务器单项推送消息，text/event-stream，它是一种流，可以返回多次数据
    ②使用场景：CI/CD，ChatGPT回答问题

详细文章：推送数据— —WebSocket与SSE

2 弹幕业务的技术选择（推、拉模式）

2.1 客户端拉（服务器压力过大，类似DDoS）

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：

  1. 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
  2. 如果很多客户端同时拉取，那么服务器端的压力无异于DDOS
  3. 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

2.2 服务端推（服务端需要维护大量长连接）

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 技术实现（go）

🎆完整代码：

  1. go实现websocket： https://github.com/ziyifast/ziyifast-code_instruction/tree/main/go-demo/go-websocket/1-simple
  2. go实现简易弹幕系统：https://github.com/ziyifast/ziyifast-code_instruction/tree/main/go-demo/go-websocket/2-boardcast

其他教程：Java实现简易聊天室

3.1 前端页面

index.html：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>go websocket</title><meta charset="utf-8"/>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">var wsUri = "ws://127.0.0.1:7777/ws";var output;function init() {output = document.getElementById("output");testWebSocket();}function testWebSocket() {websocket = new WebSocket(wsUri);websocket.onopen = function (evt) {onOpen(evt)};websocket.onclose = function (evt) {onClose(evt)};websocket.onmessage = function (evt) {onMessage(evt)};websocket.onerror = function (evt) {onError(evt)};}function onOpen(evt) {// writeToScreen("CONNECTED");// doSend("WebSocket rocks");}function onClose(evt) {writeToScreen("DISCONNECTED");}function onMessage(evt) {var message = evt.data;if (message.startsWith("CONNECTED ")) {var connectionId = message.substring("CONNECTED ".length);writeToScreen("CONNECTED: " + connectionId);} else {writeToScreen('<span style="color: blue;">RESPONSE: ' + message + '</span>');}}// function onMessage(evt) {//     writeToScreen('<span style="color: blue;">RESPONSE: '+ evt.data+'</span>');//     // websocket.close();// }function onError(evt) {writeToScreen('<span style="color: red;">ERROR:</span> ' + evt.data);}function doSend(message) {// writeToScreen("SENT: " + message);websocket.send(message);}function writeToScreen(message) {var pre = document.createElement("p");pre.style.wordWrap = "break-word";pre.innerHTML = message;output.appendChild(pre);}window.addEventListener("load", init, false);function sendBtnClick() {var msg = document.getElementById("input").value;doSend(msg);document.getElementById("input").value = '';}function closeBtnClick() {websocket.close();}
</script>
<h2>WebSocket Test</h2>
<input type="text" id="input"></input>
<button onclick="sendBtnClick()">send</button>
<button onclick="closeBtnClick()">close</button>
<div id="output"></div></body>
</html>

3.2 go-websocket实现

1. model/connection.go：封装websocket连接

整体思路：
1. 封装websocket连接为connection
①维护连接的读写channel
②分别启两个协程for循环，一个用于读，一个用于写
//中间多了一层Channel，保证了线程安全
readLoop -> inChannel -> c.ReadMessage拿到data -> c.WriteMessage(data) -> outChannel -> writeLoop从outChannel中拿到data写回同样的数据到对端
2. conn_mgr：实现connection的管理，一旦有消息发送过来，便广播给其他连接，实现弹幕效果

package modelimport ("errors""github.com/google/uuid""github.com/gorilla/websocket""sync"
)/*整体思路：1. 维护连接的读写channel2. 分别启两个协程for循环，一个用于读，一个用于写//中间多了一层Channel，保证了线程安全readLoop -> inChannel -> c.ReadMessage拿到data -> c.WriteMessage(data) -> outChannel -> writeLoop
*/type Connection struct {ConnID stringConn   *websocket.Conn// 读消息队列inChannel chan []byte//写消息队列outChannel chan []byte// 监听Channel是否关闭closeChan chan byte// 标识isClosed boollock     sync.Mutex
}// InitConnection 初始化封装的conn
func InitConnection(conn *websocket.Conn) (c *Connection, err error) {connId, err := uuid.NewUUID()if err != nil {return nil, err}c = &Connection{ConnID:     connId.String(),Conn:       conn,inChannel:  make(chan []byte, 1000),outChannel: make(chan []byte, 1000),closeChan:  make(chan byte),isClosed:   false,}//启动协程读取消息go c.readLoop()go c.writeLoop()return c, nil
}// ReadMessage 读取消息，从inChannel中读取数据（channel保证线程安全，阻塞读取）
func (c *Connection) ReadMessage() (data []byte, err error) {//从inChannel读取数据for {select {case data = <-c.inChannel:return data, nil//监听连接关闭信号，避免一直阻塞读取数据case <-c.closeChan:return nil, errors.New("conn is closed")}}
}// WriteMessage 写消息，将数据写入outChannel（channel保证线程安全,等待write loop从outChannel中获取数据写回连接）
func (c *Connection) WriteMessage(data []byte) (err error) {for {select {case c.outChannel <- data:return nilcase <-c.closeChan:return errors.New("conn is closed")}}
}// 从连接中不断读取数据写入inChannel
func (c *Connection) readLoop() {var (data []byteerr  error)for {if _, data, err = c.Conn.ReadMessage(); err != nil {//读取数据失败，关闭连接c.Close()return}select {//读取到数据写到inChannelcase c.inChannel <- data:case <-c.closeChan:c.Close()}}
}// 从outChannel中不断读取数据并发送数据写回对端
func (c *Connection) writeLoop() {var (data []byteerr  error)for {select {case data = <-c.outChannel:if err = c.Conn.WriteMessage(websocket.TextMessage, data); err != nil {c.Close()return}case <-c.closeChan:c.Close()return}}
}func (c *Connection) Close() {c.Conn.Close()c.lock.Lock()if !c.isClosed {close(c.closeChan)c.isClosed = true}WebSocketMgr.RemoveConnection(c)c.lock.Unlock()
}

2. model/conn_mgr.go

package modelimport ("fmt""sync"
)type connectionMgr struct {connections map[string]*Connectionlock        sync.RWMutex
}var WebSocketMgr = &connectionMgr{connections: make(map[string]*Connection),lock:        sync.RWMutex{},
}func (cm *connectionMgr) AddConnection(conn *Connection) {cm.lock.Lock()defer cm.lock.Unlock()cm.connections[conn.ConnID] = connfmt.Printf("connection %s added\n", conn.ConnID)return
}func (cm *connectionMgr) RemoveConnection(conn *Connection) {cm.lock.Lock()defer cm.lock.Unlock()delete(cm.connections, conn.ConnID)fmt.Printf("connection %s removed\n", conn.ConnID)return
}func (cm *connectionMgr) GetConnection(connID string) (conn *Connection, err error) {cm.lock.RLock()defer cm.lock.RUnlock()conn, ok := cm.connections[connID]if !ok {err = fmt.Errorf("connection not found")return}return
}func (cm *connectionMgr) Boardcast(data []byte) {cm.lock.RLock()defer cm.lock.RUnlock()for _, conn := range cm.connections {if err := conn.WriteMessage(data); err != nil {//if err := conn.WriteMessage([]byte(fmt.Sprintf("[%s] %s", conn.ConnID, string(data)))); err != nil {//TODO 补救或者日志记录，或者忽略return}}
}

3. main.go

package mainimport ("github.com/gorilla/websocket""log""myTest/demo_home/go-demo/go-websocket/2-boardcast/model""net/http"
)var (upgrader = websocket.Upgrader{//允许跨域CheckOrigin: func(r *http.Request) bool {return true}}
)func main() {//模拟简易弹幕系统，注意：为了逻辑简洁，并没有做过多的封装，部分代码设计以及安全监测并不合理http.HandleFunc("/ws", wsHandler)http.ListenAndServe(":7777", nil)
}func wsHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {var (conn       *websocket.Connconnection *model.Connectionerr        errordata       []byte)if conn, err = upgrader.Upgrade(w, r, nil); err != nil {return}//初始化连接if connection, err = model.InitConnection(conn); err != nil {return}//注册连接model.WebSocketMgr.AddConnection(connection)// 发送连接ID给前端if err := conn.WriteMessage(websocket.TextMessage, []byte("CONNECTED "+connection.ConnID)); err != nil {log.Println("Error sending connection ID:", err)return}go func(c *model.Connection) {for {if data, err = connection.ReadMessage(); err != nil {return}//广播消息model.WebSocketMgr.Boardcast(data)}}(connection)
}

3.3 效果

1. 启动websocket服务端

2. 分别用chrome、Firefox、edge打开页面，建立websocket连接

CONNECTIONID用于标识不同的websocket长连接

  • chrome
    在这里插入图片描述
  • Firefox
    在这里插入图片描述
  • edge
    在这里插入图片描述

3. 不同浏览器相当于不同用户，chrome用户发起一个弹幕，点击send发送弹幕

在这里插入图片描述

4. 观察其他用户是否接受到弹幕

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
自己也会收到自己发的弹幕：
在这里插入图片描述

5. edge、firefox用户分别发一个弹幕，观察效果

模拟其他用户发送弹幕

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

6. chrome退出直播间，其他用户发送弹幕，它接受不到

chrome用户退出直播间，edge、firefox发送弹幕，chrome用户应该接受不到

在这里插入图片描述
edge、firefox用户发送弹幕：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

后端系统日志：
在这里插入图片描述

4 千万级别弹幕系统设计

4.1 难点(内核、锁、CPU瓶颈)

  1. 内核瓶颈：
  • 推送量大：100w在线用户*10条/s = 1000w条/s
  • linux内核发送TCP的极限包频约为100w条/s
  1. 锁瓶颈：
  • 推模式需要维护一个存储了100w条数据的集合，比如map
  • 推送消息遍历整个集合，顺序发送消息，耗时极长
  • 推送期间，客户端仍可以正常上/下线，所以集合需要加锁
  1. CPU瓶颈
  • 浏览器与服务端采用json格式通讯
  • json编码非常耗cpu
  • 向100w在线用户推送1次，就需要100w次的json encode

4.2 解决方案（多小包合为一个大包）

  1. 内核瓶颈：
  • 减少网络小包的发送
  • 将同一秒内的N条消息合并为1条，合并后每秒推送次数只等于在线连接数
  1. 锁瓶颈：
  • 将连接分散到多个集合中，每个集合都有自己的锁
  • 多线程并发推送多个集合，避免锁竞争
  • 读写锁取代互斥锁，多个推送任务可以遍历相同集合
  1. cpu瓶颈：
  • 减少重复计算，json编码前置：1次消息编码+100w次推送

4.3 分布式架构

如果是单机架构的话：

  • 维护海量的连接必然会耗费很多内存
  • 消息推送的瞬间也会消耗大量CPU资源
  • 消息推送瞬间带宽可能高达400-600MB，4-6Gbits（主要瓶颈，即需要万兆网卡）

因此我们需要分布式架构：

  1. 网关集群：维护websocket长连接
  2. 逻辑集群：基于HTTP/2向gateway网关集群分发消息（rpc），与其他服务的交互等
  3. 业务方

业务方->逻辑集群->网关集群

参考：https://learnku.com/articles/48418

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Kaggle&#xff08;https://www.kaggle.com/datasets&#xff09;&#xff1a;Kaggle 是一个著名的数据科学竞赛平台&#xff0c;也提供了大量的开放数据集供用户下载和使用。UCI Machine Learning Repository&#xff08;https://archive.ics.uci.edu/datasets&#xff09;&am…...

编程日记 2024/6/23 17:24:56

html文本被木马病毒植入vbs脚本

我在公司服务器上写了一个静态html&#xff0c;方便导航&#xff0c;结果没过多久发现html文件被修改了&#xff0c;在</html>标签后加了这些代码。 注&#xff1a;WriteData 的内容很长&#xff0c;被我删掉了很多&#xff0c;不然没法提交这个提问 ​ <SCRIPT Lan…...

编程日记 2024/6/23 17:23:54

jsonl 文件介绍

jsonl文件介绍 什么是 jsonl 文件文件结构读取jsonl文件写入jsonl文件 什么是 jsonl 文件 jsonl&#xff08;json lines&#xff09;是一种文件格式&#xff0c;其中每一行都是一个单独的 json 对象。与常规的 json文件不同&#xff0c;jsonl文件在处理大量数据时具有优势&…...

编程日记 2024/6/23 17:22:52

反射机制详解

✅作者简介&#xff1a;大家好&#xff0c;我是Leo&#xff0c;热爱Java后端开发者&#xff0c;一个想要与大家共同进步的男人&#x1f609;&#x1f609; &#x1f34e;个人主页&#xff1a;Leo的博客 &#x1f49e;当前专栏&#xff1a;Java从入门到精通 ✨特色专栏&#xff…...

编程日记 2024/6/23 17:19:45

【数据库】七、数据库安全与保护

七、数据库安全与保护 文章目录 七、数据库安全与保护安全性访问控制数据库安全性控制用户标识和鉴别存取控制自主存取控制(DAC)存取控制方法&#xff1a;授权与回收GRANT授权REVOKE回收 强制存取控制(MAC) MySQL的安全设置用户管理1.创建登录用户2.修改用户密码3.修改用户名4.…...

编程日记 2024/6/23 17:16:42

卡尔曼滤波-剔除异常值的影响

二郎在看论文的时候&#xff0c;发现了一个针对卡尔曼滤波过程中&#xff0c;测量向量出现误差导致滤波发散的处理方法。 该方法也可以扩展到其他问题中使用&#xff0c;所以二郎在这里写一下。 论文原文&#xff1a;https://www.mdpi.com/1424-8220/20/17/4710 论文翻译对应…...

编程日记 2024/6/23 17:15:41

Java程序之动物声音“模拟器”

题目&#xff1a; 设计一个“动物模拟器”&#xff0c;希望模拟器可以模拟许多动物的叫声和行为&#xff0c;要求如下&#xff1a; 编写接口Animal&#xff0c;该接口有两个抽象方法cry()和getAnimalName()&#xff0c;即要求实现该接口的各种具体的动物类给出自己的叫声和种类…...

编程日记 2024/6/23 17:14:39

jieba中文分词器的使用

Jieba 是一个中文分词的第三方库&#xff0c;主要用于对中文文本进行分词。分词是将文本分割成一个个词语的过程&#xff0c;这在中文文本处理中尤为重要&#xff0c;因为中文不像英文那样有明显的空格来分隔词语。Jieba 的分词算法可以实现精确分词、全模式分词和搜索引擎模式…...

编程日记 2024/6/23 17:13:38

【杂记-浅谈OSPF协议中的RouterDeadInterval】

OSPF协议中的RouterDeadInterval 一、RouterDeadInterval概述二、设置RouterDeadInterval三、RouterDeadInterval的重要性 一、RouterDeadInterval概述 RouterDeadInterval&#xff0c;即路由器死区间隔&#xff0c;它涉及到路由器如何在广播网络上发现和维护邻居关系。Router…...

编程日记 2024/6/23 17:12:36

Django 模版变量

1&#xff0c;模版变量作用 模板变量使用“{{ 变量名 }}” 来表示模板变量前后可以有空格&#xff0c;模板变量名称&#xff0c;可以由数字&#xff0c;字母&#xff0c;下划线组成&#xff0c;不能包含空格模板变量还支持列表&#xff0c;字典&#xff0c;对象 2&#xff0c;…...

编程日记 2024/6/23 17:11:34

【数据结构与算法】图的存储（邻接矩阵,邻接表）详解

图的邻接矩阵数据结构 typedef enum { NDG, DG, NDN, DN } GraphKind;using VRType int; using InfoType int;typedef struct ArcCell {VRType adj;InfoType *info; } Arc[N][N];struct MGraph {ElemType vexs[N];Arc arc;int vexnum, arcnum;GraphKind kind; };ArcCell 结构…...

编程日记 2024/6/23 17:10:33

【深度C++】之“类与结构体”

0. 抽象数据类型 类&#xff08;class&#xff09; 和结构体&#xff08;struct&#xff09; 都是C中的自定义数据类型&#xff0c;是使用C实现面向对象编程思想的起点。 类的基本思想是数据抽象&#xff08;data abstraction&#xff09; 和封装&#xff08;encapsulation&a…...

编程日记 2024/6/23 17:09:31

CTO的职责是什么？

看《架构思维》作者是这样讲的&#xff1a; CTO 到底是做什么的&#xff1f; 我当下的答案是&#xff1a;“CTO 就是一个从技术视角出发&#xff0c;为公司或者所在的部门做正确决策的 CEO。”怎么理解这句话呢&#xff1f;作为一个 CTO&#xff0c;其长期目标和决策优先级与…...

编程日记 2024/6/23 17:06:28

【GD32】从零开始学兆易创新32位微处理器——RTC实时时钟+日历例程

1 简介 RTC实时时钟顾名思义作用和墙上挂的时钟差不多&#xff0c;都是用于记录时间和日历&#xff0c;同时也有闹钟的功能。从硬件实现上来说&#xff0c;其实它就是一个特殊的计时器&#xff0c;它内部有一个32位的寄存器用于计时。RTC在低功耗应用中可以说相当重要&#xf…...

编程日记 2024/6/23 17:05:27

HTTP网络协议

1.HTTP &#xff08;1&#xff09;概念&#xff1a; Hyper Text Transfer Protocol&#xff0c;超文本传输协议规定了浏览器和服务器之间数据传输的规则。 &#xff08;2&#xff09;特点 基于TCP协议:面向连接&#xff0c;安全基于请求-响应模型的:一次请求对应一次响应HTTP协…...

编程日记 2024/6/23 17:04:25

MacOS原版镜像iso下载

苹果公司不提供 macOS 系统的官方 ISO 镜像下载。相反&#xff0c;macOS 系统的更新和安装通常通过 Mac App Store 进行。如果你需要创建一个 macOS 安装盘或 USB 驱动器&#xff0c;你可以直接从 Mac App Store 下载完整的 macOS 安装程序&#xff0c;并使用内置的工具来创建可…...

编程日记 2024/7/2 17:58:45

从理论到实践的指南：企业如何建立有效的EHS管理体系？

企业如何建立有效的EHS管理体系&#xff1f;对于任何企业&#xff0c;没有安全就谈不上稳定生产和经济效益&#xff0c;因此建立EHS管理体系是解决企业长期追求的建立安全管理长效机制的最有效手段。良好的体系运转&#xff0c;可以最大限度地减少事故发生。 这篇借着开头这个…...

编程日记 2024/7/2 17:44:35

DataGrip 2024 po for Mac 数据库管理工具解

Mac分享吧 文章目录 效果一、下载软件二、开始安装1、双击运行软件&#xff08;适合自己的M芯片版或Intel芯片版&#xff09;&#xff0c;将其从左侧拖入右侧文件夹中&#xff0c;等待安装完毕2、应用程序显示软件图标&#xff0c;表示安装成功3、打开访达&#xff0c;点击【文…...

编程日记 2024/7/2 11:26:24

最新Java面试题及答案（Java基础、设计模式、Java虚拟机（jvm))

文章目录 前言一、Java基础题1.什么是Java&#xff1f;2.Jdk和Jre和JVM的区别&#xff1f;3.Java语言有哪些特点&#xff1f;4.Java有哪些数据类型&#xff1f;5.switch 是否能作用在 byte 上&#xff0c;是否能作用在 long 上&#xff0c;是否能作用在 String上&#xff1f;6.…...

编程日记 2024/7/1 20:10:45

ResNet-50算法

&#x1f368; 本文为&#x1f517;365天深度学习训练营 中的学习记录博客&#x1f356; 原作者&#xff1a;K同学啊 一、理论知识储备 1.CNN算法发展 AlexNet是2012年ImageNet竞赛中&#xff0c;由Alex Krizhevsky和Ilya Sutskever提出&#xff0c;在2012年ImageNet竞赛中&a…...

编程日记 2024/7/1 15:43:40

JVM原理（八）：JVM虚拟机工具之基础故障工具

这里主要介绍监视虚拟机运行状态和进行故障处理的工具 1. jsp:虚拟机进程状况工具 jsp命令格式&#xff1a; jsp [options] [hostid] jps远程查询虚拟机进程状态 2. jstat:虚拟机统计信息监视工具 jstat命令格式&#xff1a; jstat [option vmid [interval [s|ms] [count]…...

编程日记 2024/7/2 19:51:53

Wipro与西门子合作集成PAVE360软件以变革汽车软件研发

盖世汽车讯 据外媒报道，领先的技术服务与咨询公司Wipro宣布与西门子公司建立战略合作伙伴关系，将通过将西门子的PAVE360软件和数字孪生技术与Wipro的汽车工程与数字化转型功能集成，以变革汽车软件开发。PAVE360此次合作旨在解决软件定义汽车快速演进所带来的汽车软件开发日益…...

编程日记 2024/7/2 2:16:16

从29W降至17W!成豪华车“价格屠夫”,190ps配四驱,月销仅401

国内汽车市场，说到豪车那么德系奔驰绝对榜上有名，作为一线豪华品牌，奔驰曾经不管是口碑还是销量都非常棒，为广大车迷上市了很多经典的标杆车型，可以毫不夸张的说，曾经只要开着一辆奔驰车回村，即便是最紧凑型的A级车，也能带来很高的回头率，地位瞬间就不一样了，可是随着…...

编程日记 2024/7/2 11:53:12

湖北鹤峰：高山萝卜陆续上市田间一片好“丰”景

2日，笔者走进湖北省恩施州鹤峰县太平镇奇峰关村的萝卜种植基地，放眼望去，一棵棵萝卜整齐排列，圆润饱满，一股清甜气味扑面而来。农户们在忙着采摘白萝卜，骡驮装车，一派热火朝天的丰收景象。“现在正是蔬菜上市的季节，每天都有10多名工人在田里摘萝卜，采收量约为30吨左右…...

编程日记 2024/7/1 19:02:17

Java中JSON数据的解析

在Java中&#xff0c;可以使用第三方库或者内置类库来实现对象与JSON数据的相互转换。 使用第三方库&#xff08;例如Jackson&#xff09;实现对象转JSON&#xff1a; // 导入Jackson库 import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;// 定义一个对象 class Person {p…...

编程日记 2024/7/1 16:34:34

python 庆余年2收视率数据分析与可视化

为了对《庆余年2》的收视率进行数据分析与可视化&#xff0c;我们首先需要假设有一组收视率数据。由于实际数据可能无法直接获取&#xff0c;这里我们将使用模拟数据来演示整个过程。 以下是一个简单的步骤&#xff0c;展示如何使用Python&#xff08;特别是pandas和matplotli…...

编程日记 2024/7/2 11:56:05

港口与航运3D三维虚拟仿真展区让更多人了解到海洋知识

在短短20天内&#xff0c;搭建起200多家线上3D展厅&#xff0c;听起来似乎是一项艰巨的任务。然而&#xff0c;对于我们的3d云展平台而言&#xff0c;这早已成为常态。连续三年&#xff0c;我们已成功为众多会展公司在短时间内构建出几百家甚至上千家的线上3D展会&#xff0c;见…...

编程日记 2024/7/1 16:25:51