Netflix 系統架構一探

Andrew 更新時間 2025年1月14日

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內容摘要netflix 的架構旨在提供流暢的流媒體體驗，吸引全球觀衆並塑造未來內容。該架構強調數據處理、視頻轉碼和內容分發中雲原生和微服務的價值。netflix 還採用了 nosql 數據庫和 amazon web services (aws) 來實現可擴展性、可靠性和全球影響力。通過持續創新，包括客戶端更新的客戶端金絲雀模型，netflix 保持了其作爲領先流媒體平臺的地位，爲用戶帶來了卓越的娛樂體驗。

有沒有想過 Netflix 如何讓您目不轉睛地盯着屏幕，享受不間斷的流媒體快感？Netflix 架構負責提供流暢的流媒體體驗，在幕後吸引全球觀衆。Netflix 的系統架構強調了確定未來內容塑造方式的重要性。加入我們，一起探索 Netflix 流媒體世界的幕後之旅！

Netflix 一詞的意思是娛樂、連續觀看和尖端流媒體服務。Netflix 的迅速崛起可能歸功於其龐大的內容收藏、全球影響力以及靈活而富有創意的架構。

從 1997 年作爲 DVD 租賃服務起家，到發展成爲全球大型流媒體公司，Netflix 始終致力於利用尖端技術徹底改變媒體消費。

Netflix 架構旨在高效、可靠地同時向數百萬消費者提供內容。Netflix 基礎設施的可擴展性至關重要，因爲其擁有遍佈 190 多個國家的 2 億多會員。

因此，讓我們深入研究 Netflix 架構的複雜之處，並揭示它如何繼續影響我們欣賞喜愛的節目和電影的方式。

爲什麼要了解Netflix系統架構？

出於多種原因，瞭解 Netflix 系統架構非常重要。最重要的是，它揭示了 Netflix 如何爲全球數百萬客戶提供完美的流媒體體驗。通過探索這種架構的細微差別，我們可以更好地瞭解其成功背後的技術和策略。

此外，其他行業也可以從 Netflix 的設計中受益，將其作爲開發可擴展、可靠且高效系統的藍圖。其設計原則和最佳實踐可以爲我們提供有關構建和優化複雜分佈式系統的重要經驗教訓。

通過了解 Netflix 的架構，我們還可以認識到推動數字媒體消費發展的持續創新。

瞭解系統設計的要求

系統設計對於開發複雜的軟件或技術基礎設施至關重要。這些規範是構建整個系統的基礎，推動選擇並形成最終產品。但是，系統設計的先決條件是什麼？是什麼讓它們如此重要？讓我們來探索一下。

功能要求

系統的功能需求指定了系統必須包含的特性、功能和能力。這些規範概述了系統的主要目標，並詳細說明了各個部分或模塊如何交互。例如，像 Netflix 這樣的流媒體平臺的功能需求可能包括以下內容，包括但不限於：

創建賬戶：用戶應該能夠輕鬆創建賬戶，並提供註冊所需的信息。
用戶登錄：註冊用戶應該能夠使用身份驗證憑證安全地登錄他們的帳戶。
內容推薦：平臺應根據用戶偏好、觀看歷史和其他相關數據提供個性化的內容推薦。
視頻播放功能：用戶應該能夠無縫地播放視頻，並具有播放、暫停、倒帶和快進等播放控制選項。

非功能性需求

非功能性需求定義系統在不同場景下的行爲，並確保其滿足某些質量要求。它們涵蓋系統的性能、可擴展性、可靠性、安全性和合規性方面。例如，Netflix 等流媒體平臺的非功能性需求可能包括但不限於：

性能要求：在高利用率期間，系統必須保持低延遲和高吞吐量。
合規要求：關於用戶數據保護，平臺必須遵守數據保護條例的標準。
可擴展性要求：基礎設施必須具有可擴展性，以處理不斷增長的用戶流量，而不會犧牲性能。
安全要求：爲防止未經授權訪問用戶信息，必須實施強大的身份驗證和加密程序。
可靠性和可用性要求：爲了不間斷地提供服務，系統需要包含故障轉移方法並保證高正常運行時間。

Netflix 架構：擁抱雲原生

2008 年 8 月，Netflix 因數據庫損壞而遭受重大挫折，之後，Netflix 得出了一個關鍵結論：必須擺脫單點故障，轉向高度可靠、水平可擴展的基於雲的解決方案。Netflix 選擇 Amazon Web Services (AWS) 作爲其雲提供商，並在 2015 年之前將其大部分服務遷移到雲端，開啓了革命性的旅程。經過七年的緊張工作，雲遷移於 2016 年 1 月初完成，這意味着流媒體服務最後剩下的數據中心組件被關閉。

但遷移到雲端並非易事。Netflix 採用了雲原生戰略，徹底改造了其運營模式和技術堆棧。這需要採用 NoSQL 數據庫、非規範化其數據模型，並從單一應用程序轉變爲數百個微服務。文化上的改變也是必要的，例如採用 DevOps 程序、持續交付和自助服務工程環境。儘管困難重重，但這一轉變使 Netflix 成爲一家雲原生企業，在快速變化的在線娛樂領域爲未來的擴張和創新做好了充分準備。

Netflix 建築三要素

強大的架構三角——客戶端、後端和內容交付網絡 (CDN)——是 Netflix 完美用戶體驗的關鍵。Netflix 在全球擁有數百萬觀衆，每個組件對於內容交付都至關重要。

客戶

客戶端架構是 Netflix 體驗的核心。這包括用戶用於訪問 Netflix 的各種設備，例如計算機、智能電視和智能手機。Netflix 使用 Web 界面和本機應用程序的混合來確保跨不同平臺的一致用戶體驗。無論使用哪種設備，這些客戶端都會管理播放控制、用戶交互和界面渲染，以提供統一的體驗。得益於客戶端架構的響應式優化，用戶可以輕鬆瀏覽豐富的內容庫並享受連續的流媒體播放。

Netflix 架構：後端

後端架構是 Netflix 幕後運營的支柱。用戶帳戶、內容目錄、推薦算法、計費系統和其他系統的管理由複雜的服務器、數據庫和微服務網絡完成。除了處理用戶數據和協調內容交付外，後端還處理用戶請求。

此外，後端使用大數據分析和機器學習等最先進的技術優化內容傳遞並提供個性化推薦，從而提高用戶滿意度和參與度。

Netflix 的後端架構隨着時間的推移發生了很大變化。它於 2007 年遷移到雲基礎設施，並於 2018 年採用 Spring Boot 作爲其主要 Java 框架。與 AWS（Amazon Web Services）提供的可擴展性和可靠性相結合，Ribbon、Eureka 和 Hystrix 等專有技術對於有效協調後端操作至關重要。

Netflix 架構：內容分發網絡

內容分發網絡完善了 Netflix 架構三角。內容分發網絡 (CDN) 是一個具有戰略意義的全球服務器網絡，旨在以最佳可靠性和最小延遲向用戶提供內容。Netflix 運行一個名爲 Open Connect 的內容分發網絡 (CDN)。

它通過緩存和提供離用戶更近的站點的資料來減少緩衝並確保流暢播放。即使在需求旺盛的時候，Netflix 也會通過在全球衆多服務器上分發內容來減少擁塞並最大限度地提高帶寬利用率。這種分散的內容交付方法改善了全球觀衆的觀看體驗，同時還縮短了緩衝時間並提高了流媒體質量。

客戶端組件

Web 界面

過去幾年，Netflix 的 Web 界面經歷了重大轉變，從 Silverlight 切換到 HTML5 以流式傳輸優質視頻內容。通過這一變化，無需安裝和維護瀏覽器插件，這將簡化用戶體驗。自推出 HTML5 視頻以來，Netflix 已增強了與各種在線瀏覽器和操作系統的兼容性，包括 Chrome OS、Chrome、Internet Explorer、Safari、Opera、Firefox 和 Edge。

Netflix 對 HTML5 的使用不僅限於簡單的播放。該平臺歡迎 HTML5 的採用，認爲這是支持衆多行業標準和技術進步的機會。

移動應用程序

Netflix 的流媒體體驗通過其移動應用程序得以擴展到智能手機和平板電腦用戶。這些應用程序可確保用戶在旅途中訪問自己喜歡的內容。它們適用於多個平臺，包括 iOS 和 Android。通過結合使用原生開發和平臺特定的優化，Netflix 爲各種移動設備提供了流暢且用戶友好的界面。

Netflix 的移動應用程序具有個性化推薦、無縫播放和離線下載等功能，可滿足移動觀衆不斷變化的需求。Netflix 移動應用程序的用戶可以在開車、旅行或只是在家閒逛時連續觀看他們喜歡的劇集和電影。Netflix 致力於通過頻繁的升級和改進提供引人入勝且令人愉悅的移動觀看體驗。

智能電視應用

Gibbon 渲染層、用於動態更新的 JavaScript 應用程序和原生軟件開發工具包 (SDK) 構成了 Netflix TV 應用程序所基於的複雜架構。該應用程序利用 React-Gibbon（React 的定製版本）確保跨多個電視平臺的流暢 UI 渲染和響應能力。

優先考慮性能優化意味着關注每秒幀數和按鍵輸入響應度等指標。通過減少 prop 迭代和創建內聯組件等方法可以提高渲染效率；通過優化樣式和開發自定義組件可以進一步優化性能。Netflix 始終致力於提升跨平臺消費者的電視應用體驗，並培養了卓越的性能文化。

重塑播放體驗：邁向現代化的旅程

Netflix 在過去十年中徹底改變了人們觀看和消費數字媒體的方式。儘管這家流媒體巨頭一直在定期發佈尖端功能，但播放界面的視覺設計和用戶控件自 2013 年以來並沒有太大變化。在意識到播放用戶界面需要更新後，Web UI 團隊開始重新設計它。

該團隊的三個主要畫布是播放前、視頻播放和播放後。他們的目標是提高客戶的滿意度和參與度。通過利用React.js 和 Redux等技術來加快開發速度並提高性能，Netflix 徹底改變了其播放用戶界面

Netflix 架構：後端基礎設施

內容分發網絡 (CDN)

Netflix 的基礎設施依賴於其內容分發網絡 (CDN)，也稱爲 Netflix Open Connect，它允許將內容輕鬆分發給全球數百萬觀衆。CDN 分佈在全球各地，對於確保不同地點的客戶接收高質量的流媒體內容至關重要。

Netflix Open Connect CDN 的工作方式是，服務器（稱爲 Open Connect Appliances (OCA)）被戰略性地放置在互聯網服務提供商 (ISP) 及其用戶附近。當內容交付達到高峯時，這種接近性可以減少延遲並確保有效的性能。通過在 ISP 網絡中預先定位內容，Netflix 能夠最大限度地提高帶寬利用率並減少對昂貴主幹網容量的依賴，從而改善整體流媒體體驗。

可擴展性是 Netflix CDN 的主要功能之一。通過在全球約 1,000 個地點安裝 OCA，包括島嶼和亞馬遜雨林等偏遠地區，Netflix 能夠滿足廣泛地理區域對流媒體服務日益增長的需求。

此外，Netflix 還向合格的 ISP 授予 OCA，以便他們可以直接從其網絡提供 Netflix 內容。這一策略可確保爲訂閱者提供更好的流媒體體驗，同時節省 ISP 的運營費用。Netflix 通過提供本地化內容分發並與他們合作，與 ISP 建立了雙贏的關係，從而增強了整個流媒體生態系統。

變革視頻處理：Netflix 的微服務革命

通過實施微服務，Netflix 改變了其視頻處理流程，實現了無與倫比的可擴展性和靈活性，以滿足工作室運營以及會員流媒體的需求。從單體平臺轉向基於微服務的平臺，開啓了敏捷性和功能開發速度的新時代。

視頻處理工作流程的每個步驟都由單獨的微服務表示，從而簡化了編排並分離了功能。這些服務（從視頻檢查到複雜性分析和編碼）共同產生了適合工作室和流媒體用例的優質視頻資產。微服務通過促進快速迭代和適應不斷變化的業務需求產生了顯著的成果。

Netflix Open Connect 中的播放流程

藉助 Netflix Open Connect 的播放程序，全球客戶可以享受完美而出色的觀看體驗。其功能如下：

健康報告： Open Connect Appliances (OCA) 定期向 Amazon Web Services (AWS) 中的緩存控制服務報告其學習的路線、內容可用性和整體健康狀況。
用戶請求：從 AWS 上託管的 Netflix 應用程序中，客戶端設備上的用戶請求播放電視節目或電影。
授權和文件選擇：在驗證用戶授權和許可後，AWS 播放應用程序服務會選擇處理播放請求所需的精確文件。
轉向服務： AWS 轉向服務根據緩存控制服務保存的數據選擇從哪些 OCA 提供文件。播放應用程序服務在構建其 URL 時從其接收這些 OCA。
內容交付：在客戶端設備上，播放應用服務發送相關 OCA 的 URL。當請求的文件通過 HTTP/HTTPS 發送到客戶端設備時，所選的 OCA 開始提供這些文件。

下面是演示播放過程的視覺表示：

Netflix 架構中的數據庫

利用 Amazon S3 實現無縫媒體存儲

Netflix 能夠經受住 2022 年 4 月 21 日 AWS 中斷的考驗，這證明了其雲基礎設施的價值，尤其是其對 Amazon S3 進行數據存儲的依賴。Netflix 的系統通過利用 SimpleDB、S3 和 Cassandra 等服務來承受此類中斷。

Netflix 的基礎設施建立在使用 Amazon S3（簡單存儲服務）進行媒體存儲的基礎上，爲這家流媒體巨頭的大量電影、電視劇和原創內容提供支持。爲全球數百萬 Netflix 用戶提供服務需要 PB 級的數據，而 S3 是存儲這些數據的完美選擇，因爲它提供可擴展、可靠且高度可訪問的存儲。

Netflix 選擇 S3 作爲媒體存儲的另一個重要考慮因素是可擴展性。藉助 S3，Netflix 可以輕鬆擴展其存儲容量，而不必擔心隨着內容集合的增長而添加更多硬件或維護複雜的存儲基礎設施。爲了在不犧牲用戶體驗或速度的情況下滿足對流媒體內容日益增長的需求，Netflix 需要具有可擴展性。

採用 NoSQL 實現可擴展性和靈活性

在高度分佈式基礎架構中，對結構化存儲訪問的需求推動了 Netflix 的數據庫選擇過程。在意識到傳統關係模型在互聯網規模運營環境中的缺點後，Netflix 採用了向 NoSQL 分佈式數據庫的範式轉變。在他們的數據庫生態系統中，三種必不可少的 NoSQL 解決方案脫穎而出：Cassandra、Hadoop/HBase 和 SimpleDB。

亞馬遜簡單數據庫

隨着 Netflix 遷移到 AWS 雲，亞馬遜的 SimpleDB 成爲許多用例的明顯解決方案。它具有強大的查詢功能、跨可用區域的自動複製和耐用性，因此頗具吸引力。SimpleDB 的託管解決方案降低了運營開銷，這符合 Netflix 使用雲提供商進行非差異化運營的政策。

Apache HBase

Apache HBase 是 Hadoop 系統的一個實用的高性能解決方案。它的動態分區策略使重新分配負載和創建集羣變得更加容易，這對於處理 Netflix 不斷增長的數據量至關重要。HBase 強大的一致性架構通過對分佈式計數器、範圍查詢和數據壓縮的支持而得到增強，這使其適用於各種用例。

阿帕奇·卡桑德拉

開源 NoSQL 數據庫 Cassandra 提供性能、可擴展性和靈活性。其動態集羣增長和水平可擴展性滿足了 Netflix 對無限擴展的需求。由於其適應性一致性、複製機制和靈活的數據模型，Cassandra 非常適合跨區域部署和擴展，並且不會出現單點故障。

由於每種 NoSQL 工具都最適合特定的用例，因此 Netflix 採用了其中的一些工具。雖然 Cassandra 在跨區域部署和容錯擴展方面表現出色，但 HBase 與 Hadoop 平臺自然連接。作爲 Netflix 長期雲戰略的支柱，採用 NoSQL 伴隨着學習曲線和運營費用，但可擴展性、可用性和性能方面的優勢使投資物有所值。

Netflix 計費基礎設施中的 MySQL

在大規模遷移到 AWS 雲原生架構的過程中，Netflix 的計費系統經歷了重大轉型。由於 Netflix 的運營嚴重依賴計費，因此向 AWS 的遷移過程非常謹慎，以確保對會員體驗的影響儘可能小，並遵循嚴格的財務標準。

跟蹤結算期、監控付款狀態以及向財務系統提供數據以供報告只是 Netflix 計費基礎設施處理的部分任務。計費工程團隊管理着一個複雜的生態系統，其中包括批處理任務、API、與其他服務的連接器以及數據管理，以實現這些功能。

數據庫技術的選擇是遷移過程中最重要的選擇之一。由於需要可擴展性以及支付處理中對 ACID 事務的要求，我們選擇了 MySQL 作爲數據庫解決方案。

爲了適應新的雲架構，構建強大的工具、優化代碼和刪除不必要的數據都是遷移過程的一部分。在傳輸當前成員數據之前，使用代理和重定向器使用乾淨的數據集進行了徹底的測試過程以處理流量重定向。

遷移到 AWS 上的 MySQL 是一個複雜的過程；它需要仔細規劃、有條不紊地實施以及持續的測試和迭代。儘管困難重重，但遷移過程進展順利，Netflix 得以將 AWS 雲服務的可擴展性和可靠性用於其計費系統。

總而言之，將 Netflix 的計費系統切換到 AWS 上的 MySQL 涉及大量工程工作和廣泛影響。Netflix 的系統架構已更新其計費系統並使用基於雲的解決方案，爲數字領域即將到來的發展做好準備。

以下是 Netflix 的遷移後架構：

Netflix 架構中的內容處理管道

Netflix 內容處理管道是一種系統化的方法，用於處理內容和執行合作伙伴提供的數字資產。主要分爲三個階段：提取、轉碼和打包。

攝入

在整個攝取階段，源文件（例如音頻、定時文本或視頻）都會經過徹底檢查，以確保其準確性和合規性。這些驗證包括語義信號域檢查、文件格式驗證、壓縮比特流的可解碼性、是否符合 Netflix 交付標準以及數據傳輸的完整性。

轉碼和打包

當源通過攝取階段後，它們將經過轉碼以生成輸出基本流。之後，這些流將被加密並放置在可分發的流式傳輸容器中。

利用 Netflix 的金絲雀模型確保無縫流媒體

由於客戶端應用程序是用戶與品牌互動的主要方式，因此對於全球數字產品而言，它們必須具有出色的質量。在 Netflix 的系統架構中，大量資金用於保證對更新的應用程序版本進行全面評估。然而，由於 Netflix 可在數千臺設備上訪問，並且由數百個獨立部署的微服務提供支持，因此徹底的內部測試變得很困難。因此，使用在更新過程中獲取的可靠現場數據來支持發佈決策至關重要。

爲了加快對更新的客戶端應用程序的評估，Netflix 的系統架構組建了專門的團隊，從現場挖掘健康信號。由於這項系統的投資，開發速度加快了，應用程序質量和開發流程得到了改善。

客戶端應用程序： Netflix 升級其客戶端應用程序有兩種方式：直接下載和應用商店部署。直接下載可以增強分發控制。
部署策略：儘管定期增量發佈客戶端應用程序的優勢衆所周知，但更新軟件仍存在一定的困難。由於每個用戶的設備都以流的形式提供數據，因此高效的信號採樣至關重要。Netflix 採用的部署策略是定製的，以應對各種用戶設備和複雜微服務帶來的獨特挑戰。該策略因客戶端類型而異 - 例如智能電視與移動應用程序。新的客戶端應用程序版本通過分階段推出逐步提供，從而提供及時的故障處理和智能後端服務擴展。在推出期間，密切關注客戶端錯誤率和採用率可確保部署過程的一致性和有效性。
分階段推出：爲了降低風險並明智地擴展後端服務，分階段推出需要逐步部署新的軟件版本。

AB 測試/客戶端金絲雀： Netflix 採用了 A/B 測試的強化變體，稱爲“客戶端金絲雀”，它涉及測試完整的應用程序以保證在幾個小時內及時升級。
編排：編排可減少與頻繁部署和分析相關的工作量。它對於管理 A/B 測試和客戶端金絲雀非常有用。

總而言之，由於 Netflix 使用了客戶端金絲雀模型，從而保證了應用程序的頻繁更新，數百萬客戶可以享受完美的流媒體體驗。

Netflix 架構圖

Netflix 系統架構是一個由 Python 和 Java 組成的複雜生態系統，Spring Boot 用於後端服務，Apache Kafka 和 Flink 用於數據處理和實時事件流。前端的 Redux、React.js 和 HTML5 提供了迷人的用戶體驗。許多數據庫提供實時分析並處理大量媒體內容，包括 Cassandra、HBase、SimpleDB、MySQL 和 Amazon S3。Jenkins 和 Spinnaker 有助於持續集成和部署，AWS 爲整個基礎設施提供可擴展性、可靠性和全球影響力。

Netflix 致力於爲全球廣大觀衆提供完美的娛樂體驗，而這些技術僅佔其龐大技術堆棧的一小部分，這一事實就證明了這一點。