摘要：本文愿從彈幕設(shè)計(jì)這個(gè)場景來描述算法在前端中的應(yīng)用，我們先來看下實(shí)現(xiàn)效果圖彈幕效果開場之前我們先來描述彈幕開發(fā)的難度，再集中精力描述算法設(shè)計(jì)的思路。軌道軌道這個(gè)角色很重要，它可以解決彈幕位置計(jì)算速度控制碰撞檢測問題。

大家都說前端寫頁面較多，幾乎用不到算法。本文愿從彈幕設(shè)計(jì)這個(gè)場景來描述算法在前端中的應(yīng)用，我們先來看下實(shí)現(xiàn)效果：

                                    圖1.1 彈幕效果

開場之前我們先來描述彈幕開發(fā)的難度，再集中精力描述算法設(shè)計(jì)的思路。

如何保證不同字號的彈幕不碰撞

彈幕的位置計(jì)算

彈幕的速度控制及動畫實(shí)現(xiàn)

彈幕與視頻的同步

如何保證不同字號的彈幕不碰撞

如果彈幕采用相同的字號，碰撞的問題處理起來比較簡單，只要考慮相鄰彈幕的播放速度和偏移的位置就可以計(jì)算出來。然而使用不同字號的彈幕處理起來就麻煩了許多，彈幕的起始位置不可以線性的增加，比如第一行放了字幕，接下來的字幕可以按順序從上至下依次放置即可。

彈幕的位置計(jì)算

只有設(shè)計(jì)好彈幕的初始位置，才可以動態(tài)、高效的管理不同字號彈幕的碰撞問題。打個(gè)比方，我們通過接口獲取了2秒之內(nèi)的彈幕數(shù)據(jù)1000條，每個(gè)字幕的長度、速度、字號都不同，怎么管理這些彈幕，示意圖如下：

                                圖2.1 彈幕管理示意圖

這是第一種情況，按照從上到啊的順序依次擺放以后會有幾個(gè)問題：

彈幕五、六、七該怎么計(jì)算位置，按top值循環(huán)取模+累加嗎？

當(dāng)彈幕一或者彈幕三足夠長的時(shí)候，如何準(zhǔn)時(shí)的跳過當(dāng)前位置計(jì)算？

當(dāng)前屏幕的彈幕播放結(jié)束，如何再計(jì)算的時(shí)候利用空出來的位置

空出的位置是否滿足當(dāng)前彈幕的高度

……

一系列問題就不統(tǒng)統(tǒng)列舉出來了，基于這個(gè)背景我們結(jié)合數(shù)學(xué)建模的思維方式，找到了彈幕場景相似度非常高的機(jī)場運(yùn)營。我們可以把彈幕當(dāng)做飛機(jī)，每個(gè)時(shí)間段播放多少彈幕和機(jī)場每個(gè)時(shí)間段放飛多少飛機(jī)一個(gè)道理。

首都國際機(jī)場一共有3條跑道，兩條4E級跑道、一條4F級跑道，2016年的吞吐量為9000萬人次。它的運(yùn)行機(jī)制就是所有飛機(jī)通過搭臺有順序的共用3條跑道來完成運(yùn)輸任務(wù)的。

同理，我們也設(shè)計(jì)了幾個(gè)個(gè)角色：一個(gè)是軌道(跑道)、一個(gè)是調(diào)度(塔臺)、一個(gè)是彈幕(飛機(jī))，我們?yōu)槊總€(gè)角色設(shè)計(jì)一個(gè)類分為為Track、Main、Bullet。

軌道

軌道這個(gè)角色很重要，它可以解決彈幕位置計(jì)算、速度控制、碰撞檢測問題。
首先，我們要來初始化軌道。通俗的說我們要修建幾個(gè)跑道呢，我們不是實(shí)物，可以動態(tài)調(diào)整軌道的 數(shù)量，計(jì)算的原則：

軌道數(shù)量 = 播放器有效高度 / 設(shè)備基準(zhǔn)字號

播放器有效高度：播放器的實(shí)際高度減去控制條的高度，因?yàn)閺椖徊豢梢哉趽蹩刂茥l。

設(shè)備基準(zhǔn)字號：移動端是10px，pc端是12px；
為啥計(jì)算公式是這樣的？因?yàn)槲覀円С植煌痔柕膹椖?。試想不同的字號對物理空間的占用是不同的，然而如果要求軌道的尺寸是動態(tài)的，那就帶來很復(fù)雜的計(jì)算。本文提出“虛擬軌道”的概念，在交通管制中最常見的就是道路合并或者改向。我們也是采用將相鄰的物理軌道臨時(shí)合并為一條軌道。這樣就可以輕松的解決不同字號的軌道占用問題。原理圖如下：

                        圖2.2 軌道計(jì)算示意圖

其次我們來回憶下機(jī)場的工作流程：

機(jī)長呼叫塔臺，CZ6132請求起飛

目前跑道均被占用，請等待

N時(shí)刻后再次執(zhí)行步驟1

目前跑道 A1 空閑，準(zhǔn)許進(jìn)入

執(zhí)行步驟3

塔臺查看跑道使用情況

進(jìn)入跑道，起飛完成

機(jī)長通知塔臺，本次起飛完成，釋放跑道的占用

其他飛機(jī)同樣執(zhí)行上述步驟

按照這個(gè)思路，我們的彈幕工作流程：

彈幕進(jìn)入播放器

軌道根據(jù)彈幕的播放速度、尺寸計(jì)算是否有合適的軌道提供

沒有

通知彈幕尚無合適軌道提供，請等待；同時(shí)，彈幕隊(duì)列中的其他彈幕依次執(zhí)行步驟1

有

執(zhí)行步驟3

播放器加載彈幕DOM，開始播放，待播放完成

播放完成通知軌道更新軌道占用情況

其他彈幕同樣執(zhí)行上述步驟

                            圖2.3 軌道可用性計(jì)算示意圖

關(guān)于軌道的基本原理我們整理清楚了，當(dāng)然還有不少細(xì)節(jié)比如如何和調(diào)度通信、如何和彈幕通信以及虛擬軌道檢測算法等。有興趣的同學(xué)可以參考代碼吧。https://github.com/bytedance/...

彈幕
彈幕基本是實(shí)現(xiàn)“飛機(jī)”的角色，我們要求它具有自身的屬性和方法。比如調(diào)度中心通過id能拿到它所有的基本信息，軌道控制也可以通過彈幕進(jìn)行檢查和更新。當(dāng)然彈幕也必須具備狀態(tài)自動更新、移動、播放結(jié)束通知、自動銷毀等功能。

調(diào)度

調(diào)度就是搭臺的化身，承接著軌道、彈幕的控制，也保持著與播放器的步調(diào)一致。它的職責(zé)如下：

播放器交互控制

彈幕隊(duì)列控制

自身狀態(tài)更新

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

動畫執(zhí)行
還是直接用流程圖來描述更直接些：

在彈幕啟動之后，首先要檢查本地是否已有緩存數(shù)據(jù)，沒有的話直接請求數(shù)據(jù)并緩存，然后執(zhí)行數(shù)據(jù)讀取，首次過濾數(shù)據(jù)進(jìn)入彈幕隊(duì)列，同時(shí)啟動定時(shí)器。彈幕隊(duì)列的數(shù)據(jù)會定期請求軌道，檢測隊(duì)列里的彈幕是否可以進(jìn)入，一旦確認(rèn)后軌道做好登記，彈幕就可以進(jìn)入播放器開啟動畫播放了。定時(shí)器每隔2秒就會再次更新數(shù)據(jù)進(jìn)入到彈幕隊(duì)列（這塊不同的業(yè)務(wù)可以定制不同的規(guī)則）。彈幕播放結(jié)束后會通知調(diào)度和軌道，調(diào)度會在彈幕隊(duì)列中移除該彈幕實(shí)例，軌道也會移除該彈幕實(shí)例的軌道占用。

所有代碼實(shí)現(xiàn)來自帶解析器、能節(jié)省流量的西瓜播放器, Github