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一、游戲服務(wù)器特征

游戲服務(wù)器，是一個(gè)會(huì)長(zhǎng)期運(yùn)行程序，并且它還要服務(wù)于多個(gè)不定時(shí)，不定點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。所以這類服務(wù)的特點(diǎn)是要特別關(guān)注穩(wěn)定性和性能。這類程序如果需要多個(gè)協(xié)作來(lái)提高承載能力，則還要關(guān)注部署和擴(kuò)容的便利性;同時(shí)，還需要考慮如何實(shí)現(xiàn)某種程度容災(zāi)需求。由于多進(jìn)程協(xié)同工作，也帶來(lái)了開發(fā)的復(fù)雜度，這也是需要關(guān)注的問(wèn)題。

功能約束，是架構(gòu)設(shè)計(jì)決定性因素。基于游戲業(yè)務(wù)的功能特征，對(duì)服務(wù)器端系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)特殊的需求：

• 游戲和玩家的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)落地
• 對(duì)玩家交互數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播和同步
• 重要邏輯要在服務(wù)器上運(yùn)算，做好驗(yàn)證，防止外掛。

針對(duì)以上的需求特征，在服務(wù)器端，我們往往會(huì)關(guān)注對(duì)電腦內(nèi)存和CPU的使用，以求在特定業(yè)務(wù)代碼下，能盡量滿足高承載低響應(yīng)延遲的需求。最基本的做法就是“空間換時(shí)間”，用各種緩存的方式來(lái)以求得CPU和內(nèi)存空間上的平衡。另外還有一個(gè)約束：帶寬。網(wǎng)絡(luò)帶寬直接限制了服務(wù)器的處理能力，所以游戲服務(wù)器架構(gòu)也必定要考慮這個(gè)因素。

二、游戲服務(wù)器架構(gòu)要素

對(duì)于游戲服務(wù)端架構(gòu)，最重要的三個(gè)部分就是，如何使用CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)：

• 內(nèi)存架構(gòu)：主要決定服務(wù)器如何使用內(nèi)存，以***化利用服務(wù)器端內(nèi)存來(lái)提高承載量，降低服務(wù)延遲。
• 邏輯架構(gòu)：設(shè)計(jì)如何使用進(jìn)程、線程、協(xié)程這些對(duì)于CPU調(diào)度的方案。選擇同步、異步等不同的編程模型，以提高服務(wù)器的穩(wěn)定性和承載量?？梢苑謪^(qū)分服，也可以采用世界服的方式，將相同功能模塊劃分到不同的服務(wù)器來(lái)處理。
• 通信模式：決定使用何種方式通訊?；谟螒蝾愋筒煌捎貌煌耐ㄐ拍Ｊ?，比如http,tcp,udp等。

三、服務(wù)器演化進(jìn)程

1、卡牌等休閑游戲弱交互游戲

服務(wù)器基于游戲類型不同，所采用的架構(gòu)也有所不同，我們先講一下簡(jiǎn)單的模型，采用http通信模式架構(gòu)的服務(wù)器:

這種服務(wù)器架構(gòu)和我們常用的web服務(wù)器架構(gòu)差不多，也是采用nginx負(fù)載集群支持服務(wù)器的水平擴(kuò)展，memcache做緩存。唯一不同的地點(diǎn)不同的在于通信層需要對(duì)協(xié)議再加工和加密，一般每個(gè)公司都有自己的一套基于http的協(xié)議層框架，很少采用開源框架。

2、長(zhǎng)鏈接游戲服務(wù)器

長(zhǎng)連接游戲和弱聯(lián)網(wǎng)游戲不同的地方在于，長(zhǎng)連接中，玩家是有狀態(tài)的，服務(wù)器可以時(shí)時(shí)和client交互，數(shù)據(jù)的傳送，不像弱聯(lián)網(wǎng)一般每次都需要重新創(chuàng)建一個(gè)連接，消息傳送的頻率以及速度上都快于弱聯(lián)網(wǎng)游戲。長(zhǎng)鏈接網(wǎng)游的架構(gòu)經(jīng)過(guò)幾代的迭代，類型也變得日益豐富，以下為每一代服務(wù)器的特點(diǎn)以及架構(gòu)模式。

1)、***代網(wǎng)游服務(wù)器(單線程無(wú)阻塞)

最早的游戲服務(wù)器是1978年，英國(guó)著名的財(cái)經(jīng)學(xué)校University of Essex的學(xué)生 Roy Trubshaw編寫了世界上***個(gè)MUD程序，叫做《MUD1》。

MUD1 是一款純文字的世界，沒(méi)有任何圖片，但是不同計(jì)算機(jī)前的玩家可以在游戲里共同冒險(xiǎn)、交流。與以往具有網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)功能的游戲相比, MUD1是***款真正意義上的實(shí)時(shí)多人交互的網(wǎng)絡(luò)游戲，它***的特色是能夠保證整個(gè)虛擬世界和玩家角色的持續(xù)發(fā)展——無(wú)論是玩家退出后重新登錄還是服務(wù)器重啟，游戲中的場(chǎng)景、寶箱、怪物和謎題仍保持不變，玩家的角色也依然是上次的狀態(tài)。 

MUD中文版

MUDOS使用單線程無(wú)阻塞套接字來(lái)服務(wù)所有玩家，所有玩家的請(qǐng)求都發(fā)到同一個(gè)線程去處理，主線程每隔1秒鐘更新一次所有對(duì)象(網(wǎng)絡(luò)收發(fā)，對(duì)象狀態(tài)，刷新地圖，刷新NPC)。用戶使用 Telnet之類的客戶端用 Tcp協(xié)議連接到 MUDOS上，使用純文字進(jìn)行游戲，每條指令用回車進(jìn)行分割。這樣的系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)每臺(tái)服務(wù)器承載個(gè)4000人同時(shí)游戲。從1991年的 MUDOS發(fā)布后，全球各地都在為他改進(jìn)，擴(kuò)充，推出新版本。

MUDOS中游戲內(nèi)容通過(guò) LPC腳本進(jìn)行定制，邏輯處理采用單線程tick輪詢，這也是***款服務(wù)端架構(gòu)模型，后來(lái)被應(yīng)用到不同游戲上。后續(xù)很多游戲都是跟《UO》一樣，直接在 MUDOS上進(jìn)行二次開發(fā)，直到 如今，一些回合制游戲，以及對(duì)運(yùn)算量小的游戲，依然采用這種服務(wù)器架構(gòu)。

***代服務(wù)器架構(gòu)圖:

線程模型

2) 、第二代網(wǎng)游服務(wù)器(分區(qū)分服)

2000年左右，隨著圖形界面的出現(xiàn)，游戲更多的采用圖形界面與用戶交互。此時(shí)隨著在線人數(shù)的增加和游戲數(shù)據(jù)的增加，服務(wù)器變得不抗重負(fù)。于是就有了分服模型。分服模型結(jié)構(gòu)如下：

分服模型是游戲服務(wù)器中最典型，也是歷久最悠久的模型。在早期服務(wù)器的承載量達(dá)到上限的時(shí)候，游戲開發(fā)者就通過(guò)架設(shè)更多的服務(wù)器來(lái)解決。這樣提供了很多個(gè)游戲的“平行世界”，讓游戲中的人人之間的比較，產(chǎn)生了更多的空間。其特征是游戲服務(wù)器是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的世界。每個(gè)服務(wù)器的帳號(hào)是獨(dú)立的，每臺(tái)服務(wù)器用戶的狀態(tài)都是不一樣的，一個(gè)服就是一個(gè)世界，大家各不牽扯。

后來(lái)游戲玩家呼吁要跨服打架，于是就出現(xiàn)了跨服戰(zhàn)，再加上隨著游戲的運(yùn)行，單個(gè)服務(wù)器的游戲活躍玩家越來(lái)越少，所以后期就有了服務(wù)器的合并以及遷移，慢慢的以服務(wù)器的開放、合并形成了一套成熟的運(yùn)營(yíng)手段。目前多數(shù)游戲還采用分服的結(jié)構(gòu)來(lái)架設(shè)服務(wù)器，多數(shù)頁(yè)游還是采用這種模式。

線程調(diào)度

分服雖然可以解決服務(wù)器擴(kuò)展的瓶頸，但單臺(tái)服務(wù)器在以前單線程的方式來(lái)運(yùn)行，沒(méi)辦法充分利用服務(wù)器資源，于是又演變出了以下2種線程模型。

• 異步-多線程，基于每個(gè)場(chǎng)景(或者房間)，分配一個(gè)線程。每個(gè)場(chǎng)景的玩家同屬于一個(gè)線程。游戲的場(chǎng)景是固定的，不會(huì)很多，如此線程的數(shù)量可以保證不會(huì)不斷增大。每個(gè)場(chǎng)景線程，同樣采用tick輪詢的方式，來(lái)定時(shí)更新該場(chǎng)景內(nèi)的(對(duì)象狀態(tài)，刷新地圖，刷新NPC)數(shù)據(jù)狀態(tài)。玩家如果跨場(chǎng)景的話，就采用投遞和通知的方式，告知兩個(gè)場(chǎng)景線程，以此更新兩個(gè)場(chǎng)景的玩家數(shù)據(jù)。
• 多進(jìn)程。由于單進(jìn)程架構(gòu)下，總會(huì)存在承載量的極限，越是復(fù)雜的游戲，其單進(jìn)程承載量就越低，因此一定要突破進(jìn)程的限制，才能支撐更復(fù)雜的游戲。多進(jìn)程系統(tǒng)的其他一些好處：能夠利用上多核CPU能力、更容易進(jìn)行容災(zāi)處理。

多進(jìn)程系統(tǒng)比較經(jīng)典的模型是“三層架構(gòu)”，比如，基于之前的場(chǎng)景線程再做改進(jìn)，把網(wǎng)絡(luò)部分和數(shù)據(jù)庫(kù)部分分離為單獨(dú)的進(jìn)程來(lái)處理，邏輯進(jìn)程專心處理邏輯任務(wù)，不合IO打交道，網(wǎng)絡(luò)IO和磁盤IO分別交由網(wǎng)路進(jìn)程和DB進(jìn)程處理。

3)、第三代網(wǎng)游服務(wù)器

之前的網(wǎng)游服務(wù)器都是分區(qū)分服，玩家都被劃分在不同的服務(wù)器上，每臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行的邏輯相同，玩家不能在不同服務(wù)器之間交互。想要更多的玩家在同一世界，保持玩家的活躍度，于是就有了世界服模型了。世界服類型也有以下3種演化:

一類型(三層架構(gòu))

網(wǎng)關(guān)部分分離成單端的gate服務(wù)器，DB部分分離為DB服務(wù)器，把網(wǎng)絡(luò)功能單獨(dú)提取出來(lái)，讓用戶統(tǒng)一去連接一個(gè)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，再有網(wǎng)關(guān)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到后端游戲服務(wù)器。而游戲服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交換也統(tǒng)一連接到網(wǎng)管進(jìn)行交換。所有有DB交互的，都連接到DB服務(wù)器來(lái)代理處理。

二類型(cluster)

有了一類型的經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)肯定是拆分的越細(xì)，性能越好，就類似現(xiàn)在微服務(wù)，每個(gè)相同的模塊分布到一臺(tái)服務(wù)器處理，多組服務(wù)器集群共同組成一個(gè)游戲服務(wù)端。一般地，我們可以將一個(gè)組內(nèi)的服務(wù)器簡(jiǎn)單地分成兩類：場(chǎng)景相關(guān)的(如：行走、戰(zhàn)斗等)以及場(chǎng)景不相關(guān)的(如：公會(huì)聊天、不受區(qū)域限制的貿(mào)易等)。經(jīng)常可以見(jiàn)到的一種方案是：gate服務(wù)器、場(chǎng)景服務(wù)器、非場(chǎng)景服務(wù)器、聊天管理器、AI服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫(kù)代理服務(wù)器。如下模型:

以上中我們簡(jiǎn)單的講下常見(jiàn)服務(wù)器的三種類型功能:

• 場(chǎng)景服務(wù)器：它負(fù)責(zé)完成主要的游戲邏輯，這些邏輯包括：角色在游戲場(chǎng)景中的進(jìn)入與退出、角色的行走與跑動(dòng)、角色戰(zhàn)斗(包括打怪)、任務(wù)的認(rèn)領(lǐng)等。場(chǎng)景服務(wù)器設(shè)計(jì)的好壞是整個(gè)游戲世界服務(wù)器性能差異的主要體現(xiàn)，它的設(shè)計(jì)難度不僅僅在于通信模型方面，更主要的是整個(gè)服務(wù)器的體系架構(gòu)和同步機(jī)制的設(shè)計(jì)。
• 非場(chǎng)景服務(wù)器：它主要負(fù)責(zé)完成與游戲場(chǎng)景不相關(guān)的游戲邏輯，這些邏輯不依靠游戲的地圖系統(tǒng)也能正常進(jìn)行，比如公會(huì)聊天或世界聊天，之所以把它從場(chǎng)景服務(wù)器中獨(dú)立出來(lái)，是為了節(jié)省場(chǎng)景服務(wù)器的CPU和帶寬資源，讓場(chǎng)景服務(wù)器能夠盡可能快地處理那些對(duì)游戲流暢性影響較大的游戲邏輯。
• 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器: 在類型一種的架構(gòu)中，玩家在多個(gè)地圖跳轉(zhuǎn)或者場(chǎng)景切換的時(shí)候采用跳轉(zhuǎn)的模式，以此進(jìn)行跳轉(zhuǎn)不同的服務(wù)器。還有一種方式是把這些服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)都通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器管理，玩家和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器交互，每個(gè)場(chǎng)景或者服務(wù)器切換的時(shí)候，也有網(wǎng)關(guān)服務(wù)器統(tǒng)一來(lái)交換數(shù)據(jù)，如此玩家操作會(huì)比較流暢。

通過(guò)這種類型服務(wù)器架構(gòu)，因?yàn)閴毫Ψ稚⒘?，性能?huì)有明顯提升，負(fù)載也更大了，包括目前一些大型的 MMORPG游戲就是采用此架構(gòu)。不過(guò)每增加一級(jí)服務(wù)器，狀態(tài)機(jī)復(fù)雜度可能會(huì)翻倍，導(dǎo)致研發(fā)和找bug的成本上升，這個(gè)對(duì)開發(fā)組挑戰(zhàn)比較大，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，很容出錯(cuò)。

三類型(無(wú)縫地圖)

魔獸世界的中無(wú)縫地圖，想必大家印象深刻,整個(gè)世界的移動(dòng)沒(méi)有像以往的游戲一樣，在切換場(chǎng)景的時(shí)候需要loading等待，而是直接行走過(guò)去，體驗(yàn)流暢。

現(xiàn)在的游戲大地圖采用無(wú)縫地圖多數(shù)采用的是9宮格的樣式來(lái)處理，由于地圖沒(méi)有魔獸世紀(jì)那么大，所以采用單臺(tái)服務(wù)器多進(jìn)程處理即可，不過(guò)類似魔獸世界這種大世界地圖，必須考慮2個(gè)問(wèn)題：

1. 多個(gè)地圖節(jié)點(diǎn)如何無(wú)縫拼接，特別是當(dāng)?shù)貓D節(jié)點(diǎn)比較多的時(shí)候，如何保證無(wú)縫拼接
2. 如何支持動(dòng)態(tài)分布，有些區(qū)域人多，有些區(qū)域人少，保證服務(wù)器資源利用的***化

為了解決這個(gè)問(wèn)題，比較以往按照地圖來(lái)切割游戲而言，無(wú)縫世界并不存在一塊地圖上面的人有且只由一臺(tái)服務(wù)器處理了，此時(shí)需要一組服務(wù)器來(lái)處理，每臺(tái) Node服務(wù)器用來(lái)管理一塊地圖區(qū)域，由 NodeMaster(NM)來(lái)為他們提供總體管理。更高層次的 World則提供大陸級(jí)別的管理服務(wù)。

一個(gè) Node所負(fù)責(zé)的區(qū)域，地理上沒(méi)必要連接在一起，可以統(tǒng)一交給一個(gè)Node去管理，而這些區(qū)塊在地理上并沒(méi)有聯(lián)系在一起的必要性。一個(gè) Node到底管理哪些區(qū)塊，可以根據(jù)游戲?qū)崟r(shí)運(yùn)行的負(fù)載情況，定時(shí)維護(hù)的時(shí)候進(jìn)行更改 NodeMaster 上面的配置。

對(duì)象的無(wú)縫遷移

玩家A、B、C分別代表3種不同的狀態(tài)，以及不同的遷移方式，我們分別來(lái)看。

• 玩家A: 玩家A在node1地圖服務(wù)器上，由node1控制，如果遷移到node2上，需要將其數(shù)據(jù)復(fù)制到node2上，然后從node1移除。
• 玩家B: 玩家B在node1和node2中間，此時(shí)由node1和node2維護(hù)，若是從node1行走到node2的過(guò)程中，會(huì)向1請(qǐng)求，同時(shí)向2請(qǐng)求，待全部移動(dòng)過(guò)去了再移除。
• 玩家C:玩家C在node2地圖服務(wù)器上，由node2控制，如果遷移到node1上，需要將其數(shù)據(jù)復(fù)制到node1上，然后從node2移除。

具體魔獸世界服務(wù)器的分析，篇幅過(guò)多，我們以后再聊。

3、房間服務(wù)器(游戲大廳)

房間類玩法和MMORPG有很大的不同，在于其在線廣播單元的不確定性和廣播數(shù)量很小。而且需要匹配一臺(tái)房間服務(wù)器讓少數(shù)人進(jìn)入一個(gè)服務(wù)器。

這一類游戲最重要的是其“游戲大廳”的承載量，每個(gè)“游戲房間”受邏輯所限，需要維持和廣播的玩家數(shù)據(jù)是有限的，但是“游戲大廳”需要維持相當(dāng)高的在線用戶數(shù)，所以一般來(lái)說(shuō)，這種游戲還是需要做“分服”的。典型的游戲就是《英雄聯(lián)盟》這一類游戲了。而“游戲大廳”里面最有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，就是“自動(dòng)匹配”玩家進(jìn)入一個(gè)“游戲房間”，這需要對(duì)所有在線玩家做搜索和過(guò)濾。

玩家先登錄“大廳服務(wù)器”，然后選擇組隊(duì)游戲的功能，服務(wù)器會(huì)通知參與的所有游戲客戶端，新開一條連接到房間服務(wù)器上，這樣所有參與的用戶就能在房間服務(wù)器里進(jìn)行游戲交互了。

四、***

游戲行業(yè)相對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其開放性和標(biāo)準(zhǔn)化并不完善，這就導(dǎo)致了很其他行業(yè)看游戲有一種神秘面紗，隱秘而封閉。

造成這個(gè)原因有很多，游戲業(yè)務(wù)的復(fù)雜性以及受眾群體小是主要原因，它不像web應(yīng)用天生有開源組織和社區(qū)基因的支持，也沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的如此大的受眾面和影響力，除了一些比較出名的游戲引擎以外其他的功能組建都是有各個(gè)游戲公司基于自己業(yè)務(wù)邏輯自己搭建，每個(gè)公司業(yè)務(wù)方向不同又加大了知識(shí)的流通以及標(biāo)準(zhǔn)的建立，這對(duì)整個(gè)生態(tài)的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了制約，特別是那些想加入游戲行業(yè)的新人來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)入門檻較高，網(wǎng)上可找到的學(xué)習(xí)資料也很少。

這種現(xiàn)象目前正在發(fā)生改變，除了受眾群體越來(lái)越大和豐富以外，還有一些技術(shù)組織正在推進(jìn)整個(gè)社區(qū)的進(jìn)步。

比如每年一度的unity 技術(shù)大會(huì)，以及其他優(yōu)秀的開源引擎都在積極推進(jìn)整個(gè)游戲社區(qū)的創(chuàng)建，除了吸引更多優(yōu)秀的技術(shù)人才和團(tuán)隊(duì)加入，這一切都讓游戲行業(yè)變得越來(lái)越開放和規(guī)范，讓行業(yè)內(nèi)的知識(shí)也得以流通和繼承。當(dāng)然了，也期望每個(gè)游戲人能夠加入進(jìn)來(lái)，分享自己的知識(shí)，讓自由開放的共享精神傳承每個(gè)地方。