面试题：缓存设计在视频直播实时性保障中的常见策略

Question

在视频直播场景下，为保障实时性，缓存设计通常会采用哪些常见策略？请举例说明每种策略的应用场景及优缺点。

Answer 1

1. 环形缓冲区策略

• 应用场景：在视频流的采集端和处理端之间，当需要持续接收视频数据并进行实时处理时，环形缓冲区可以确保数据的连续供应，防止数据丢失。例如，手机摄像头采集视频数据，在传递给编码器之前，先存入环形缓冲区，编码器从缓冲区中获取数据进行编码。
• 优点：结构简单，易于实现；能够高效地循环利用存储空间，持续存储新数据，不会因空间耗尽而停止数据接收。
• 缺点：若处理速度跟不上写入速度，新数据会覆盖旧数据，导致数据丢失；对缓冲区大小的设置要求较高，过大浪费内存，过小容易溢出。

2. 滑动窗口缓冲区策略

• 应用场景：适用于网络传输过程中，例如视频直播推流端与服务器之间。推流端不断发送视频数据，服务器根据网络状况动态调整接收窗口大小，以适应不同的网络带宽。
• 优点：可根据实时网络状况动态调整缓存窗口大小，有效应对网络波动，减少数据重传，提高传输效率。
• 缺点：实现相对复杂，需要额外的机制来管理窗口的滑动和数据的确认；如果窗口大小调整不当，可能会导致数据堆积或丢失。

3. 固定大小缓冲区策略

• 应用场景：在一些对实时性要求极高且数据量相对稳定的场景，如本地视频实时预览。设备将采集到的视频数据存入固定大小的缓冲区，然后直接显示，无需考虑网络等复杂因素。
• 优点：简单直观，易于管理；内存占用稳定，不会因缓存动态变化而导致系统资源分配问题。
• 缺点：缺乏灵活性，若数据量突然增大，缓冲区容易溢出；若数据量较小，会造成内存浪费。