[移动开发] ios 弹幕过滤敏感词方案对比和性能测试

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[移动开发]ios 弹幕过滤敏感词方案对比和性能测试

在看视频的过程中, 很多用户会发弹幕, 当前用户可以设置过滤敏感词和敏感用户,? 设置后, 命中敏感词和敏感用户的弹幕就不会显示.?

敏感词和敏感用户的设置上限为各100.
由客户端进行过滤,
不区分大小写, 比如用户设置了"abc",? 其他用户发送了"ABC"或者"Abc", 都不显示.

过滤敏感用户

服务器对发送弹幕的用户ID做了16位的md5, 比如用户ID为12345, 经过16位MD5加密后为EA8A706C4C34A168, 客户端使用弹幕发送者的ID和数组(最多100个)中的敏感用户ID进行匹配,如果匹配到了就不展示该弹幕.

一开始的做法, 服务器返回了敏感用户的数组, 客户端使用数组的-?containsObject进行处理, 功能是可以完成, 但是由于containsObject 内部实现是做了一次O(N)的遍历, 假设有1W个敏感用户, 每条弹幕都需要循环1W次, 效率很差, 我们采用了生成一个NSSet, 使用Set的containsObject 进行判断, 这样时间复杂度就降到了O(1).

过滤敏感词

由于需要忽略弹幕中的大小写, 直接使用[NSString containsString:@""] 是不行的,? 经过一顿搜索, 使用谓词?可以忽略敏感词里的大小写.? 假设 @"abc" 为敏感词

NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",@"abc"];
BOOL result1 = [pred evaluateWithObject:@"Abc"];
BOOL result2 = [pred evaluateWithObject:@"ABCD"];
BOOL result3 = [pred evaluateWithObject:@"ABC"];
BOOL result4 = [pred evaluateWithObject:@"AC"];
// 打印结果  1   1   1  0
NSLog(@"%d  %d  %d  %d",result1, result2, result3, result4);

可以达成效果,? 很快写下了这样的代码. 自测通过, 继续做其他功能 ...

// self.keyWordArray 为用户设置的敏感词构成的数组
// self.danMu 为其他用户发送的弹幕, 判断此条弹幕是否合法
for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
    NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",keyWord];
    BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
    if (result) {
        NSLog(@"方案1 -- %@",keyWord);
    }
}

提测之后, 测试环境一切正常, 但是到了正式环境上, 发现弹幕存在卡顿,? 由于测试环境的弹幕普遍不多(基本不超过100条),? 而正式环境上的弹幕很多都是几千条,在一个3W条弹幕的视频进行测试, 可以感受到明显的卡顿.

抓紧时间进行优化

优化判断时机,?
缓存NSPredicate对象

优化判断时机,

之前的做法是在开始播放后进行全量的数据判断, 比如说总计有1W条弹幕, 开始播放后, 立即逐个判断弹幕是否合法, 然后存到新数组中, 从新数组中查找弹幕进行展示, 这样的做法就是会导致刚开始播放CPU很高, 而且所有数据处理完成后才能展示弹幕, 在加过滤功能之前, 只要开始播放就可以展示弹幕, 而现在要等2-3S才能开始展示弹幕.

修改判断的时机, 在每次取出弹幕的时候进行判断, 比如这1s取出100条弹幕, 那只判断这100条弹幕是否合法, 不判断全量数据, 虽然判断的总数没有变化, 但是每次判断量很小, 弹幕可以很快出现. 把一个CPU占用的高峰, 分配到了播放的过程中, 平滑CPU的波动.

缓存NSPredicate对象

使用xcode -> instrument查看CPU占用, 发现生成谓词对象和使用谓词判断占用了很多cpu时间, 由于谓词对象是和服务器返回的敏感词绑定的, 而且在播放的过程中没有变化, 可以使用数组来缓存谓词对象, 不需要在每次判断生成一次.

假设总计有1W条弹幕+100个敏感词?进行判断, 那么原始的写法会生成 100W 个临时谓词变量
如果采用缓存谓词对象后, 只需在服务器返回数据后生成100次即可, 后续都是取出谓词进行判断, 可以节省大约100W次谓词生成占用的CPU消耗.
弹幕数量越多, 缓存的优势越明显.

for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
    // 生成谓词对象很费时间
    NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",keyWord];
    BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
}

优化后写法 🔽🔽🔽

for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
    // 数组缓存谓词对象, 取出谓词进行判断
    NSPredicate *pred = [self.predArray objectAtIndex:i];
    BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
}

由于多用了缓存, 自然关心一下内存的增长, 如果缓存的谓词对象太大, 导致内存上升几十M,甚至上百M, 那么这个方案,肯定不会通过.

新建一个项目进行验证, 无关因素少, 验证后发现 100个谓词的大小可以忽略不计,

原始内存占用 ?106M
缓存数据后占用 ?319M,
缓存谓词占用增量为213M, 总计缓存100W个谓词对象,平均1W个谓词对象占用2.13M,
单个谓词占用约0.2K,实际项目中100个内存占用约20K,可忽略不计

经过了这2个优化, 播放的卡顿已经没有了,按时上线.

以为这就完事了, NO,NO,NO, 虽然经过了优化, 但是谓词判断是否包含占用还是有点大, 就是这一行. 这个是每条弹幕都会调用的, 再找找有没有其他方案进行优化.

BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];

在xcode中搜索是不区分大小写的, 而且搜索很快, 比如搜索 ABC, 是可以搜出来 abc, Abc, ABc, 那么系统应该提供出了类似的api,? 在NSString下搜索contain, 找到了这2个API,?

- (BOOL)localizedCaseInsensitiveContainsString:(NSString *)str;
返回一个布尔值，通过执行不区分大小写、区分区域设置的搜索，指示该字符串是否包含给定字符串。
- (BOOL)localizedStandardContainsString:(NSString *)str;
返回一个布尔值，该值指示字符串是否包含给定字符串，方法是执行不区分大小写和变音符号的区域设置搜索。

通过阅读官方的注释文档, 2个方法很接近, 区别在于是否区分变音符号, 对中文和英文来说应该没有区别. 这2个api最终都会调用此方法.?

- (NSRange)rangeOfString:(NSString *)searchString options:(NSStringCompareOptions)mask range:(NSRange)rangeOfReceiverToSearch locale:(nullable NSLocale *)locale

其中有2个参数着重说下?NSStringCompareOptions 和 NSLocale,?

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSStringCompareOptions) {
    NSCaseInsensitiveSearch = 1,
    NSLiteralSearch = 2,		/* Exact character-by-character equivalence */
    NSBackwardsSearch = 4,		/* Search from end of source string */
    NSAnchoredSearch = 8,		/* Search is limited to start (or end, if NSBackwardsSearch) of source string */
    NSNumericSearch = 64,		/* Added in 10.2; Numbers within strings are compared using numeric value, that is, Foo2.txt < Foo7.txt < Foo25.txt; only applies to compare methods, not find */
    NSDiacriticInsensitiveSearch API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0)) = 128, /* If specified, ignores diacritics (o-umlaut == o) */
    NSWidthInsensitiveSearch API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0)) = 256, /* If specified, ignores width differences ('a' == UFF41) */
    NSForcedOrderingSearch API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0)) = 512, /* If specified, comparisons are forced to return either NSOrderedAscending or NSOrderedDescending if the strings are equivalent but not strictly equal, for stability when sorting (e.g. "aaa" > "AAA" with NSCaseInsensitiveSearch specified) */
    NSRegularExpressionSearch API_AVAILABLE(macos(10.7), ios(3.2), watchos(2.0), tvos(9.0)) = 1024    /* Applies to rangeOfString:..., stringByReplacingOccurrencesOfString:..., and replaceOccurrencesOfString:... methods only; the search string is treated as an ICU-compatible regular expression; if set, no other options can apply except NSCaseInsensitiveSearch and NSAnchoredSearch */
};

NSCaseInsensitiveSearch = 1,//不区分大小写的搜索
NSLiteralSearch = 2, ? ? ? ?/* 精确的逐个字符串等价, - isEqualToString, Exact character-by-character equivalence */
NSBackwardsSearch = 4, ? ? ?/*从源字符串的末尾搜索、 Search from end of source string */
NSAnchoredSearch = 8, ? ? ? /*搜索仅限于开始（或结束，如果是从末尾开始的搜索）源字符串 Search is limited to start (or end, if NSBackwardsSearch) of source string */
NSNumericSearch = 64, ? ? ? /*。用字符串中的数字的值进行比较， Added in 10.2; Numbers within strings are compared using numeric value, that is, Foo2.txt < Foo7.txt < Foo25.txt; only applies to compare methods, not find */
NSDiacriticInsensitiveSearch = 128, /*搜索忽略变音符号。 If specified, ignores diacritics (o-umlaut == o) */
NSWidthInsensitiveSearch = 256 /* 搜索忽略具有全宽和半宽形式的字符的宽度差异，例如在东亚字符串集。If specified, ignores width differences ('a' == UFF41) */
NSForcedOrderingSearch = 512 /* 如果字符串是等效的但不是严格相等的，比较会被强制返回same，例如 "aaa"和"AAA" 会返回same。 */
NSRegularExpressionSearch = 1024?/* 只在rangeOfString:...、stringByReplacingOccurrencesOfString:...和replaceOccurrencesOfString:...方法中适用。搜索字符串被视为与ICU兼容的正则表达式。如果设置了这个选项，那么其余选项除了NSCaseInsensitiveSearch和NSAnchoredSearch，别的都不能使用 */

看来这2个的api差别就在于有没有设置NSDiacriticInsensitiveSearch ,? 同时还发现支持忽略标点符号,设置NSWidthInsensitiveSearch, 就可以忽略中文英文标点.

至于NSLocale, 就参考这篇文章??NSLocale的重要性和用法简介 - 简书

到此, 我们已经有4个方案了, 对比一下4个方案的性能,?

使用谓词, 不缓存谓词, 每次使用临时变量
使用谓词, 缓存谓词, 把谓词对象缓存到集合中
使用NSString的方法, 使用支持变音的版本, ios9之后可用
使用NSString的方法, 使用不支持变音的版本, ios 8之后可用

总体来看,

使用String的效率比使用谓词要高效很多,
即使缓存谓词, 使用谓词判断的耗时还是使用String判断的2倍以上, 所以, 可以考虑使用谓词方案替换成使用string的方案. 而2个string方案效率差别不大.
使用谓词的好处也是有的, 就是比较灵活, 可以自由组合判断条件, 这点是String做不到的.
使用谓词缓存, 可以提升3倍左右的效率.弹幕数量越多, 缓存的优势越明显.
2个string版本中, 变音版本效率略高, 可能系统在ios9之后偷偷优化了实现, 推荐使用
使用forin遍历效率比block遍历的效率略高一点点, 但是差别不大. 实际开发中基本无感觉

?最后, 附上压力测试的代码:?

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
/// 敏感词数组
@property (nonatomic, strong) NSArray *keyWordArray;
/// 用户发送的文案
@property (nonatomic, copy) NSString *danMu;
// 遍历使用的方式
@property (nonatomic, assign) NSInteger type;

// 缓存谓词对象
@property (nonatomic, strong) NSArray <NSPredicate *>*predArray;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 模拟数据,压力测试, 假设有100W条敏感词
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:10000];
    for (NSInteger i = 0; i<10000 * 100; i++) {
        [array addObject:NSUUID.UUID.UUIDString];
    }
    [array addObject:@"敏感词1a"];
    self.keyWordArray = [array copy];
    self.danMu = @"来了,敏感词1A";
    self.type = 1;

    // 提前处理好谓词数组
    NSMutableArray *predArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:self.keyWordArray.count];
    for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
        NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",keyWord];
        [predArray addObject:pred];
    }
    self.predArray = [predArray copy];

#pragma mark - 开始测试
    // 100W条数据  3.83S, 3.47S  4.92S forin遍历
    // 100W条数据  4.62S, 3.64S  4.01S block遍历, 使用block遍历还要略慢一点
    // 缓存谓词结果后,100W条数据 0.67S  0.83S  0.71S, 比下面的2种方案性能还是差, 但是在可接受范围内

    CFTimeInterval start = CACurrentMediaTime();
    [self test1];
    CFTimeInterval end = CACurrentMediaTime();
    NSLog(@"方案1  %@",@(end-start));


    // 提前处理好谓词缓存
    // 100W条数据  1.37S  1.18S  1.24S  forin遍历
    // 100W条数据  1.24S  1.26S  1.25S  block遍历
    // 原始内存占用  106M
    // 缓存数据后占用  319M,
    // 缓存占用增量为213M,缓存100W个对象,平均1W个对象占用2.13M,单个谓词占用0.2K,实际项目中100个内存占用约20K, 可忽略不计
    start = CACurrentMediaTime();
    [self test11];
    end = CACurrentMediaTime();
    NSLog(@"方案11  %@",@(end-start));


    // 100W条数据  0.54S  0.37S  0.37S  forin遍历
    // 100W条数据  0.52S  0.43S  0.46S block遍历
    start = CACurrentMediaTime();
    [self test2];
    end = CACurrentMediaTime();
    NSLog(@"方案2  %@",@(end-start));

    // 100W条数据  0.58S  0.39S  0.49S  forin遍历
    // 100W条数据  0.65S 0.44S  0.47S block遍历
    start = CACurrentMediaTime();
    [self test3];
    end = CACurrentMediaTime();
    NSLog(@"方案3  %@",@(end-start));
#pragma mark 结束测试
}


- (void)test1 {
    // 方案1, 使用谓词,可以比较,不区分大小写
    if (self.type == 0) {
        for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
            // 生成谓词对象很费时间,可以用数组缓存谓词对象
            NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",keyWord];
            BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
            if (result) {
                NSLog(@"方案1 -- %@",keyWord);
            }
        }
    } else if (self.type == 1) {
        [self.keyWordArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull keyWord, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
            NSPredicate *pred = [NSPredicate predicateWithFormat:@"SELF CONTAINS [cd] %@",keyWord];
            BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
            if (result) {
                NSLog(@"方案1 -- %@",keyWord);
            }
        }];
    }
}

- (void)test11 {
    // 方案11, 使用谓词,缓存谓词结果
    if (self.type == 0) {
        NSInteger i = 0;
        for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
            // 生成谓词对象很费时间,可以用数组缓存谓词对象
            NSPredicate *pred = [self.predArray objectAtIndex:i];
            BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
            if (result) {
                NSLog(@"方案11 -- %@",keyWord);
            }
            i++;
        }
    } else if (self.type == 1) {
        [self.keyWordArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull keyWord, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
            NSPredicate *pred = [self.predArray objectAtIndex:idx];
            BOOL result = [pred evaluateWithObject:self.danMu];
            if (result) {
                NSLog(@"方案11 -- %@",keyWord);
            }
        }];
    }
}

// 支持变音版本
- (void)test2 {
    if (self.type == 0) {
        for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
            BOOL result = [self.danMu localizedStandardContainsString:keyWord];
            if (result) {
                NSLog(@"方案2 -- %@",keyWord);
            }
        }
    } else if (self.type == 1) {
        [self.keyWordArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull keyWord, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
            BOOL result = [self.danMu localizedStandardContainsString:keyWord];
            if (result) {
                NSLog(@"方案2 -- %@",keyWord);
            }
        }];
    }

}

// 不支持变音版本
- (void)test3 {

    if (self.type == 0) {
        for (NSString *keyWord in self.keyWordArray) {
            BOOL result = [self.danMu localizedCaseInsensitiveContainsString:keyWord];
            if (result) {
                NSLog(@"方案3 -- %@",keyWord);
            }
        }
    } else if (self.type == 1) {
        [self.keyWordArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull keyWord, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
            BOOL result = [self.danMu localizedCaseInsensitiveContainsString:keyWord];
            if (result) {
                NSLog(@"方案3 -- %@",keyWord);
            }
        }];
    }
}


// 忽略大小写进行比较是否相等,
- (void)test10 {
    NSComparisonResult result = [@"abc" caseInsensitiveCompare:@"ABc"];
//    a < b   , NSOrderedAscending. -1
//    a == b  , NSOrderedSame. 0
//    a > b   , NSOrderedDescending. 1
    NSLog(@"caseInsensitiveCompare -- %zd",result);
}


@end