游戲服務(wù)器架構(gòu)通識(shí)

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前言

這節(jié)講座里，我們將從游戲服務(wù)器發(fā)展的簡(jiǎn)單歷程出發(fā)，鳥(niǎo)瞰一下目前大多數(shù)的游戲服務(wù)器架構(gòu)。

這里盡可能的避免陷入細(xì)節(jié)的技術(shù)問(wèn)題，而是從技術(shù)進(jìn)化的結(jié)果狀態(tài)，反推原始問(wèn)題是什么。希望能通過(guò)這個(gè)過(guò)程，解釋清楚游戲服務(wù)器是在解決什么問(wèn)題，痛點(diǎn)到底在哪里。

一、早期網(wǎng)游服務(wù)器

蠻荒時(shí)期的游戲服務(wù)器框架我們一筆帶過(guò)，那時(shí)的游戲服務(wù)器和一個(gè)小Web服務(wù)沒(méi)有區(qū)別。

蠻荒時(shí)代的服務(wù)器只負(fù)責(zé)存儲(chǔ)玩家賬號(hào)、數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)發(fā)場(chǎng)景內(nèi)其他玩家的行為。很多移動(dòng)、使用技能等關(guān)鍵邏輯在服務(wù)器上根本沒(méi)有。隨意就能用變速齒輪改變游戲速度。

從《傳奇》的時(shí)代開(kāi)始，游戲服務(wù)器就不再是簡(jiǎn)單的上傳存檔、下載存檔、訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面而已。游戲服務(wù)器內(nèi)部出現(xiàn)了游戲邏輯，既能用于同步每個(gè)玩家看到的世界，又能讓邏輯與客戶(hù)端分離，避免早期的網(wǎng)絡(luò)游戲那種毫無(wú)防范的邏輯體系（對(duì)外掛防御能力為0）。

如圖，客戶(hù)端通過(guò)某種形式驗(yàn)證登陸以后，就和服務(wù)器通過(guò)TCP直接相連了。這種服務(wù)器的承載能力不高，但那時(shí)在游戲邏輯上也務(wù)求簡(jiǎn)化，把負(fù)載減少到極致。

· 例如：1、玩家看不到怪物的血量，或者只能看到正在打的怪物的血量。2、地圖有格子的概念，每個(gè)格子只能有一個(gè)單位，極大限制了同屏人數(shù)。

由于邏輯盡量簡(jiǎn)化，雖然這時(shí)的服務(wù)器邏輯服務(wù)都是單進(jìn)程單線(xiàn)程的，但是也足夠表現(xiàn)交互的感受。

這種架構(gòu)奇怪的地方是處理網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫瓦壿嬏幚淼膲毫υ谕粋€(gè)服務(wù)器上（存儲(chǔ)模塊可能也在同一個(gè)進(jìn)程），就算邏輯處理壓力為0，承載人數(shù)也高不到哪去。

雖然這時(shí)的游戲服務(wù)器設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)陋，但是網(wǎng)游第一次給了玩家真實(shí)世界的感受。單服人數(shù)不足的問(wèn)題可以靠開(kāi)多組服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，所以曾經(jīng)出現(xiàn)了幾百上千組服務(wù)器的輝煌時(shí)代。

二、早期游戲服務(wù)器的改進(jìn)版本

當(dāng)開(kāi)發(fā)者們有了初步經(jīng)驗(yàn)以后，新作品的開(kāi)發(fā)，自然而然的過(guò)渡到了如下的形式：

游戲邏輯服務(wù)依然是在一臺(tái)服務(wù)器上，單進(jìn)程（邏輯處理本身肯定是在一個(gè)線(xiàn)程中，可以有子線(xiàn)程負(fù)責(zé)內(nèi)網(wǎng)通信）。但是我們自然的想到，存儲(chǔ)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)連接負(fù)載可以從邏輯服上拆出來(lái)。

連接服務(wù)器負(fù)責(zé)把客戶(hù)端和服務(wù)器之間的消息轉(zhuǎn)化為服務(wù)器之間的消息，可以順便做一些加解密的工作。

這一點(diǎn)小改動(dòng)極大提高了單服連接人數(shù)的上限。但是玩家要求提高了，空出來(lái)的性能很快被豐富的游戲系統(tǒng)吃掉了。

由于連接服務(wù)器本身沒(méi)有時(shí)序性，很容易做分布式的（其實(shí)大部分游戲還是只用一個(gè)連接服），存儲(chǔ)服務(wù)不要求高實(shí)時(shí)性，高峰期存盤(pán)間隔可以稍長(zhǎng)一些，不會(huì)對(duì)游戲服造成影響。

三、成熟形態(tài)的服務(wù)器框架

邏輯服務(wù)器的負(fù)載均攤方法一：按照功能劃分多個(gè)服務(wù)器進(jìn)程

邏輯服務(wù)器的負(fù)載均攤方法二：按照?qǐng)鼍皠澐侄鄠€(gè)服務(wù)器進(jìn)程

對(duì)游戲服務(wù)器歷史有了基本了解后，成熟形態(tài)的游戲服務(wù)器很容易理解。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把邏輯服務(wù)器單個(gè)進(jìn)程的壓力分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)服務(wù)器。

難點(diǎn)在邏輯的設(shè)計(jì)上，要像做手術(shù)一樣把本來(lái)是一體的功能切開(kāi)，并抽象出若干個(gè)API來(lái)保持聯(lián)系（服務(wù)器之間是TCP連接）。

在分解時(shí)，要找聯(lián)系相對(duì)最薄弱的環(huán)節(jié)入手，比如場(chǎng)景和場(chǎng)景之間分開(kāi)、單獨(dú)抽出聊天服務(wù)、組隊(duì)服務(wù)、好友服務(wù)。

無(wú)論如何分解，最終結(jié)果只能是有限個(gè)服務(wù)。而且分解的越細(xì)，開(kāi)發(fā)難度就越大。因?yàn)榭绶?wù)器邏輯是把簡(jiǎn)單的同步邏輯變成了異步Callback邏輯，而且容易出現(xiàn)時(shí)序問(wèn)題等不易測(cè)試的問(wèn)題。

單個(gè)場(chǎng)景服務(wù)幾乎是無(wú)法分解的。分解單個(gè)場(chǎng)景難度巨大以至于出現(xiàn)了BigWorld引擎來(lái)專(zhuān)門(mén)的解決場(chǎng)景分割問(wèn)題，后面會(huì)談到。

這種成熟形態(tài)的游戲服務(wù)器已經(jīng)能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)中99%的頻繁交互類(lèi)網(wǎng)游需求，是大型MMO端游、頁(yè)游的主流形式。

當(dāng)然有實(shí)力的公司在這個(gè)基礎(chǔ)上會(huì)做很多改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟副本、相位技術(shù)等等，但是萬(wàn)變不離其宗，其本質(zhì)和上圖沒(méi)有什么區(qū)別。

附：開(kāi)房間式的網(wǎng)絡(luò)游戲

開(kāi)房間式的網(wǎng)絡(luò)游戲也是游戲的一個(gè)重要分支，英雄聯(lián)盟、DOTA、很多手游例如皇室戰(zhàn)爭(zhēng)、王者榮耀等等。

這種游戲房間之間幾乎沒(méi)有交互，只有大廳內(nèi)有交互，可以理解為原始形態(tài)的游戲服務(wù)器的平行擴(kuò)展。

房間式游戲擴(kuò)展難度較小，只是需要根據(jù)玩家數(shù)量動(dòng)態(tài)擴(kuò)展游戲房間的數(shù)量、服務(wù)器數(shù)量。很像網(wǎng)站的架構(gòu)。

這種游戲架構(gòu)最最適合放在云平臺(tái)上，設(shè)計(jì)合理的話(huà)，它可能遇到的問(wèn)題和大型網(wǎng)站幾乎一模一樣。不需要特別的討論它們。

只是，畢竟游戲不都是開(kāi)房間的玩法。

小結(jié)：游戲服務(wù)器框架特點(diǎn)

1、真正的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中，數(shù)據(jù)庫(kù)性能不那么重要

· 注：很多大型游戲采用了共享內(nèi)存，避免宕機(jī)時(shí)損失過(guò)大。

2、單CPU性能比CPU數(shù)量重要的多。

3、目前有很多游戲，特別是手游，使用Redis讀寫(xiě)代替內(nèi)存讀寫(xiě)，甚至也有用Mongo的。

4、開(kāi)新服、舊區(qū)合服的情況，非常適合云平臺(tái)。

五、先進(jìn)服務(wù)器框架

· 先進(jìn)服務(wù)器框架1 BigWorld

BigWorld引擎的代表作：

· 中國(guó)：《天下貳 》《天下叁》等等數(shù)十款，網(wǎng)易對(duì)BigWorld的實(shí)用化貢獻(xiàn)很大。

· 國(guó)際：《魔獸世界》早期版本，《坦克世界》，《戰(zhàn)爭(zhēng)雷霆》

BigWorld的核心理念，要回到上面講過(guò)的場(chǎng)景分割問(wèn)題。

BigWorld利用平面切分的原理，將場(chǎng)景劃分為小塊，不同的塊可以運(yùn)行在不同的服務(wù)器上。而且塊的劃分是動(dòng)態(tài)的，根據(jù)玩家密集程度、數(shù)量動(dòng)態(tài)調(diào)整塊的大小。。

具體技術(shù)上，使用了Actor模型，要求每個(gè)對(duì)象都是獨(dú)立的Entity，對(duì)象之間只能通過(guò)消息協(xié)作，嚴(yán)格限制對(duì)象之間的直接交互。

后來(lái)隨著手游的崛起、端游的衰落、網(wǎng)游玩法向多元化發(fā)展，這一系列的變化，導(dǎo)致BigWorld引擎很快就衰落了。

BigWorld引擎從曾經(jīng)的大紅大紫，到現(xiàn)在的無(wú)人問(wèn)津，反映出游戲服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。BigWorld的強(qiáng)制Actor模型，實(shí)際上是犧牲了開(kāi)發(fā)效率，換取了服務(wù)器可擴(kuò)展性。

理論上單服承載人數(shù)可以達(dá)到百萬(wàn)級(jí)別。但是游戲的業(yè)務(wù)邏輯的修改很頻繁，開(kāi)發(fā)效率低下是游戲設(shè)計(jì)師不能承受之重。

這種架構(gòu)天生就是為云計(jì)算準(zhǔn)備的，而且單個(gè)物理機(jī)承載量十分有限，每個(gè)游戲大區(qū)都需要大量實(shí)體機(jī)。

如果BigWorld成功…… 可惜的是，它和實(shí)際市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)背道而馳了。

游戲開(kāi)發(fā)相比電商系統(tǒng)，項(xiàng)目規(guī)模小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但是相對(duì)的，迭代速度要快幾倍。項(xiàng)目之間如果類(lèi)型不同或是玩法有差異，能復(fù)用的代碼并不多。

聊聊十萬(wàn)行代碼。游戲服務(wù)器開(kāi)發(fā)速度受美術(shù)資源制作速度、客戶(hù)端開(kāi)發(fā)速度制約。近幾年我猜測(cè)服務(wù)器方面并不會(huì)有大的技術(shù)革新。

游戲開(kāi)發(fā)未來(lái)的趨勢(shì)是多元化、低門(mén)檻化、大眾化。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)BigWorld這種大怪獸級(jí)別的引擎不會(huì)再崛起。

分布式框架的崛起時(shí)間點(diǎn)，無(wú)論如何，也在VR技術(shù)成熟之后了。

· 先進(jìn)服務(wù)器框架2、Skynet

Skynet是新興的一種通用型服務(wù)器框架（完全開(kāi)源），它游走在傳統(tǒng)不易分布服務(wù)器和分布式服務(wù)器之間。

它是一種泛用型框架，不僅能很好的作為游戲服務(wù)器框架使用，而且用來(lái)搭建HTTP服務(wù)也具有驚人的性能（幾百行代碼的簡(jiǎn)單HTTP實(shí)現(xiàn)，能達(dá)到nginx 60%的性能）。

矛盾的是，由于它對(duì)腳本虛擬機(jī)做了一些重要的Hack，導(dǎo)致它完全綁定在了Lua這一種語(yǔ)言上。

Skynet原理闡述：

把服務(wù)抽象為微服務(wù)，一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)可以建立成千上萬(wàn)個(gè)微服務(wù)，Skynet調(diào)度m個(gè)線(xiàn)程（m=CPU核心數(shù)）、處理n個(gè)微服務(wù)各自的事件。

由于n個(gè)微服務(wù)在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)，可以達(dá)到0延遲的內(nèi)部通信（極端情況下無(wú)拷貝）

同時(shí)Lua虛擬機(jī)又提供了沙盒機(jī)制，微服務(wù)之間的Lua邏輯代碼不會(huì)有任何干擾，必要的時(shí)候又可以在C語(yǔ)言層面、Lua沙盒之外共享數(shù)據(jù)。

由于服務(wù)本身有良好的隔離性，可以較為方便的把服務(wù)部署到多物理機(jī)上（考慮到性能問(wèn)題，不能像BigWorld那樣任意部署）。

Skynet這種架構(gòu)已經(jīng)在Lua體系的游戲公司內(nèi)大量使用（以網(wǎng)易系為代表），悄無(wú)聲息的滲透到其他公司里。（和Lua語(yǔ)言當(dāng)年的情況有點(diǎn)像，是金子總會(huì)發(fā)光的。）

六、先進(jìn)服務(wù)器框架3、以Go語(yǔ)言為主的其他框架

Go語(yǔ)言的goroutine特性，給游戲開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大的想象空間。

在Go語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，很容易出現(xiàn)更好的房間式游戲框架、類(lèi)似Skynet的框架、改進(jìn)型的傳統(tǒng)框架。

但是可以大膽預(yù)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)的效果不會(huì)超過(guò)erlang、skynet這類(lèi)框架的范圍。這是因?yàn)橛螒驑I(yè)務(wù)本身的特性決定的。

結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要探討了十幾二十年來(lái)，主流服務(wù)器框架的發(fā)展脈絡(luò)，以MMO-RPG這種最具代表性的網(wǎng)游類(lèi)型為主（同時(shí)MMO對(duì)服務(wù)器架構(gòu)的挑戰(zhàn)也是最大的），兼談到一些其他類(lèi)型的游戲。由于游戲類(lèi)型多種多樣，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的開(kāi)發(fā)商所偏好的架構(gòu)方式也大有不同，文中難免掛一漏萬(wàn)，但不太影響整體脈絡(luò)，也不影響對(duì)網(wǎng)游服務(wù)器的核心問(wèn)題的總結(jié)——邏輯拆分。