题目
设计一个支持百万并发的直播弹幕系统
信息
- 类型：问答
- 难度：⭐⭐
考点
高并发架构,消息队列,分布式系统,WebSocket,缓存策略
快速回答
设计要点：
- 使用WebSocket长连接实现实时双向通信
- 通过消息队列（如Kafka）解耦弹幕生产和消费
- 采用房间分区+负载均衡的分布式架构
- 结合Redis缓存存储近期弹幕
- 实施分级限流策略（用户/房间/全局）
1. 核心架构设计
分层架构：
- 客户端层：WebSocket连接管理
- 接入层：Nginx反向代理 + WebSocket网关（如Socket.IO）
- 业务层：弹幕处理微服务集群
- 数据层：Kafka消息队列 + Redis缓存
// WebSocket连接示例（Node.js）
const io = require('socket.io')(server);
io.on('connection', (socket) => {
socket.join(roomId); // 加入直播间房间
socket.on('danmaku', (data) => {
kafkaProducer.send(data); // 弹幕发送到Kafka
});
});2. 关键技术实现
消息流转流程：
- 用户发送弹幕 → WebSocket网关
- 网关写入Kafka（分区键=房间ID）
- 弹幕服务消费Kafka消息
- 通过WebSocket广播给房间内所有用户
- 同时写入Redis缓存（Sorted Set存储，score=时间戳）
Redis数据结构示例：
ZADD room:123 1625097600000 "{userId:456,text:'Hello'}"
ZREVRANGE room:123 0 50 WITHSCORES // 获取最新50条弹幕3. 高并发优化策略
- 分布式分区：按房间ID分片（如roomId % 1024），不同分片由不同服务节点处理
- 消息压缩：Protobuf二进制编码减少网络传输
- 合并广播：每50ms批量发送弹幕（非逐条发送）
- 边缘计算：使用CDN边缘节点缓存热门房间弹幕
4. 容错与限流机制
- 分级限流：
- 用户级：单个用户10条/秒
- 房间级：根据热度动态调整（如1000条/秒）
- 系统级：Kafka生产端速率限制
- 降级策略：
- 过载时丢弃非VIP用户弹幕
- 极端情况关闭弹幕功能
5. 常见错误与规避
| 错误 | 解决方案 |
|---|---|
| 单节点广播风暴 | 使用分片+树状广播结构 |
| 消息顺序错乱 | Kafka分区内有序消费 |
| Redis内存溢出 | 设置TTL自动清理（如5分钟） |
| WebSocket连接数瓶颈 | 使用epoll/kqueue I/O多路复用 |
6. 扩展知识
- 消息协议优化：MQTT协议比原生WebSocket节省50%流量
- 智能过滤：布隆过滤器拦截重复弹幕，AI模型过滤违规内容
- 全球化部署：通过DNS分区域调度，欧美/亚洲独立集群
- 监控指标：重点关注P99延迟（<100ms）、消息丢失率（<0.1%）
