Kotlin/Native 应用程序开发指南

在这篇博文中，我们将讨论 Kotlin/Native 应用程序的开发。在这里，我们使用 FFMPEG 音频 / 视频解码器和 SDL2 进行渲染，来开发个简易的视频播放器。希望此文可以成为能对 Kotlin/Native 开发者有价值的开发指南，同时该文也会解释使用该平台的预期机制。

在本教程中，我们主要关注的是 Kotlin/Native，我们只会粗略地介绍一下如何开发视频层。您可以参阅这篇名为《如何用不到1000 行代码编写一个视频播放器》的优秀教程，以了解如何用C 语言实现它。如果您的兴趣点在于比较C 语言的编码与Kotlin/Native 编码的不同之处，我建议您从本教程开始。

理论上，每一个视频播放器的工作都相当简单：读入带有交错的视频帧和音频帧的输入流，解码并显示视频帧，同时与音频流同步。通常，这一工作由多个线程完成，执行流解码、播放视频和音频。要准确的做到这些，需要线程同步和特定的实时保证，如果音频流没有被及时解码，播放声音听起来会很不稳定，如果视频帧没有及时显示，影像看起来会很不流畅。

Kotlin/Native 不鼓励您使用线程，也不提供在线程之间共享 Kotlin 对象的方法。然而，我们相信在 Kotlin/Native 中并发的软实时编程很容易实现，所以我们决定从一开始就以并发的方式来设计我们的播放器。来看看我们是怎么做到的吧。

Kotlin/Native 计算并发性是围绕 workers 构建的。Worker 是比线程更高级的并发性概念，不像对象共享和同步，它允许对象传输，因此每一时刻只有一个 workers 可以访问特定对象。这意味着，访问对象数据时不需要同步，因为多个访问永远不能同时进行。workers 可以接收执行请求，这些请求可以接受对象并根据需要执行任务，然后将结果返回给需要计算结果的人。这样的模型确保了许多典型的并发编程错误 (例如对共享数据的不同步访问，或者由未排序的锁导致的死锁) 不再出现。

让我们看看，它是如何转化为视频播放器架构的。我们需要对某些容器格式进行解码，比如 avi 、.mkv 或者 .mpg ，它对交叉音频和视频流进行多路分解、解码，然后将解压缩的音频提供给 SDL 音频线程。解压后的视频帧应与声音播放同步。为了达到这个目标，worker 概念的出现也便是理所当然的了。我们为解码器生成一个worker，并在需要的时候向它请求视频和音频数据。在多核机器上，这意味着解码可以与播放并行进行。因此，解码器是一个来自UI 线程和音频线程的数据生成器。

无论何时我们需要获取下一个音频或视频数据块时，我们都依赖于全能的 schedule() 函数。它将调度大量的工作给特定的 worker 执行，以便提供输入参数和返回 Future 实例，这些可能被挂起，直到任务被目标 worker 执行完。Future 对象可能被销毁，因此产生的对象将直接从 worker 线程返回到请求程序线程。

Kotlin/Native 运行时理论上讲是线性的，所以当运行多个线程时，需要在做其他操作之前调用函数 konan.initRuntimeIfNeeded() ，我们在音频线程回调中也是这样做的。为了简化音频播放，我们将音频帧重新采样到两个通道，并以 44100 的采样率对 16 位整数流进行标识。

视频帧可以被解码成用户需要的大小，当然它会有个默认值，同时它的位深度依赖于用户桌面默认设置。还请注意下Kotlin/Native 特有的操作C 指针的方法，即

 private val resampledAudioFrame: AVFrame =
        disposable(create = ::av_frame_alloc, dispose = ::av_frame_unref).pointed
...
with (resampledAudioFrame) {
    channels = output.channels
    sample_rate = output.sampleRate
    format = output.sampleFormat
    channel_layout = output.channelLayout.signExtend()
}

我们声明 resampledAudioFrame 作为由 FFMPEG API 调用 avframealloc() 和 avframeunref() 创建的 C 程序中的一次性资源。然后，我们将它所指向的值设置成它所期望的字段。需要注意的是，我们可以将 FFMPEG(如 AV_PIX_FMT_RGB24 ) 声明的定义作为 Kotlin 的常量。但是，由于它们没有类型信息，并且默认情况下是 Int 类型的，如果某个字段具有不同的类型 (比如 channellayout)，那便需要调用适配器函数 signExtend() 。这是编译器的内在特性，它会插入适当的转换中。

在设置完解码器后，我们开始播放流程。这没有什么特别的，只是检索下一个帧，将它呈现给纹理，并在屏幕上显示这个纹理。至此，视频帧便被渲染了。音频线程回调是由音频线程回调处理的，它从解码器中获取下一个采样缓冲区，并将其反馈给音频引擎。

音频/ 视频同步是必须要保证的，它可以确保我们没有太多的未播放的音频帧。真正的多媒体播放器应该依赖于帧时间戳，我们只计算它，但永远不会使用。这里有一个有趣的地方

 val ts = av_frame_get_best_effort_timestamp(audioFrame.ptr) * 
  av_q2d(audioCodecContext.time_base.readValue())

它展示了如何使用 api 接收 C 语言的结构体。它是在 libavutil/rational.h 中声明的

static inline double av_q2d(AVRational a){
    return a.num / (double) a.den;
}

因此，要通过值传递它，我们首先需要在字段上使用 readValue()。

总结来说，多亏了 FFMPEG 库，我们才能用较少的代价便实现了一个支持多种输入格式的简易音频 / 视频播放器。这里我们还讨论了 Kotlin/Native 中基于 C 语言的互操作性相关的基础知识，以及更容易使用和维护的并发方法。

英文原文链接： Application development in Kotlin/Native

感谢冬雨对本文的审校。