容來源：2017年6月24日，梨享計(jì)算前端工程師謝庭在“騰訊Web前端大會 TFC 2017”進(jìn)行《基于WebRTC的P2P-CND流媒體加速》演講分享。

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摘要

WebRTC把實(shí)時(shí)流媒體和P2P等能力帶入了Web前端，開發(fā)者只需編寫簡單的JavaScript程序即可開發(fā)出豐富的實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。本次大會想跟大家分享我們對WebRTC的一些實(shí)踐心得，以及如何利用WebRTC的數(shù)據(jù)通道來做P2P流媒體。最后介紹我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)一個(gè)低延遲、高帶寬利用率的P2P流媒體算法。

大咖演講視頻

http://t.cn/RCIMlWn

WebRTC的誕生背景

我們知道現(xiàn)在實(shí)時(shí)視頻通信很普遍，基于FaceTime和Skype等視頻通話工具，用戶可以很方便地與他人進(jìn)行視頻對話。開發(fā)者們?yōu)榱藢⒂脩趔w驗(yàn)優(yōu)化到極致，通過大量的技術(shù)手段保障視頻質(zhì)量，比如減少丟包、斷網(wǎng)恢復(fù)、即時(shí)響應(yīng)用戶網(wǎng)絡(luò)變化等等。實(shí)時(shí)音視頻通信對開發(fā)者的技術(shù)要求比較高，而且專利持有公司向開發(fā)者征收授權(quán)費(fèi)，并構(gòu)筑起巨大的技術(shù)壁壘。另一方面，對用戶來說，需要去額外安裝相應(yīng)的插件或者應(yīng)用程序，降低了用戶體驗(yàn)，而且還有被捆綁流氓軟件的風(fēng)險(xiǎn)。這時(shí)候一種叫WebRTC的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。

在講WebRTC之前，我們先回顧一下Web通信的演化歷史。在AJAX出現(xiàn)之前，也就是05年之前，如果需要更新內(nèi)容，必須重載整個(gè)網(wǎng)頁頁面。AJAX出現(xiàn)之后，通過在后臺與服務(wù)器進(jìn)行少量數(shù)據(jù)交換，AJAX 可以使網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)異步更新。但AJAX不能與服務(wù)器進(jìn)行雙工通信，因此服務(wù)器無法主動推消息給瀏覽器，只能通過瀏覽器進(jìn)行輪詢。Websocket的出現(xiàn)使這個(gè)局面得到改觀，瀏覽器與服務(wù)器能進(jìn)行全雙工通信。不管是AJAX還是Websocket，都需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)端。為了在兩個(gè)用戶間傳送數(shù)據(jù)，開發(fā)者需要購買服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，這方面的成本是非常龐大的。由谷歌支持的一項(xiàng)新技術(shù)——WebRTC徹底改變了這個(gè)局面。WebRTC是Web Real-Time Communication的縮寫，實(shí)現(xiàn)了瀏覽器之間直接的實(shí)時(shí)通訊，而不再需要服務(wù)器中轉(zhuǎn)，谷歌致力于讓其成為HTML5的標(biāo)準(zhǔn)之一，目前大部分瀏覽器也已經(jīng)支持。

WebRTC與P2P的結(jié)合

12年谷歌的chrome瀏覽器正式原生支持WebRTC，web開發(fā)者只需要幾行javascript代碼就可以開發(fā)出豐富的實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用，而用戶也無需安裝插件，直接打開瀏覽器就可以與對方實(shí)時(shí)聊天。這時(shí)候有些嗅覺敏銳的開發(fā)者開始利用WebRTC的數(shù)據(jù)通道技術(shù)做P2P流媒體，例如國外一家公司叫做peer5。我們公司的創(chuàng)始人Alan在騰訊工作的時(shí)候也投入到這方面的研究，但失望的發(fā)現(xiàn)用WebRTC做P2P流媒體還有一些問題難以解決，比如用戶在線的時(shí)間并不穩(wěn)定，當(dāng)用戶關(guān)閉頁面，WebRTC的數(shù)據(jù)通道也就關(guān)閉了。隨后在13年和14年，F(xiàn)irefox和Opera也相繼宣布支持WebRTC。這時(shí)Alan提出一個(gè)大膽的設(shè)想，既然瀏覽器做種不穩(wěn)定，那么把相同的協(xié)議實(shí)現(xiàn)在路由器和NAS中呢？我們都知道路由器是24小時(shí)開啟的，但大部分時(shí)間是處于閑置狀態(tài)，如果能把這些計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用起來，這樣相當(dāng)于千家萬戶都是節(jié)點(diǎn)，你的鄰居甚至你自己也許就在為你看視頻提供加速，想想都是很酷的事情！因此我們提出了眾包CDN的概念，并且申請了專利。15年，騰訊的X5瀏覽器內(nèi)核和微信也提供了支持，同年，我們梨享計(jì)算也正式宣布成立。

可能大家會有疑問，WebRTC將來真的會成為一種主流技術(shù)嗎？我們用事實(shí)說話，看看各大瀏覽器的支持情況就知道了。從圖中可以看出，大部分瀏覽器都已支持WebRTC，包括chrome、firefox和opera，微軟的edge瀏覽器部分支持WebRTC。另外，蘋果也在近期的WWDC大會上宣布safari11支持WebRTC。未來基于WebRTC的應(yīng)用將越來越多，這是可以肯定的。

WebRTC媒體會話原理

我們假設(shè)現(xiàn)在有兩個(gè)瀏覽器A和B要建立WebRTC對等連接，對等連接就是兩個(gè)Web瀏覽器之間的直接媒體連接，如果A要主動聯(lián)系B，需要先通過HTTP向信令服務(wù)器發(fā)送一個(gè)SDP，SDP可以理解為一個(gè)電腦名片，全稱是Session Description Protocol，會話描述協(xié)議，用于描述對等連接的媒體特征。那么信令服務(wù)器又是什么呢？它就像一個(gè)紅娘，幫兩個(gè)互相不認(rèn)識的人牽線。瀏覽器A發(fā)過來的SDP叫做offer，信令服務(wù)器將其傳給瀏覽器B，后者收到后回應(yīng)一個(gè)SDP對象，叫做answer，也通過信令服務(wù)器中轉(zhuǎn)給A。交換完SDP后，兩個(gè)對等端就開始嘗試ICE打洞，打洞成功后開始協(xié)商密鑰，之后就可以開始安全的媒體或數(shù)據(jù)會話了。

ICE打洞原理

由于IPv4提供的IP資源有限，IPv6還沒有推廣開來，大部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還處于內(nèi)網(wǎng)中，需要通過NAT設(shè)備來與外部internet連接。NAT全稱Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，裝有NAT軟件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一個(gè)有效的外部全球IP地址。這樣，所有使用本地地址的主機(jī)在和外界通信時(shí)，都要在NAT路由器上將其本地地址轉(zhuǎn)換成全球IP地址，才能和因特網(wǎng)連接。當(dāng)兩個(gè)對等端處于不同的局域網(wǎng)中時(shí)，需要先知道對方的公網(wǎng)IP和端口。這時(shí)候可以先向STUN服務(wù)器發(fā)送測試數(shù)據(jù)包，后者做出響應(yīng)，指示其在測試數(shù)據(jù)包中監(jiān)測到的IP地址，此地址將成為潛在的候選地址返回。拿到候選地址的瀏覽器將其通過信令服務(wù)器發(fā)送給對等端，對等端也進(jìn)行同樣的操作，之后雙方用所有得到的候選地址嘗試連接，如果都沒有成功的情況下，會用TURN服務(wù)器來作為中轉(zhuǎn)服務(wù)器，TURN服務(wù)器是在所有替代方案都無效的情況下才有采取的，因?yàn)槌杀颈容^高昂。為了加速通話建立時(shí)間，有一個(gè)叫trickle ice的方案，其思想是客戶端一邊收集candidate一邊發(fā)送給對方，比如local candidate 不需要通過stun獲取直接就可以發(fā)起，這降低了了連通性檢測完成的時(shí)間。

WebRTC數(shù)據(jù)通道

接下來介紹一個(gè)比較重要的概念——WebRTC data channel。我們基于WebRTC來做P2P流媒體，實(shí)際上就是用的data channel能力。那么data channel到底是什么呢？雖然有關(guān)WebRTC的宣傳主要側(cè)重于它對于實(shí)時(shí)音視頻通訊的支持，但設(shè)計(jì)師一直都希望它也支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。相比Websocket和HTTP，數(shù)據(jù)通道支持流量大、延遲低的連接，具有穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。而且data channel的接口和websocket一樣，也是通過send來發(fā)送數(shù)據(jù)，通過ommessage來接收數(shù)據(jù)。那么如何對data channel數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃M(jìn)行控制呢？通過剛才所講的dataChannelOptions這個(gè)javascript對象，可以讓data channel在UDP或者TCP的優(yōu)勢之間進(jìn)行切換，比如讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶臃€(wěn)定可靠，或者傳輸?shù)酶臁Ｆ渲杏袔讉€(gè)比較重要的字段：ordered：設(shè)置數(shù)據(jù)的接受是否需要按照發(fā)送時(shí)的順序，maxRetransmitTime：設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送失敗時(shí)，多久重新發(fā)送，maxRetransmits：設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送失敗時(shí)，最多重發(fā)次數(shù)。主要是配置ordered，當(dāng)設(shè)置為true時(shí)數(shù)據(jù)通道表現(xiàn)更像TCP，false時(shí)表現(xiàn)更像UDP。

梨享計(jì)算與WebRTC

此外，我們公司一直對WebRTC標(biāo)準(zhǔn)化保持著關(guān)注并貢獻(xiàn)力量。在去年，我們在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)第三方的webrtc協(xié)議棧能與chrome瀏覽器進(jìn)行通訊，但無法與firefox通訊，通過對比SDP發(fā)現(xiàn)firefox有一處實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不一致。于是我們與firefox開發(fā)團(tuán)隊(duì)取得聯(lián)系，提交了我們的修改建議，最初他們認(rèn)為沒有問題，但最終還是采納了我們的建議，對sdp進(jìn)行了修改。這也算是我們對推進(jìn)webrtc標(biāo)準(zhǔn)化做出的一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)。另外，我們也一直與騰訊瀏覽器內(nèi)核團(tuán)隊(duì)保持著聯(lián)系，爭取WebRTC技術(shù)以及本次分享的上層的P2P-CDN加速協(xié)議得到全面的支持。

WebRTC與P2P流媒體

把WebRTC的data channel搞清楚后，我們就可以用用它來做P2P流媒體了。這方面已經(jīng)有國外大神開發(fā)的知名開源項(xiàng)目：WebTorrent，在github上有1萬多顆星。WebTorrent是一個(gè)開源的基于WebRTC 和BT協(xié)議的js框架，完全用javascript編寫，可以同時(shí)運(yùn)行于 Node.js 和瀏覽器，由于基于WebRTC，因此WebTorrent不需要安裝任何插件，就可以跑在瀏覽器上。同時(shí)支持Chrome, Firefox 和 Opera瀏覽器。但是由于是基于BT協(xié)議，所以是一種pull-based的算法，這種算法是一種隨機(jī)抓取的策略，隨機(jī)抓取其它節(jié)點(diǎn)的buffer，但這樣會存在一個(gè)問題：抓取的buffer不一定是目前需要的，也不一定是其他節(jié)點(diǎn)需要的，而且還會浪費(fèi)下行帶寬和其它節(jié)點(diǎn)的上行帶寬，因此同時(shí)造成了“帶寬饑餓”和“內(nèi)容饑餓”問題。下面介紹一種改進(jìn)版的pull-based算法——FirstAid算法。FirstAid是基于窗口滑動的，每隔一段時(shí)間觸發(fā)一次窗口滑動，每個(gè)窗口又可以分成三段：urgent、normal和prefetch，urgent顧名思義，是離播放時(shí)間最近的buffer，所以優(yōu)先級別最高，normal和prefetch優(yōu)先級遞減。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)傳輸buffer時(shí)，會優(yōu)先滿足urgent級別的要求，而暫停normal級別的，所以最緊迫的需求會優(yōu)先得到滿足，當(dāng)子節(jié)點(diǎn)的urgent需求得到滿足后，需要回過頭來彌補(bǔ)他的競爭對手的需求，以達(dá)到一種互惠互利的狀態(tài)。和剛才pull-based算法思想截然相反的是push-based算法，其中比較有代表性的是FashMesh算法，由港科大的學(xué)者提出來的一種P2P算法。FashMesh是基于一種叫Streaming Mesh的算法，將源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流分成多個(gè)子流，通過多棵生成樹構(gòu)成mesh來源源不斷的傳輸給子節(jié)點(diǎn)，這種算法的優(yōu)勢是延遲低，帶寬利用率高。Fast Mesh還可以根據(jù)每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的上行帶寬來動態(tài)的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，讓上行帶寬大的節(jié)點(diǎn)更加接近源節(jié)點(diǎn)，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有能力。根據(jù)一項(xiàng)對比試驗(yàn)，F(xiàn)astMesh可能是目前眾多P2P算法中效果最好的。但這個(gè)算法也有缺點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，都需要重新調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此不適合節(jié)點(diǎn)變化較大的情況。

我們自行研發(fā)的算法——Push-Pull算法則綜合了push-based和pull-based兩種算法的優(yōu)勢，用pull的方式從父節(jié)點(diǎn)獲取優(yōu)先級最高的buffer，由父節(jié)點(diǎn)以push的方式為其提供后續(xù)的buffer。另外，我們的算法混合HTTP、HTTPS、WebRTC、Websocket等多種協(xié)議，在優(yōu)先保證用戶體驗(yàn)的前提下最大化P2P率。經(jīng)過測試，Push-Pull算法具備低延遲、高帶寬利用率、高P2P率、對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化魯棒性強(qiáng)等優(yōu)勢。

PearPlayer

PearPlayer（梨享播放器，github地址：https://github.com/PearInc/PearPlayer.js） 是完全用JavaScript寫的開源HTML5流媒體播放框架，實(shí)現(xiàn)了融合HTTP（包含HTTPS、HTTP2）、WebRTC的多協(xié)議、多源、低延遲、高帶寬利用率的無插件Web端流媒體加速能力。基于H5的MSE技術(shù)(Media Source Extension)將來自多個(gè)源節(jié)點(diǎn)的Buffer分塊喂給播放器，再加上精心設(shè)計(jì)的算法來達(dá)到最優(yōu)的調(diào)度策略及對各種異常情況的處理，Pear Player能在保證用戶流暢視頻體驗(yàn)的前提下最大化P2P率。

集成我們的PearPlayer.js也非常簡單，只需要短短幾行代碼，把我們的js文件引入到script標(biāo)簽中，并把video的id還有token作為參數(shù)傳給我們提供的函數(shù)中即可。Demo演示地址：https://qq.webrtc.win/watch，以下是demo截圖。

除了播放器外，我們還開發(fā)了支持多協(xié)議、多源、混合P2P-CDN的下載器PearDownloader，可用于高清圖、壓縮包、軟件發(fā)布或升級包、音樂、文檔等大文件下載或在線服務(wù)的場景（github地址：https://github.com/PearInc/PearDownloader.js），Demo演示地址：https://qq.webrtc.win/download。

霧計(jì)算

最后，講一下霧計(jì)算有關(guān)的內(nèi)容。霧計(jì)算與云計(jì)算有什么區(qū)別呢？云在天空飄浮，高高在上，遙不可及；數(shù)據(jù)中心距離終端用戶較遠(yuǎn)，用戶消息需要經(jīng)過若干跳才能夠到達(dá)。而霧是貼近地面的云，是現(xiàn)實(shí)可及，就在你我身邊。霧計(jì)算并非由性能強(qiáng)大的服務(wù)器組成，而是由性能較弱、更為分散但離用戶更近的各類計(jì)算設(shè)備組成，例如智能路由器、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備等。霧能夠彌補(bǔ)云的不足，并和云相互配合，協(xié)同工作。我們Pear公司一直在踐行霧計(jì)算的理念，通過與國內(nèi)知名的路由器、NAS廠商合作，我們擁有海量可持續(xù)穩(wěn)定提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)。大部分帶寬、存儲、計(jì)算資源通過眾包方式收集自終端用戶穩(wěn)定在線的邊緣設(shè)備，服務(wù)能力覆蓋全部地域、所有運(yùn)營商、每處網(wǎng)絡(luò)邊緣。我們自研的調(diào)度系統(tǒng)可以動態(tài)、實(shí)時(shí)的感知和調(diào)度，讓數(shù)據(jù)傳輸距離盡可能接近“零跳”。

相對于傳統(tǒng)的模式，我們可以說是站在共享經(jīng)濟(jì)的風(fēng)口上。我們知道傳統(tǒng)的CDN廠商會先以批發(fā)價(jià)從ISP買進(jìn)帶寬，然后再以零售價(jià)賣給CP，CP買入帶寬后進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)，為終端用戶提供CDN服務(wù)。我們與硬件廠商合作，在其設(shè)備中植入我們的軟件，從而在千家萬戶擁有了分布廣泛的節(jié)點(diǎn)。CP廠商和傳統(tǒng)CDN廠商從我們這里買入帶寬，我們將其內(nèi)容分發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，持有設(shè)備的用戶在提高其計(jì)算資源和帶寬資源的同時(shí)，也會得到我們的返利，BGP機(jī)房、ISP骨干網(wǎng)的壓力也得以緩解，從而實(shí)現(xiàn)多贏局面。

論是從事哪個(gè)行業(yè)，教育、文字寫作、影視制作、軟件開發(fā)，導(dǎo)圖都有著必不可少的意義。

開局一張圖，有助于我們更好地開展工作，其重要性不言而喻。

網(wǎng)絡(luò)上的制圖工具五花八門，在線免安裝的作圖軟件也有很多。今天我們就給大家推薦一款在chrome商店里斬獲5萬+用戶的ProcessOn。

ProcessOn是一款基于HTML5和JavaScript開發(fā)而成的在線作圖工具。

它支持在線畫流程圖、思維導(dǎo)圖、UI原型圖、UML、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、組織結(jié)構(gòu)圖等等。

無需下載，無論是哪種操作系統(tǒng)，一個(gè)瀏覽器就可以讓你隨時(shí)隨地發(fā)揮創(chuàng)意，規(guī)劃工作。

除此之外，ProcessOn上的所有數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)云端存儲， 并且支持多人在線實(shí)時(shí)協(xié)作，有利于提高工作效率。

• 使用步驟

進(jìn)入ProcessOn進(jìn)入官方網(wǎng)站 > 登錄賬號 > 點(diǎn)擊左上角的【新建文件】

選擇想要創(chuàng)建的文件類型：流程圖、思維導(dǎo)圖、原型、UML、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、組織結(jié)構(gòu)圖。

輸入文件名點(diǎn)擊【確定】完成創(chuàng)建，開始作圖。

• 制圖工作臺詳解

1.流程圖

編輯：進(jìn)行撤銷、恢復(fù)、復(fù)制、剪切、粘貼、復(fù)用、格式刷等方式對文件進(jìn)行編輯修改。

插入：插入文本、圖片、連接線。

頁面：背景顏色、畫布大小和方向、內(nèi)邊距、網(wǎng)格大小和顯示調(diào)整。

頂部工具欄：可切換九種不同風(fēng)格的模板；文字對齊和大小調(diào)整；底色填充和邊框；連接線條的樣式；組合鎖定功能。

右側(cè)工具欄：匯聚了常用功能，如鷹眼導(dǎo)航、圖形、度量、屬性、頁面設(shè)置、歷史版本還有備注評論。

右鍵菜單：在畫布上右鍵可進(jìn)行全選、創(chuàng)建連接線、粘貼；

在元素上右鍵可進(jìn)行剪切、復(fù)制、粘貼、復(fù)用、置于頂層，置于底層、鎖定、編輯、刪除、全選、創(chuàng)建連接線。

2.思維導(dǎo)圖

頂部的菜單欄：關(guān)聯(lián)線樣式、插入圖片、主題風(fēng)格、格式刷、文件下載、文件演示。

右側(cè)編輯欄：節(jié)點(diǎn)樣式、節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)、添加備注、插入鏈接、任務(wù)信息、歷史版本。

其中添加備注還支持Markdown語法。

在ProcessOn的思維導(dǎo)圖工作臺中，不僅能夠直接演示導(dǎo)圖，還能插入父節(jié)點(diǎn)，以及在左側(cè)菜單欄中進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。

圖中的元素還能夠進(jìn)行自由拖拽，更方便編輯。

剩余幾種圖的工作面板都大同小異，還請大家自行研究了。

• 其他功能

1.導(dǎo)入

點(diǎn)擊【新建文件】> 【導(dǎo)入】

目前ProcessOn支持XMind、MindManager、kityMinder、TXT、Pos、opml、vsd等格式文件。

2.邀請協(xié)作

點(diǎn)擊該文件右上角漢堡菜單 >【協(xié)作】

可直接添加小組成員，也可以通過輸入對方郵箱進(jìn)行邀請。邀請對象可設(shè)置其權(quán)限為編輯者或?yàn)g覽者。

3.分享文件

點(diǎn)擊該文件右上角漢堡菜單 >【分享】

生成瀏覽鏈接（支持添加密碼），分享給好友或同事；嵌入到其他站點(diǎn)：復(fù)制生成的代碼，嵌入第三方網(wǎng)站中。

另外，ProcessOn還支持生成在線圖片。

4.下載

點(diǎn)擊該文件右上角漢堡菜單 >【下載】

共有PNG、JPG、PDF、POS、SVG等六種格式。

5.模板

ProcessOn對新手也非常友好——為初學(xué)者提供了分門別類的海量模板。

當(dāng)然你也可以將自己的原創(chuàng)內(nèi)容作為模板發(fā)布到ProcessOn平臺中。

點(diǎn)擊該文件右上角漢堡菜單 >【發(fā)布和公開】> 選擇【不允許克隆】/【免費(fèi)克隆】/【付費(fèi)克隆】。

審核通過后只要其他用戶付費(fèi)使用，作者便可以獲得相應(yīng)的收益。

6.圖形化知識資源

ProcessOn不僅僅是強(qiáng)大的作圖工具，還有著海量的圖形化知識資源。

在【推薦】里，用戶可以看到ProcessOn推送的各行業(yè)有價(jià)值的圖形化知識。

這些內(nèi)容也可以克隆當(dāng)作自己的模板來使用。

• 結(jié)語

不管是資深人員還是新人小白，ProcessOn都能滿足你的需求。

ProcessOn在chrome商店中顯示5萬+次下載，2000+評分，卻仍然保持滿星好評的狀態(tài)。

美中不足的是，ProcessOn免費(fèi)版只支持同時(shí)保存9個(gè)文件。

不過，如果不是必須存檔，我們完全可以刪除之前不需要的設(shè)計(jì)，這并不會影響到后續(xù)的使用