可能是目前最好的 AVPlayer 音视频缓存方案
可能是目前最好的 AVPlayer 音视频缓存方案
阿勒,没想到第一篇文章我就标题党了...
不过,我还真没看到目前有哪个公开的实现方案有做的更好的,可能是我孤陋寡闻,如果你知道更好的方案,一定要留言告诉我,鞠躬..
进入正题,这次的主要内容
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理解 AVAssetResourceLoaderDelegate 的使用
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缓存下载的实现
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VIMediaCache 提供了哪些 API
接下来会介绍通过使用 AVAssetResourceLoader,在不改变 AVPlayer API 的情况下,对播放的音视频进行缓存。
前戏
现在市场上各种各样的应用,充满了多媒体信息,而声音和视频又是体积最大的文件,如果直接使用 URL 通过 AVPlayer 播放,系统并不会做缓存处理,等下次再播又要重新下载,对网络状况差的用户来说这就是灾难。若是下载好再播,同样要等待全部下载完成,也是很痛苦。
我们最理想的缓存方案是:边播放,边缓存。
我在早期加入美拍团队的时候,实际上已经有了边下边播的功能,当时选择了使用 HTTPServer,在本地开启一个 http 服务器,把需要缓存的请求地址指向本地服务器,并带上真正的 url 地址。
早期的美拍都是不到 20s 的短视频,后面加长了视频时间,但考虑到用户设备容量问题,我们只对短视频做视频缓存。一直发展到现在,平台上现在大多数的视频都是长视频,真正使用到缓存功能的频率已经很低。那么问题就来了,HTTPServer 不管我们有没有使用缓存功能,都要在应用打开的时候默默开启,这真的是很浪费了。并且我们引入 HTTPServer 库也会增加一些包体积。
理解 AVAssetResourceLoaderDelegate 的使用
那么在一段寻觅之下,发现了最适合做边下边播缓存的工具。AVAssetResourceLoaderDelegate:一个 iOS 6 就被开放出来,专门用来处理 AVAsset 加载的工具。
AVURLAsset *urlAsset = ...
[urlAsset.resourceLoader setDelegate:<AVAssetResourceLoaderDelegate> queue:dispatch_get_main_queue()];
只要找一个对象实现了 AVAssetResourceLoaderDelegate
这个协议的方法,丢给 asset,再把 asset 丢给 AVPlayer,AVPlayer 在执行播放的时候就会去问这个 delegate:喂,你能不能播放这个 url 啊?然后会触发下面这个方法:
- (BOOL)resourceLoader:(AVAssetResourceLoader *)resourceLoader shouldWaitForLoadingOfRequestedResource:(AVAssetResourceLoadingRequest *)loadingRequest
我们在这个方法中看看 request 里面的 url 是不是我们支持的,如果能支持就返回 YES!然后就可以开心的一边下视频数据,一边塞数据给 AVPlayer 让它显示视频画面。
先不管下载和缓存,实现上,可以分为两步:1. 需要知道如何请求数据,url 是什么,下载多少数据。2. 下载好的数据怎么塞给 AVPlayer
1. 如何请求数据
在上面的回调方法中,会得到一个 AVAssetResourceLoadingRequest
对象,它里面的属性和方法不多,为了减少干扰,我精简了一下这个类的头文件,只留下我们会用到以及需要解释的属性和方法:
@interface AVAssetResourceLoadingRequest : NSObject
@property (nonatomic, readonly) NSURLRequest *request;
@property (nonatomic, readonly, nullable) AVAssetResourceLoadingContentInformationRequest *contentInformationRequest NS_AVAILABLE(10_9, 7_0);
@property (nonatomic, readonly, nullable) AVAssetResourceLoadingDataRequest *dataRequest NS_AVAILABLE(10_9, 7_0);
- (void)finishLoading NS_AVAILABLE(10_9, 7_0);
- (void)finishLoadingWithError:(nullable NSError *)error;
@end
在 AVAssetResourceLoadingRequest
里面,request
代表原始的请求,由于 AVPlayer 是会触发分片下载的策略,还需要从dataRequest
中得到请求范围的信息。有了请求地址和请求范围,我们就可以重新创建一个设置了请求 Range 头的 NSURLRequest 对象,让下载器去下载这个文件的 Range 范围内的数据。
2. 塞数据给 AVPlayer
当 AVPlayer 触发下载时,总是会先发起一个 Range 为 0-2 的数据请求,这个请求的作用其实是用来确认视频数据的信息,如文件类型、文件数据长度。当下载器发起这个请求,收到服务端返回的 response 后,我们要把视频的信息填充到 AVAssetResourceLoadingRequest
的 contentInformationRequest
属性中,告知下载的视频格式以及视频长度。
AVAssetResourceLoadingRequest
在 - (void)finishLoading
的时候,会根据 contentInformationRequest
中的信息,去判断接下去要怎么处理。例如:下载 AVURLAsset 中 URL 指向的文件,获取到的文件的 contentType
是系统不支持的类型,这个 AVURLAsset 将无法正常播放。
获取完视频信息后,会收到刚才指定的 2 Byte 的 data 数据,下载到的数据怎么办? 可以塞给 AVAssetResourceLoadingRequest
里的 dataRequest
。 dataRequest
里面用 - (void)respondWithData:(NSData *)data;
专门用来接收下载的数据,这个方法可以调用多次,接收增量连续的 data 数据。
当 AVAssetResourceLoadingRequest
要求的所有数据都下载完毕,调用 - (void)finishLoading
完成下载,AVAssetResourceLoader
会继续发起之后的数据片段的请求。如果本次请求失败,可以直接调用 - (void)finishLoadingWithError:(nullable NSError *)error;
结束下载。
流程图
完整实现的主流程是这样的
重试机制
在实际的测试中,发现AVAssetResourceLoader
在执行加载的时候,会时不时的触发取消下载调用 - (void)resourceLoader:(AVAssetResourceLoader *)resourceLoader didCancelLoadingRequest:(AVAssetResourceLoadingRequest *)loadingRequest
,然后重新发起加载请求的策略。如果下载了部分,那么重新发起的下载请求会从还没有下载的部分开始。
AVAssetResourceLoaderDelegate
中还有 3 个方法可以针对特殊场景做处理,不过在目前的环境中都用不到所以可以选择不实现这些方法。
缓存下载的实现
我们已经知道 AVAssetResourceLoaderDelegate 的实现机制,当 AVAsset 需要加载数据时会通过 delegate 告诉外部,外部接管整个视频下载过程。
接管了视频下载,便可以对视频数据做任何事情。比如:缓存、记录下载速度、获得下载进度等等。
实现一个下载器,就是用 URLSession 开启一个 DataTask 请求数据,把接收到的数据塞给 DataRequest 并写入本地磁盘。在实现下载器时主要有三个注意的点:1. Range 请求 2. 可取消下载 3. 分片缓存
1. Range 请求
每次得到的 LoadingRequest 带有请求数据范围的信息,比如期望请求第 100 字节到 500 字节,在创建 URLRequest 时需要设置 HTTPHeader 的 Range 值。
NSString *range = [NSString stringWithFormat:@"bytes=%lld-%lld", fromOffset, endOffset];
[request setValue:range forHTTPHeaderField:@"Range"];
2. 可取消下载
AVAsset 在加载视频时,经常会在某次数据请求还没有完成时触发取消下载,然后发起一个新的 LoadingReqeust。这个机制是 AVAsset 里的黑盒,具体逻辑无法得知,比较像是 AVAsset 的一种重试机制。 作为下载器,在收到取消通知时,需要立刻停止下载。由于 DataRequest 的 cancel 操作是异步的,就有可能在 cancel 还未完成时,下一个 LoadingRequest 就已经到来,所以还需要需要保证同一个 URL 只能同时存在一个下载器在下载,否则会出现数据混乱的问题。
3. 分片缓存
如果只是单纯的下载视频,数据单调递增,缓存处理还是比较容易。然而现实是用户对 player 的 seek 操作给视频的缓存管理带来了巨大的挑战,一旦涉及到用户操作,可能性就越多,复杂度也会越高。
没有 seek 的情况:网速正常时缓存数据比播放时间走得开,正常播放;网速慢时,播放器 loading,直到有足够的数据量进行播放,如果网速一直很慢就会播几秒卡一下。
当加入 seek 后会有三种可能:
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视频完全下载好,这时 seek 只需读取相应缓存
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视频下载一半,用户 seek 到未下载部分,LoadingRequest 请求的部分全部都是未下载的数据。这时需要取消正在下载的数据,然后从 seek 的点开始下载数据。为了支持 seek 操作,下载器就需要支持分片缓存。目前使用的解决方案是下载的视频数据会根据请求的 Range 值,把数据存储到文件中对应的偏移值位置,并且每个视频文件都会另外再保存一个与之对应的下载信息文件。这个信息文件会记录当前下载了多少数据,总共有多少数据,下载了哪些片段的数据等信息,之后的缓存管理会非常依赖这个配置文件。
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视频被 seek 了多次,用户 seek 到一个时间点,LoadingRequest 请求的部分包含了已下载和未下载的部分。
这种情况是最复杂的!简单的做法是,当成上面的情况来处理,全部都重新下载,虽然逻辑简单,但这个方案会下载多次同样的数据,不是最最优解。
我的目标当然是做最优的解决方案,但也是复杂高很多的解决方案。
在收到 LoadingRequest 的请求范围后,下载器会先获取已经下载的数据信息,把已下载的分片信息分别创建一个 action,再把需要远程下载的分片数据分别创建一个 action。最终组合就可能是 LocalAction(50-100 bytes) + RemoteAction(101-200 bytes) + LocalAction(201-300 bytes) + RemoteAction(300-400 bytes)。每一个 action 会按顺序获取数据再返回给 LoadingRequest。
VIMediaCache 提供了哪些 API
基本使用
VIMediaCache
主要提供了 VIResourceLoaderManager
,这个类实现了 AVAssetResourceLoaderDelegate
,并且提供了初始化一个 AVPlayerItem
的方法,平时使用时,只需用 VIResourceLoaderManager
创建一个 AVPlayerItem
,AVPlayer
再用这个 playerItem
初始化,AVPlayer
在播放的时候就会自动缓存了。
VIResourceLoaderManager *resourceLoaderManager = [VIResourceLoaderManager new];
self.resourceLoaderManager = resourceLoaderManager;
AVPlayerItem *playerItem = [resourceLoaderManager playerItemWithURL:url];
AVPlayer *player = [AVPlayer playerWithPlayerItem:playerItem];
缓存管理
所有缓存相关的信息都在 VICacheManager
类中。目前提供了下载进度通知、修改缓存目录、根据 url 获取缓存地址、根据 url 获取缓存信息、计算缓存大小、清除缓存等功能。详情可看头文件
错误回调
在下载视频时,出现错误无法正常下载是比较容易出现的。我们自己实现了 AVAssetResourceLoaderDelegate
在第一次请求就抛出错误的话,播放器会马上提示错误状态,而如果是已经响应了部分数据,再抛错误,AVAssetResourceLoader
会忽略错误而一直处于 loading,直到超时。这种情况就比较尴尬,所以 VIResourceLoaderManager
提供了 delegate,如果内部出现错误,就会抛出错误,再又外部业务决定是如何处理。
注意:同一时间同一个 url 不能有多次下载: 由于缓存内部实现是对每一个 url 都共用同一个下载配置文件,如果同时有多次对同一个 url 进行下载,这个文件下载信息会被同时修改,下载信息会变得混乱。 MediaCache 内部做了简单的处理,如果正在下载某 url,这时再想尝试下载同样的 url 会直接抛出错误,提示无法开始下载。
已知问题
播到一半声音停了,视频正常播
比较低概率,在美拍上测试时有短视频会出现
弱网下一直loading到超时,但是文件都是已经下载好了
没有调用 AVPlayer 的 play 在弱网下会造成,AVPlayerLayer 一直无法达到 readyForDisplay 的情况
以上问题暂时没有很好的解决方案,因为 ResourceLoader 的实现只能做到控制缓存,但 AVPlayer 内的具体实现机制并不清楚,在缓存没有问题的情况下出现问题,很难去追根溯源寻找问题的根本原因。
吐槽
在实现 AVAssetResourceLoaderDelegate
的时候,文档非常少,几乎只能一边看头文件中的文档一边运行测试才能知道 AVAssetResourceLoaderDelegate
真正的运行机制。
另外最大的坑是 AVAssetResourceLoaderDelegate
的内部机制是个沙盒, 因为这个沙盒里面做了很多视频播放处理,导致遇到播放时出问题很难排查是什么原因引起,只能不断尝试去找规律....
小结
回顾全文,理解 AVAssetResourceLoaderDelegate
的原理和实现机制,再到自己实现一个 Downloader,讲了会遇到的几个坑以及如何解决,最后简单介绍了 MTMediaCache 如何使用。啊嘞,你都看完了,来来来快把 VIMediaCache
用起来
可能是目前最好的 AVPlayer 音视频缓存方案-VIMediaCache-master.zip