搭建互动应用

前言

本文从前端的角度出发，简单地介绍了搭建互动应用的一种思路，提供了在线互动、中途加入两个场景的一种解决思路，最后简单介绍了互动应用在实践中的优化方向。通过阅读你可以了解到：

• 何为互动应用
• 一次互动过程的实现
• 中途加入的同步
• 互动应用的优化方向

何为互动应用

互动，即互相作用，互相交流。互动应用提供了一种用户互相交流的方式，互联网用户可通过打开应用同一页面，通过操作页面元素的方式互动，达到分享、交流的目的。

一个简单的使用场景

如下图，在一个线下课堂场景中，教师和学生通过语言、文字等媒介进行信息互动，这个过程是双向、信息同步的。在今年疫情期间，很多学校都采用线上课堂的形式进行上课，如何使线上授课的体验接近甚至超越线下呢？这就需要一种互动应用基于双向、信息同步的前提，提供线上授课的功能。

举个例子来说，老师在应用中打开一份课件，学生需要同时看到这份课件，且授课过程中针对该课件的操作，也能一一被同一课堂的学生们接收到；反过来学生也能操作该课件，并被老师和其他学生接收到。

老师通过该应用可在授课的同时，即时接收学生的反馈，甚至让学生们参与到线上课堂的互动中。

一次互动过程的实现

如何达到信息同步的效果呢？信息同步，即状态同步。在线上授课的场景中，老师操作课件，为了使学生能看到最新的课件信息，需要在当前课件的基础上，加上老师操作课件的状态，达到更新课件状态的目的。

抽象来说，当前状态 + 增量状态 = 最新状态；

另一方面，对课件的操作，需要通过网络传输到其他端，这就需要将行为序列化和反序列化；

总的来说，一次完整的互动过程包含行为产生与行为序列化、行为数据传输、反序列化与行为同步三个过程，如下图，A端触发了一个行为时，经过序列化产生相应的行为数据，数据传输到B端后，B端经过反序列化后恢复相同的行为，完成了一次“行为——行为”的同步。

1. 行为产生与行为序列化

为了完成行为的同步，需要将行为抽象为指令数据，经过优化处理后得到最终的数据，这个过程就是序列化的过程。

2. 行为数据传输

互动应用具备实时性，数据传输一般采用WebSocket等即时通信技术完成。

3. 反序列化与行为同步

收到数据后，对行为数据进行反序列化，再触发应用执行相应的行为，完成行为同步。

中途加入的同步

上面阐述了同时连线的端的互动过程，但互动应用的实际使用场景中存在用户中途加入的情况。比如，老师上课持续一段时间后，学生才上线加入课堂。在这个场景中，需要考虑如何使用户恢复最新的页面状态，从而保证后续互动的同步性。

实现中途加入同步的前提

为了保证恢复历史状态的可行性，互动应用的状态需要被完全记录在数据中，确保这份数据能用于恢复应用的页面状态

中途加入同步的过程

如下图，A和B是同时在线互动的两端。C端中途加入后，首先初始化页面状态a，然后获取diff状态应用到页面中，得到状态b；

有一点需要注意，当C端中途加入的同步期间其他两端发生互动时，此时C端的b 状态实际上并非页面的最新状态（如下图），所以需要restoreTweenMsg这一步来完成a-c状态期间的消息恢复，保证C端状态与A、B相同

互动应用的优化方向

消息轻量化

当互动应用的用户达到较大数量级别时，数据传输会对服务造成很大的压力。从前端的角度看，消息轻量化能一定程度缓解该问题。以下从压缩、精简、稀疏三个优化方向完成消息轻量化

压缩

发送端对消息进行压缩，通过减小消息体积降低服务压力；接收端收到后再进行解压。

精简

如下图，发送端通过编译器中间件，将指令数据进行精简，减小消息体积；接收端通过解释器中间件将数据恢复。

稀疏

针对密集持续、且过程态没有副作用的指令，通过稀疏指令，减少指令数量，收到稀疏指令后进行补间运算，使其平滑

同步加速

当用户中途加入时，在历史数据较大情况下，同步速度可能受到影响，直接影响用户体验。在同步过程中，历史数据传输耗时占比较大，可通过加快历史数据传输来加速同步。

分片同步

当模型数据较大时，直接传输会出现丢数据的情况；采用分片方式进行数据传输，可保证数据的完整性，但该方案极度依赖WebSocket的发送传输速度

被动上传同步

当用户A中途加入时，将发消息向其他用户获取历史数据，被请求用户将数据上传后，通过WebSocket将下载链接通知用户A，用户A获取链接后，下载得到历史数据。该方案相比上述方案快，但同步链路较长，中途加入的用户仍然需要一定时间。

定时上传同步

设置一个定时上传历史数据的端，当用户中途加入时，直接向服务器请求数据。该方案通过缩短同步链路，进一步提升同步速度。该方案需要考虑数据上传与获取时间差引起的状态差异，需要做状态的恢复。