Android 边播放边缓存视频框架——AndroidVideo
作者：xiangzhihong
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一、背景
现在的移动应用，视频是一个非常重要的组成部分，好像里面不搞一点视频就不是一个正常的移动App。在视频开发方面，可以分为视频录制和视频播放，视频录制的场景可能还比较少，这方面可以使用Google开源的 grafika。相比于视频录制，视频播放可以选择的方案就要多许多，比如Google的 ExoPlayer，B站的 ijkplayer，以及官方的MediaPlayer。
不过，我们今天要讲的是视频的缓存。最近，由于我们在开发视频方面没有考虑视频的缓存问题，造成了流量的浪费，然后遭到用户的投诉。在视频播放中，一般有两种两种策略：先下载再播放和边播放边缓存。
通常，为了提高用户的体验，我们会选择边播放边缓存的策略，不过市面上大多数的播放器都是只支持视频播放，在视频缓存这块基本上没啥好的方案，比如我们的App使用的是一个自己封装的库，类似于PlayerBase。PlayerBase是一种将解码器和播放视图组件化处理的解决方案框架，也即是一个对ExoPlayer、ijkplayer的包装库。
二、PlayerBase
PlayerBase是一种将解码器和播放视图组件化处理的解决方案框架。您需要什么解码器实现框架定义的抽象引入即可，对于视图，无论是播放器内的控制视图还是业务视图，均可以做到组件化处理。并且，它支持视频跨页面无缝衔接的效果，也是我们选择它的一个原因。
PlayerBase的使用也比较简单，使用的时候需要单独的添加解码器，具体使用哪种解码器，可以根据项目的需要自由的进行配置。
只使用MediaPlayer：
dependencies {
//该依赖仅包含MediaPlayer解码
implementation 'com.kk.taurus.playerbase:playerbase:3.4.2'
}
使用ExoPlayer + MediaPlayer
dependencies {
//该依赖包含exoplayer解码和MediaPlayer解码
//注意exoplayer的最小支持SDK版本为16
implementation 'cn.jiajunhui:exoplayer:342_2132_019'
}
使用ijkplayer + MediaPlayer
dependencies {
//该依赖包含ijkplayer解码和MediaPlayer解码
implementation 'cn.jiajunhui:ijkplayer:342_088_012'
//ijk官方的解码库依赖，较少格式版本且不支持HTTPS。
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv7a:0.8.8'
# Other ABIs: optional
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv5:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-arm64:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86_64:0.8.8'
}
使用ijkplayer + ExoPlayer + MediaPlayer
dependencies {
//该依赖包含exoplayer解码和MediaPlayer解码
//注意exoplayer的最小支持SDK版本为16
implementation 'cn.jiajunhui:exoplayer:342_2132_019'
//该依赖包含ijkplayer解码和MediaPlayer解码
implementation 'cn.jiajunhui:ijkplayer:342_088_012'
//ijk官方的解码库依赖，较少格式版本且不支持HTTPS。
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv7a:0.8.8'
# Other ABIs: optional
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-armv5:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-arm64:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86:0.8.8'
implementation 'tv.danmaku.ijk.media:ijkplayer-x86_64:0.8.8'
}
最后，在进行代码混淆时，还需要在proguard中添加如下混淆规则。
-keep public class * extends android.view.View{*;}
-keep public class * implements com.kk.taurus.playerbase.player.IPlayer{*;}
添加完解码器之后，接下来只需要在应用的Application中初始化解码器，然后就可以使用了。
public class App extends Application {
@Override
public void onCreate() {
//...
//如果您想使用默认的网络状态事件生产者，请添加此行配置。
//并需要添加权限 android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE
PlayerConfig.setUseDefaultNetworkEventProducer(true);
//初始化库
PlayerLibrary.init(this);
//如果添加了'cn.jiajunhui:exoplayer:xxxx'该依赖
ExoMediaPlayer.init(this);
//如果添加了'cn.jiajunhui:ijkplayer:xxxx'该依赖
IjkPlayer.init(this);
//播放记录的配置
//开启播放记录
PlayerConfig.playRecord(true);
PlayRecordManager.setRecordConfig(
new PlayRecordManager.RecordConfig.Builder()
.setMaxRecordCount(100)
//.setRecordKeyProvider()
//.setOnRecordCallBack()
.build());
}
}
然后，在业务代码中开始播放即可。
ListPlayer.get().play(DataSource(url))
不过，有一个缺点是，PlayerBase并没有提供缓存方案，即播放过的视频再次播放的时候还是会消耗流量，这就违背了我们的设计初衷，那有没有一种可以支持缓存，同时对PlayerBase侵入性比较小的方案呢？答案是有的，那就是AndroidVideoCache。
三、AndroidVideoCache
3.1 基本原理
AndroidVideoCache 通过代理的策略实现一个中间层，然后我们的网络请求会转移到本地实现的代理服务器上，这样我们真正请求的数据就会被代理拿到，接着代理一边向本地写入数据，一边根据我们需要的数据看是读网络数据还是读本地缓存数据，从而实现数据的复用。
经过实际测试，我发现它的流程如下：首次使用时使用的是网络的数据，后面再次使用相同的视频时就会读取本地的。由于，AndroidVideoCache可以配置缓存文件的大小，所以，再加载视频前，它会重复前面的策略，工作原理图如下。
3.2 基本使用
和其他的插件使用流程一样，首先需要我们在项目中添加AndroidVideoCache依赖。
dependencies {
compile 'com.danikula:videocache:2.7.1'
}
然后，在全局初始化一个本地代理服务器，我们选择在Application的实现类中进行全局初始化。
public class App extends Application {
private HttpProxyCacheServer proxy;
public static HttpProxyCacheServer getProxy(Context context) {
App app = (App) context.getApplicationContext();
return app.proxy == null ? (app.proxy = app.newProxy()) : app.proxy;
}
private HttpProxyCacheServer newProxy() {
return new HttpProxyCacheServer(this);
}
}
当然，初始化的代码也可以写到其他的地方，比如我们的公共Module。有了代理服务器之后，我们在使用的地方把网络视频url替换成下面的方式。
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
HttpProxyCacheServer proxy = getProxy();
String proxyUrl = proxy.getProxyUrl(VIDEO_URL);
videoView.setVideoPath(proxyUrl);
}
当然，AndroidVideoCache还提供了很多的自定义规则，比如缓存文件的大小、文件的个数，以及缓存位置等。
private HttpProxyCacheServer newProxy() {
return new HttpProxyCacheServer.Builder(this)
.maxCacheSize(1024 * 1024 * 1024)
.build();
}
private HttpProxyCacheServer newProxy() {
return new HttpProxyCacheServer.Builder(this)
.maxCacheFilesCount(20)
.build();
}
private HttpProxyCacheServer newProxy() {
return new HttpProxyCacheServer.Builder(this)
.cacheDirectory(getVideoFile())
.maxCacheSize(512 * 1024 * 1024)
.build();
}
/**
* 缓存路径
**/
public File getVideoFile() {
String path = getExternalCacheDir().getPath() + "/video";
File file = new File(path);
if (!file.exists()) {
file.mkdir();
}
return file;
}
当然，我们还可以使用的MD5方式生成一个key作为文件的名称。
public class MyFileNameGenerator implements FileNameGenerator {
public String generate(String url) {
Uri uri = Uri.parse(url);
String videoId = uri.getQueryParameter("videoId");
return videoId + ".mp4";
}
}
...
HttpProxyCacheServer proxy = HttpProxyCacheServer.Builder(context)
.fileNameGenerator(new MyFileNameGenerator())
.build()
除此之外，AndroidVideoCache还支持添加一个自定义的HeadersInjector，用来在请求时候添加自定义的请求头。
public class UserAgentHeadersInjector implements HeaderInjector {
@Override
public Map<String, String> addHeaders(String url) {
return Maps.newHashMap("User-Agent", "Cool app v1.1");
}
}
private HttpProxyCacheServer newProxy() {
return new HttpProxyCacheServer.Builder(this)
.headerInjector(new UserAgentHeadersInjector())
.build();
}
3.3 源码分析
前面我们说过，AndroidVideoCache 通过代理的策略实现一个中间层，然后再网络请求时通过本地代理服务去实现真正的请求，这样操作的好处是不会产生额外的请求，并且在缓存策略上，AndroidVideoCache使用了LruCache缓存策略算法，不用去手动维护缓存区的大小，真正做到解放双手。首先，我们来看一下HttpProxyCacheServer类。
public class HttpProxyCacheServer {
private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger("HttpProxyCacheServer");
private static final String PROXY_HOST = "127.0.0.1";
private final Object clientsLock = new Object();
private final ExecutorService socketProcessor = Executors.newFixedThreadPool(8);
private final Map<String, HttpProxyCacheServerClients> clientsMap = new ConcurrentHashMap<>();
private final ServerSocket serverSocket;
private final int port;
private final Thread waitConnectionThread;
private final Config config;
private final Pinger pinger;
public HttpProxyCacheServer(Context context) {
this(new Builder(context).buildConfig());
}
private HttpProxyCacheServer(Config config) {
this.config = checkNotNull(config);
try {
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName(PROXY_HOST);
this.serverSocket = new ServerSocket(0, 8, inetAddress);
this.port = serverSocket.getLocalPort();
IgnoreHostProxySelector.install(PROXY_HOST, port);
CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
this.waitConnectionThread = new Thread(new WaitRequestsRunnable(startSignal));
this.waitConnectionThread.start();
startSignal.await(); // freeze thread, wait for server starts
this.pinger = new Pinger(PROXY_HOST, port);
LOG.info("Proxy cache server started. Is it alive? " + isAlive());
} catch (IOException | InterruptedException e) {
socketProcessor.shutdown();
throw new IllegalStateException("Error starting local proxy server", e);
}
}
...
public static final class Builder {
/**
* Builds new instance of {@link HttpProxyCacheServer}.
*
* @return proxy cache. Only single instance should be used across whole app.
*/
public HttpProxyCacheServer build() {
Config config = buildConfig();
return new HttpProxyCacheServer(config);
}
private Config buildConfig() {
return new Config(cacheRoot, fileNameGenerator, diskUsage, sourceInfoStorage, headerInjector);
}
}
}
可以看到，构造函数首先使用本地的localhost地址，创建一个 ServerSocket 并随机分配了一个端口，然后通过 getLocalPort 拿到服务器端口，用来和服务器进行通信。接着，创建了一个线程 WaitRequestsRunnable，里面有一个startSignal信号变量。
@Override
public void run() {
startSignal.countDown();
waitForRequest();
}
private void waitForRequest() {
try {
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
Socket socket = serverSocket.accept();
LOG.debug("Accept new socket " + socket);
socketProcessor.submit(new SocketProcessorRunnable(socket));
}
} catch (IOException e) {
onError(new ProxyCacheException("Error during waiting connection", e));
}
}
服务器的整个代理的流程是，先构建一个全局的本地代理服务器 ServerSocket，指定一个随机端口，然后新开一个线程，在线程的 run 方法里通过accept() 方法监听服务器socket的入站连接，accept() 方法会一直阻塞，直到有一个客户端尝试建立连接。
有了代码服务器之后，接下来就是客户端的Socket。我们先从代理替换url地方开始看：
HttpProxyCacheServer proxy = getProxy();
String proxyUrl = proxy.getProxyUrl(VIDEO_URL);
videoView.setVideoPath(proxyUrl);
其中，HttpProxyCacheServer 中的 getProxyUrl()方法源码如下。
public String getProxyUrl(String url, boolean allowCachedFileUri) {
if (allowCachedFileUri && isCached(url)) {
File cacheFile = getCacheFile(url);
touchFileSafely(cacheFile);
return Uri.fromFile(cacheFile).toString();
}
return isAlive() ? appendToProxyUrl(url) : url;
}
可以看到，上面的代码就是AndroidVideoCache的核心的功能：如果本地已经缓存了，就直接使用本地的Uri，并且把时间更新下，因为LruCache是根据文件被访问的时间进行排序的，如果文件没有被缓存那么就调用isAlive() 方法，isAlive()方法会ping一下目标url，确保url是一个有效的。
private boolean isAlive() {
return pinger.ping(3, 70); // 70+140+280=max~500ms
}
如果用户是通过代理访问的话，就会ping不通，这样就还是使用原生的url，最后进入appendToProxyUrl ()方法里面。
private String appendToProxyUrl(String url) {
return String.format(Locale.US, "http://%s:%d/%s", PROXY_HOST, port, ProxyCacheUtils.encode(url));
}
接着，socket会被包裹成一个runnable，发配给线程池。
socketProcessor.submit(new SocketProcessorRunnable(socket));
private final class SocketProcessorRunnable implements Runnable {
private final Socket socket;
public SocketProcessorRunnable(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
processSocket(socket);
}
}
private void processSocket(Socket socket) {
try {
GetRequest request = GetRequest.read(socket.getInputStream());
LOG.debug("Request to cache proxy:" + request);
String url = ProxyCacheUtils.decode(request.uri);
if (pinger.isPingRequest(url)) {
pinger.responseToPing(socket);
} else {
HttpProxyCacheServerClients clients = getClients(url);
clients.processRequest(request, socket);
}
} catch (SocketException e) {
// There is no way to determine that client closed connection http://stackoverflow.com/a/10241044/999458
// So just to prevent log flooding don't log stacktrace
LOG.debug("Closing socket… Socket is closed by client.");
} catch (ProxyCacheException | IOException e) {
onError(new ProxyCacheException("Error processing request", e));
} finally {
releaseSocket(socket);
LOG.debug("Opened connections: " + getClientsCount());
}
}
processSocket()方法会处理所有的请求进来的Socket，包括ping的和VideoView.setVideoPath(proxyUrl)的Socket，我们重点看一下 else语句里面的代码。这里的 getClients()方法里面有一个ConcurrentHashMap，重复url返回的是同一个HttpProxyCacheServerClients。
private HttpProxyCacheServerClients getClients(String url) throws ProxyCacheException {
synchronized (clientsLock) {
HttpProxyCacheServerClients clients = clientsMap.get(url);
if (clients == null) {
clients = new HttpProxyCacheServerClients(url, config);
clientsMap.put(url, clients);
}
return clients;
}
}
如果是第一次请求的url，HttpProxyCacheServerClients并被put到ConcurrentHashMap中。而真正的网络请求都在 processRequest ()方法中进行操作，并且需要传递过去一个GetRequest 对象，包括是一个url和rangeoffset以及partial的包装类。
public void processRequest(GetRequest request, Socket socket) throws ProxyCacheException, IOException {
startProcessRequest();
try {
clientsCount.incrementAndGet();
proxyCache.processRequest(request, socket);
} finally {
finishProcessRequest();
}
}
其中，startProcessRequest 方法会得到一个新的HttpProxyCache 类对象。
private synchronized void startProcessRequest() throws ProxyCacheException {
proxyCache = proxyCache == null ? newHttpProxyCache() : proxyCache;
}
private HttpProxyCache newHttpProxyCache() throws ProxyCacheException {
HttpUrlSource source = new HttpUrlSource(url, config.sourceInfoStorage);
FileCache cache = new FileCache(config.generateCacheFile(url), config.diskUsage);
HttpProxyCache httpProxyCache = new HttpProxyCache(source, cache);
httpProxyCache.registerCacheListener(uiCacheListener);
return httpProxyCache;
}
此处，我们构建一个基于原生url的HttpUrlSource ，这个类对象负责持有url，并开启HttpURLConnection来获取一个InputStream，这样就可以使用这个输入流来读取数据了，同时也创建了一个本地的临时文件，一个以.download结尾的临时文件，这个文件在成功下载完后的 FileCache 类中的 complete 方法中被更名。执行完上面的操作之后，然后这个HttpProxyCache 对象就开始 调用processRequest()方法。
public void processRequest(GetRequest request, Socket socket) throws IOException, ProxyCacheException {
OutputStream out = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
String responseHeaders = newResponseHeaders(request);
out.write(responseHeaders.getBytes("UTF-8"));
long offset = request.rangeOffset;
if (isUseCache(request)) {
responseWithCache(out, offset);
} else {
responseWithoutCache(out, offset);
}
}
拿到一个OutputStream的输出流后，我们就可以往sd卡中写数据了，如果不用缓存就走常规逻辑，这里我们只看走缓存的逻辑，即responseWithCache()。
private void responseWithCache(OutputStream out, long offset) throws ProxyCacheException, IOException {
byte[] buffer = new byte[DEFAULT_BUFFER_SIZE];
int readBytes;
while ((readBytes = read(buffer, offset, buffer.length)) != -1) {
out.write(buffer, 0, readBytes);
offset += readBytes;
}
out.flush();
}
public int read(byte[] buffer, long offset, int length) throws ProxyCacheException {
ProxyCacheUtils.assertBuffer(buffer, offset, length);
while (!cache.isCompleted() && cache.available() < (offset + length) && !stopped) {
readSourceAsync();
waitForSourceData();
checkReadSourceErrorsCount();
}
int read = cache.read(buffer, offset, length);
if (cache.isCompleted() && percentsAvailable != 100) {
percentsAvailable = 100;
onCachePercentsAvailableChanged(100);
}
return read;
}
在while循环里面，开启了一个新的线程sourceReaderThread，其中封装了一个SourceReaderRunnable的Runnable，这个异步线程用来给cache，也就是本地文件写数据，同时还更新一下当前的缓存进度。
同时，另一个SourceReaderRunnable线程会从cache中去读数据，在缓存结束后会发送一个通知通知缓存完了，外界可以去调用了。
int sourceAvailable = -1;
int offset = 0;
try {
offset = cache.available();
source.open(offset);
sourceAvailable = source.length();
byte[] buffer = new byte[ProxyCacheUtils.DEFAULT_BUFFER_SIZE];
int readBytes;
while ((readBytes = source.read(buffer)) != -1) {
synchronized (stopLock) {
if (isStopped()) {
return;
}
cache.append(buffer, readBytes);
}
offset += readBytes;
notifyNewCacheDataAvailable(offset, sourceAvailable);
}
tryComplete();
onSourceRead();
到此，AndroidVideoCache的核心缓存流程就分析完了。总的来说，AndroidVideoCache在请求时回先使用本地的代理方式，然后开启一系列的缓存逻辑，并在缓存完成后发出通知，当再次请求的时候，如果本地已经进行了文件缓存，就会优先使用本地的数据。
