摘要：本文愿從彈幕設計這個場景來描述算法在前端中的應用，我們先來看下實現(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計的思路。軌道軌道這個角色很重要，它可以解決彈幕位置計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。本文愿從彈幕設計這個場景來描述算法在前端中的應用，我們先來看下實現(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計的思路。

如何保證不同字號的彈幕不碰撞

彈幕的位置計算

彈幕的速度控制及動畫實現(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。

彈幕的位置計算

只有設計好彈幕的初始位置，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問題：

彈幕五、六、七該怎么計算位置，按top值循環(huán)取模+累加嗎？

當彈幕一或者彈幕三足夠長的時候，如何準時的跳過當前位置計算？

當前屏幕的彈幕播放結(jié)束，如何再計算的時候利用空出來的位置

空出的位置是否滿足當前彈幕的高度

……

一系列問題就不統(tǒng)統(tǒng)列舉出來了，基于這個背景我們結(jié)合數(shù)學建模的思維方式，找到了彈幕場景相似度非常高的機場運營。我們可以把彈幕當做飛機，每個時間段播放多少彈幕和機場每個時間段放飛多少飛機一個道理。

首都國際機場一共有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。它的運行機制就是所有飛機通過搭臺有順序的共用3條跑道來完成運輸任務的。

同理，我們也設計了幾個個角色：一個是軌道(跑道)、一個是調(diào)度(塔臺)、一個是彈幕(飛機)，我們?yōu)槊總€角色設計一個類分為為Track、Main、Bullet。

軌道

軌道這個角色很重要，它可以解決彈幕位置計算、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跑道呢，我們不是實物，可以動態(tài)調(diào)整軌道的 數(shù)量，計算的原則：

軌道數(shù)量 = 播放器有效高度 / 設備基準字號

播放器有效高度：播放器的實際高度減去控制條的高度，因為彈幕不可以遮擋控制條。

設備基準字號：移動端是10px，pc端是12px；
為啥計算公式是這樣的？因為我們要支持不同字號的彈幕。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，那就帶來很復雜的計算。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 軌道計算示意圖

其次我們來回憶下機場的工作流程：

機長呼叫塔臺，CZ6132請求起飛

目前跑道均被占用，請等待

N時刻后再次執(zhí)行步驟1

目前跑道 A1 空閑，準許進入

執(zhí)行步驟3

塔臺查看跑道使用情況

進入跑道，起飛完成

機長通知塔臺，本次起飛完成，釋放跑道的占用

其他飛機同樣執(zhí)行上述步驟

按照這個思路，我們的彈幕工作流程：

彈幕進入播放器

軌道根據(jù)彈幕的播放速度、尺寸計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，彈幕隊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 軌道可用性計算示意圖

關于軌道的基本原理我們整理清楚了，當然還有不少細節(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。有興趣的同學可以參考代碼吧。https://github.com/bytedance/...

彈幕
彈幕基本是實現(xiàn)“飛機”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行檢查和更新。當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。它的職責如下：

播放器交互控制

彈幕隊列控制

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)進入彈幕隊列，同時啟動定時器。彈幕隊列的數(shù)據(jù)會定期請求軌道，檢測隊列里的彈幕是否可以進入，一旦確認后軌道做好登記，彈幕就可以進入播放器開啟動畫播放了。定時器每隔2秒就會再次更新數(shù)據(jù)進入到彈幕隊列（這塊不同的業(yè)務可以定制不同的規(guī)則）。彈幕播放結(jié)束后會通知調(diào)度和軌道，調(diào)度會在彈幕隊列中移除該彈幕實例，軌道也會移除該彈幕實例的軌道占用。

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