系统架构

Monibuca V6 是一个使用 Rust 编写的高性能流媒体服务器引擎。本文介绍其整体架构设计。

交互式架构图

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整体架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Monibuca Engine                          │
│                                                                 │
│  ┌──────────┐    ┌─────────────────┐    ┌───────────────────┐  │
│  │ Protocol │    │  StreamManager  │    │  PluginManager    │  │
│  │ Plugins  │───▶│                 │◀───│                   │  │
│  │ (RTMP,   │    │  ┌───────────┐  │    │  init / start /   │  │
│  │  RTSP,   │    │  │ Registry  │  │    │  stop / reload    │  │
│  │  HLS,    │    │  └───────────┘  │    └───────────────────┘  │
│  │  WebRTC, │    │  ┌───────────┐  │    ┌───────────────────┐  │
│  │  SRT...) │    │  │ Lifecycle │  │    │  EngineContext    │  │
│  └──────────┘    │  └───────────┘  │    │  (IoC Container)  │  │
│                  │  ┌───────────┐  │    └───────────────────┘  │
│                  │  │ WaitQueue │  │                            │
│                  │  └───────────┘  │    ┌───────────────────┐  │
│                  └────────┬────────┘    │  ConfigManager    │  │
│                           │             │  (YAML + API)     │  │
│                           ▼             └───────────────────┘  │
│         ┌─────────────────────────────────────┐                │
│         │          Stream Instance             │                │
│         │                                      │                │
│         │  Publisher ──▶ RingBuffer ──▶ Dispatcher ──▶ Subs   │
│         │      │            │               │                  │
│         │  VideoTrack   AudioTrack    DispatcherPool           │
│         └─────────────────────────────────────┘                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

数据流

Publisher(推流端)
    │
    ▼
StreamManager.create_publisher(stream_path)
    │
    ├──▶ VideoTrack ──▶ RingBuffer (256 slots, lock-free)
    │                        │
    ├──▶ AudioTrack ──▶ RingBuffer (64 slots, lock-free)
    │                        │
    │                        ▼
    │               Dispatcher / DispatcherPool
    │                   │         │         │
    │                   ▼         ▼         ▼
    │               Queue 1   Queue 2   Queue N
    │              (bounded)  (bounded)  (bounded)
    │                   │         │         │
    └──▶ WaitQueue      ▼         ▼         ▼
         (等待列表)  Subscriber Subscriber Subscriber
                    (播放端)   (播放端)   (播放端)

核心模块

核心模块位于 src/core/，负责流媒体引擎的底层数据结构和处理逻辑：

模块	文件	职责
buffer	buffer.rs	Lock-free SPMC 环形缓冲区，用于帧存储
frame	frame.rs	AVFrame 音视频帧数据结构
track	track.rs	音视频轨道管理（VideoTrack / AudioTrack）
publisher	publisher.rs	推流者，管理轨道和订阅者列表
subscriber	subscriber.rs	订阅者，从 RingBuffer 消费帧数据
dispatcher	dispatcher.rs	帧分发器，单次读取广播到所有订阅者
pool	pool.rs	对象池（BytesPool、ObjectPool、ThreadLocal 池）
task	task.rs	分层任务系统，支持层级取消
proxy	proxy.rs	拉流/推流代理（Pull Proxy / Push Proxy）
recorder	recorder.rs	流录制框架（FLV / MP4 / fMP4 / HLS）
transformer	transformer.rs	流转换器（订阅源流 → 处理 → 发布新流）
playback	playback.rs	回放速度控制和时间戳缩放
storage	storage.rs	异步存储 trait（io_uring ready）

Crate 结构

Monibuca V6 采用 Cargo Workspace 组织代码，拆分为多个独立 crate：

monibuca/                      # 主 crate（引擎 + 二进制）
├── src/
│   ├── core/                  # 核心数据结构
│   ├── manager/               # StreamManager / PluginManager
│   ├── config/                # 配置管理
│   ├── grpc/                  # gRPC API
│   └── room/                  # 内置房间服务
├── crates/
│   ├── monibuca-codec/        # codec crate — 编解码 + 枚举 + trait
│   ├── monibuca-sdk/          # SDK crate — 插件开发 SDK
│   ├── monibuca-sdk-macros/   # SDK 过程宏
│   ├── m7s-config-framework/  # 配置框架
│   └── m7s-config-macros/     # 配置框架宏
└── plugins/                   # 25 个插件 crate
    ├── rtmp/
    ├── rtsp/
    ├── flv/
    ├── hls/
    ├── webrtc/
    └── ...

Crate 依赖关系

monibuca-codec          ◀── 最底层，零依赖其他 monibuca crate
    ▲
    │
monibuca-sdk            ◀── 插件开发的唯一契约层
    ▲
    │
monibuca (engine)       ◀── 主引擎 crate
    ▲
    │
plugins/*               ◀── 各插件只依赖 SDK

• codec: 定义所有共享类型 — AVFrame、VideoCodec、AudioCodec、VideoFrameType、trait 接口（PublisherApi / SubscriberApi / StreamManagerApi）
• SDK: 封装 codec 并提供插件注册、HTTP 路由、配置 Schema 等开发工具
• 主 crate: 引擎实现，包含 StreamManager、Dispatcher、RingBuffer 等核心逻辑
• plugins/: 各协议和功能插件，仅依赖 SDK crate

插件系统架构

Monibuca V6 支持三种插件加载模式：

模式	Feature Flag	特点
静态编译	static-plugins	编译时链接，性能最优，默认模式
动态加载	dynamic-plugins	.so/.dylib/.dll 运行时加载
WASM 沙箱	—	隔离运行，安全性最高

静态插件通过 Cargo Feature Flags 选择性编译：

Cargo.toml

[features]
default = ["static-plugins"]
rtmp = ["dep:plugin-rtmp"]
rtsp = ["dep:plugin-rtsp"]
webrtc = ["dep:plugin-webrtc"]
all-plugins = ["rtmp", "rtsp", "flv", "hls", "webrtc", "srt", ...] # default full set (no rsmpeg)
all-plugins-rsmpeg = ["all-plugins", "rsmpeg"] # full set with FFmpeg library bindings

技术栈

组件	库	用途
异步运行时	Tokio	事件驱动并发
互斥锁	parking_lot	高性能 Mutex / RwLock
并发哈希表	DashMap	lock-free 流注册表
原子指针交换	ArcSwap	无锁 IDR 列表、订阅者列表
QUIC 传输	Quinn	WebTransport / QUIC 协议支持
零拷贝字节	Bytes	帧数据零拷贝共享
WebRTC	rustrtc	WebRTC 协议栈
gRPC	Tonic	API 服务
数据库	SQLx	录制索引、配置持久化
序列化	Serde + serde_json/serde_yaml	配置和 API 数据格式

性能设计原则

1. Lock-free 优先: RingBuffer 的写操作使用 fetch_add 原子指令，读操作通过 ArcSwap 实现无锁访问
2. 零拷贝: 帧数据通过 Arc<AVFrame> 共享，订阅者之间不复制数据
3. 单次读取广播: Dispatcher 只从 RingBuffer 读取一次帧数据，然后广播给所有订阅者
4. 背压控制: 使用 bounded channel，慢速订阅者丢帧而不阻塞其他订阅者
5. 对象池复用: BytesPool 和 ThreadLocal 池减少热路径上的内存分配