游戏同步+游戏中的网络模块

原文链接：游戏开发入门（九）游戏同步技术_游戏数据同步机制流程怎么开发-CSDN博客

游戏开发入门（十）游戏中的网络模块_游戏开发组网-CSDN博客

3.同步技术的基本常识：

a.同步给谁？
某个用户：如私聊的聊天信息
同屏内的所有玩家：发给同一个区域内的所有玩家
同一个服务器的所有玩家：遍历整个服务器所有玩家，然后逐个通知，如全服喇叭
b.同步的数据是？
命令数据：发送一个消息，通知另一端去执行某个操作，一般通过RPC实现
状态数据：针对某一个数值，按照一定频率不断的发送给另一端，来让不同端的该数值保持一致
c.同步的周期? 在特定逻辑触发时执行一定频率不间断的发送

4.网络游戏面临的问题与解决思路
网络延迟：由于网络延迟无法避免，所有优化的核心就是如何根据当前环境减少延迟以及如何优化
客户端的视觉感受。一般对同步数据的暴力校正效果是非常差的，需要用各种手段去平滑的处理。
网络带宽：手游玩家可能会对流量的消耗比较在意，所以要尽可能的减小同步的数据量。减少方式有

a.在对象第一次同步的时候将完整的对象信息同步过去，后续只同步那些发生改变的数据
b.对协议内容进行优化，比如不需要可靠的同步消息可以使用UDP，减少一些校验等
c.某些复杂的数据内容可以只传递简单的数据信息，然后不同的客户端以及服务器通过算法在本地计算出结果

反外挂：

a.关键的游戏逻辑要放在服务器上面
b.协议需要加密，密钥需要频繁的改变
c.服务器对客户端发送的消息要验证，不合理的及时校正

5.常见的外挂类型

修改客户端内存数据
截取并修改客户端发送到服务器的消息
调整网络延迟，让其他客户端不能正确获到玩家位置

外挂的核心思路：不断去检测本地数据的变化并尝试去修改，很有可能就找到游戏逻辑的漏洞。理论上，完全避免外挂也是不可能的，不过可以尽量避免同时增加外挂实现的难度

6.关于P2P同步与服务器同步
有过计算机基础的朋友应该了解P2P，即点对点，就是说两个游戏端直接相连，消息不需要发给其他人。服务器同步的架构里面，所有的客户端都需要链接到一个服务器上面，然后所有的消息都需要服务器先验证，然后在发送给其他客户端。我们常见的网络游戏都是基于服务器同步的。

7.P2P同步常见的同步策略——时间轴同步：

a.常规同步 A产生命令发给B的同时，立刻执行。B收到消息后再去执行。这个过程有延迟
b.约定同步
为了克服上面的执行不同步，A在产生命令的同时将消息与当前时间戳都发送给B。B收到命令后，根据
网络情况在预测时间与A“同时”执行。或者A在产生命令的同时告诉B，应该在哪个时间戳开始执行，B收到消息后在与A商量好的时间去执行。
注：该方法肯定也可能会有延迟的，不过一定范围内可以接收，效果也比常规同步的好一些

8.P2P同步常见的同步策略——帧同步：
帧同步的核心是保证各个端的逻辑帧保持一致。如果A在执行第N+1帧的时候需要B的第N帧数据，那么必须等到B
的第N帧数据同步过来后才能执行。

优点：保证逻辑上的完全同步
缺点：如果一个客户端的网络环境差，会导致另一个客户端也卡顿。

注：视频中提到对视觉要求不是很高的游戏采用帧同步，这句话有待商榷，他这里可能只是针对P2P。我们所熟知的“王者荣耀”采用的就是帧同步的方法，只不过他是在服务器同步架构下，采用的是乐观帧以及各个细节的逐步优化来完成的，后面简单讲解

9.服务器常见的同步策略——服务器时间轴同步：
前面提到过，服务器同步架构下，所有的消息都要通过服务器验证与转发。这与P2P基于时间轴同步策略是相同的，不过因为中间多了一道程序，延迟还可能有所增加。视频中所指的这种同步，在业界常说的状态同步差不多，也就是客户端的某些同步属性要与服务器保持一致。状态同步与时间轴同步的概念侧重点与分类有点不同，大家理解就好。

优点：可以对客户端消息进行验证，防止外挂。
缺点：延迟比较高，所以为了表现流畅，一般都是客户端在执行命令的时候立即执行操作，然后发给服务器去验证，如果验证不通过，服务器还会对客户端进行校正。

10.服务器常见的同步策略——服务器帧同步：
帧同步在服务器架构下仍然可以使用，不过在处理上可能有些差异。一般来说，客户端玩家在触发了某个按键操作的时候，会将操作的命令（注意：这个命令包含的只是玩家按键的信息，没有其他逻辑信息）与当前帧发送给服务器。服务器收集到所有客户端当前帧的操作信息后，就会广播执行给所有客户端。如果有的客户端没有发送当前帧的指令，服务器就不会广播消息，这时候所有客户端就会锁帧。
帧同步优化：为了避免客户端网络出现延迟的问题，产生了“乐观锁”的处理手段。就是服务器不去等待客户端是否发送了帧操作数据，每隔固定时间就广播给所有客户端。（视频第二节后面的内容就是这种机制）

11.同步中常见术语

主像：本地玩家角色，当前设备控制的角色
影像：本地客户端看到的其他玩家角色
客户端：包含本地玩家的终端设备
FPS：帧数

12.位置同步
区域位置同步：给玩家配置一个范围，玩家移动超出这个范围后立刻触发同步更新中心坐标。同时为了防止玩家总在一个很小的范围移动，可以设置每隔一段固定时间就进行一次同步。

13.操作同步
客户端触发某个操作立刻执行，然后发送给服务器，服务器广播给其他客户端执行

14.命中同步
这个不同的游戏有不同的方式，可以选择让客户端进行判定，把结果传给服务器。也可以把玩家操作
发给服务器，让服务器去计算判断。

15.网络同步调试手段

a.Log/断点 如果可以在开发时就定位到问题，那最直接的办法就是断点。如果不好定位，可以采用输出日志的方式，即log
b.录像/录屏（Fraps）
录像与我们常说的视频录像不太一样，而是我们记录玩家在各个时间点的操作，从游戏开始到结束完全的模拟一遍。这其实也是游戏回放的基本思路，很明显这样很容易重现我们之前出现的问题，这个录像一般需要游戏项目提供相关的功能才可以。
如果游戏本身不支持录像功能，那可以借助工具来调试，如Fraps可以按特定帧数截屏
c.网络模拟软件（Network-Emulator-Toolkit）
开发者的游戏环境与玩家一般是不同的，为了测试在外网环境下玩家的游戏情况，我们可以借助一些网络模拟软件来调整当前开发环境下的网络延迟

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1.服务器在整个游戏过程中是一直运行的
一旦服务器宕，所有的玩家都会掉线，一旦服务器出现卡顿，所有的玩家也会出现卡顿，所以服务器的性能与表现必须非常严格。很多情况下，有一些并非非常重要的逻辑最好放到客户端执行，可以减小服务器压力，而且服务器的内存，CPU性能都要比一般的玩家机器要强的多。

为了减小硬件设施开销，一台服务器机器可能同时运行多个游戏服务器。MMO游戏，局域网游戏以及房间匹配游戏等，各自的服务器网络架构也是不同的，这个需要读者去查阅更多的资料。
推荐链接：游戏服务器架构 - 卫长青 - 博客园 (cnblogs.com)
http://gcloud.qq.com/forum/topic/56a0bac3a90d8b775e8f3c1b

2.计算机网络基础——网络模型
这属于计算机基础知识方面的内容，如果不熟悉这一模块，建议先去看一看计算机网络相关书籍，如计算机网络自顶向下方法计算机网络（第4版） (豆瓣) (douban.com)。想进一步深入的话可能需要看TCP/IP详解卷一卷二卷三，如果对服务器兴趣不是很大或只是想有个大概理解可以先不看这个系列。

3.网络游戏开发中我们通常接触的是应用层（游戏逻辑，Socket处理）与传输层（TCP，UDP）

4.TCP与UDP

TCP特点： 传输可靠—保证顺序（滑动窗口），
不丢包（重传机制RDT），有拥塞控制
三次握手，建立链接
数据包没有限制
可以依靠网络层去分帧
UDP特点：
传输不可靠—不保证顺序，可能丢包，
实现机制比较简单
无连接，随时发送
UDP协议一般要求包小于64K

5.关于TCP与UDP的选择
二者在不同的游戏里面都有广泛的应用，没有绝对好坏之分。TCP相比UDP数据安全可靠，但是需要建立链接，机制复杂带来额外的开销，在网络环境不好的情况下效果非常差。
TCP应用场景：网络条件较好，对安全可靠性有要求的
UDP应用场景：网络环境较差，要求响应速度比较高，安全性其次的

6.进程通信
在同一个机器上，两个不同的进程之间有多种通信方式。如管道，消息队列，信号量
，信号，共享内存等。（这属于操作系统基础知识）
如果想在两个不同机器的进程之间通信，就需要用到Socket套接字。(当然他也可以用于同一个机器不同进程通信)

7.socket
从宏观概念上理解，socket是一套基于TCP/IP协议封装的API。他处于网络应用层，给开发者提供方便的接口来快速的实现网络通信。网上有的朋友把他比喻成插座，处于两个机器上的两个进程想要通信，就需要各自创建一个插座，然后把自己插在这个插座上，这样你只要把信息通过这个插座传输过去就好了而不需要管插座里面有什么特殊的机制与技巧。当然，理论上你不用插座直接用手把线路焊接到一起也是没问题的，不过里面的电流过大断电机制什么的需要你自己想办法处理了。
从编程的角度来讲，socket是一个无符号整型变量，用来标识一个通信进程。两个进程想要通信必须要知道双方的ip地址和端口号，以及通信所采用的协议栈。socket就是和这些东西绑定的，socket编程可以使用unix接口，也可以使用windows的接口winSock。
参考链接：
socket编程到底是什么？（socket编程到底是什么？ - 知乎 (zhihu.com)）
谈谈socket 套接字（谈谈socket 套接字_华清远见linux的socket套接字-CSDN博客）
TCP/IP、Http、Socket的区别? TCP/IP、Http、Socket的区别? - 知乎 (zhihu.com)

7.游戏开发中的基本网络架构
理解了socket之后，所谓游戏中的网络框架也不难理解。其实就是在socket的基础上进一步封装一套更方便游戏内部的消息传输机制，同时将消息解析细节与逻辑层代码进行分离，使逻辑层代码更清晰可读。低配版：比如客户端想给服务器发送一个比较复杂的数据结构(比如一个包含字符串和数字的结构体)，那这个数据需要在客户端转换成二进制，通过socket发送到服务器。服务器的网络机制通过其socket监听到该数据包，然后解析二进制数据并还原到逻辑上层。
高配版：只简单的发送与解析一般数据还不够，游戏中我们希望直接能将一个对象直接从客户端发到服务器，或者直接将某个函数发到服务器去执行，更甚者想要在逻辑层实现UDP的可靠数据传输。这些较为复杂的机制都包含在网络框架里面，有时候我们可以借用一些开源的库来帮我们实现，如protobuf。

8.protobuf
Google Protocol Buffer(Protobuf)是一种轻便高效的结构化数据存储格式，平台无关、语言无关、可扩展，通常用于通讯协议和数据存储等领域。通俗一点讲，就是用来按照二进制格式保存与读取的开源库，我们在进行网络传输的时候需要把数据转换成二进制通过网络层发送过去，但是如何把复杂数据(一个类对象)准确地转换成二进制发送并在接收端快速准确解析就是个问题。protobuf就可以做这个工作，他可以把一个对象序列化成二进制，然后在接收端再反序列化成原来的对象内容，这样我们就成功的传输了一个类对象！
这个过程我们是在应用层来实现的，所以本质上游戏网络层的实现对应的就是计算机网络模型中的应用层(和Http,ftp是类似的)

9.GUID
该课程中没有涉及，但是有必要提出来。前面提到我们可以在网络中传递一个对象，但是客户端上的A对象(如玩家A)与服务器上的A对象(也是玩家A)在内存地址上肯定是不一样的，我们怎么知道客户端传递过来的A对象就是服务器上的？
答案就是GUID，服务器在同步一个对象引用（指针）的时候，会给其分配专门的GUID并通过网络进行发送。客户端上通过识别这个ID，就可以找到对应的类对象。具体的细节可以参考虚幻引擎里面的实现机制，博主也写了一篇文档，里面有提到该机制的相关细节UE4网络同步(二)——深入同步细节_ue4 网络同步 csdn-CSDN博客

10.事件与代理
游戏中常用的模块之间通信方式，可以极大的降低模块耦合性。实现原理是函数指针，比如A模块执行了某个操作后，通过广播向所有模块发消息，这些模块如果事先绑定了对应消息的函数指针，就会收到该消息并处理。这个过程中A并不知道发给了谁，也不知道其他模块又做了什么。

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