游戲服務(wù)器架構(gòu)通識

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前言

這節(jié)講座里，我們將從游戲服務(wù)器發(fā)展的簡單歷程出發(fā)，鳥瞰一下目前大多數(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)問題，而是從技術(shù)進(jìn)化的結(jié)果狀態(tài)，反推原始問題是什么。希望能通過這個過程，解釋清楚游戲服務(wù)器是在解決什么問題，痛點到底在哪里。

一、早期網(wǎng)游服務(wù)器

蠻荒時期的游戲服務(wù)器框架我們一筆帶過，那時的游戲服務(wù)器和一個小Web服務(wù)沒有區(qū)別。

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

從《傳奇》的時代開始，游戲服務(wù)器就不再是簡單的上傳存檔、下載存檔、訪問頁面而已。游戲服務(wù)器內(nèi)部出現(xiàn)了游戲邏輯，既能用于同步每個玩家看到的世界，又能讓邏輯與客戶端分離，避免早期的網(wǎng)絡(luò)游戲那種毫無防范的邏輯體系（對外掛防御能力為0）。

如圖，客戶端通過某種形式驗證登陸以后，就和服務(wù)器通過TCP直接相連了。這種服務(wù)器的承載能力不高，但那時在游戲邏輯上也務(wù)求簡化，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，每個格子只能有一個單位，極大限制了同屏人數(shù)。

由于邏輯盡量簡化，雖然這時的服務(wù)器邏輯服務(wù)都是單進(jìn)程單線程的，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€服務(wù)器上（存儲模塊可能也在同一個進(jìn)程），就算邏輯處理壓力為0，承載人數(shù)也高不到哪去。

雖然這時的游戲服務(wù)器設(shè)計很簡陋，但是網(wǎng)游第一次給了玩家真實世界的感受。單服人數(shù)不足的問題可以靠開多組服務(wù)器實現(xiàn)，所以曾經(jīng)出現(xiàn)了幾百上千組服務(wù)器的輝煌時代。

二、早期游戲服務(wù)器的改進(jìn)版本

當(dāng)開發(fā)者們有了初步經(jīng)驗以后，新作品的開發(fā)，自然而然的過渡到了如下的形式：

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

連接服務(wù)器負(fù)責(zé)把客戶端和服務(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。

這一點小改動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)器本身沒有時序性，很容易做分布式的（其實大部分游戲還是只用一個連接服），存儲服務(wù)不要求高實時性，高峰期存盤間隔可以稍長一些，不會對游戲服造成影響。

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：按照功能劃分多個服務(wù)器進(jìn)程

邏輯服務(wù)器的負(fù)載均攤方法二：按照場景劃分多個服務(wù)器進(jìn)程

對游戲服務(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。簡單來說，就是把邏輯服務(wù)器單個進(jìn)程的壓力分?jǐn)偟蕉鄠€服務(wù)器。

難點在邏輯的設(shè)計上，要像做手術(shù)一樣把本來是一體的功能切開，并抽象出若干個API來保持聯(lián)系（服務(wù)器之間是TCP連接）。

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

無論如何分解，最終結(jié)果只能是有限個服務(wù)。而且分解的越細(xì)，開發(fā)難度就越大。因為跨服務(wù)器邏輯是把簡單的同步邏輯變成了異步Callback邏輯，而且容易出現(xiàn)時序問題等不易測試的問題。

單個場景服務(wù)幾乎是無法分解的。分解單個場景難度巨大以至于出現(xiàn)了BigWorld引擎來專門的解決場景分割問題，后面會談到。

這種成熟形態(tài)的游戲服務(wù)器已經(jīng)能滿足現(xiàn)實中99%的頻繁交互類網(wǎng)游需求，是大型MMO端游、頁游的主流形式。

當(dāng)然有實力的公司在這個基礎(chǔ)上會做很多改動，實現(xiàn)動態(tài)開辟副本、相位技術(shù)等等，但是萬變不離其宗，其本質(zhì)和上圖沒有什么區(qū)別。

附：開房間式的網(wǎng)絡(luò)游戲

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

這種游戲房間之間幾乎沒有交互，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)器的平行擴展。

房間式游戲擴展難度較小，只是需要根據(jù)玩家數(shù)量動態(tài)擴展游戲房間的數(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上，設(shè)計合理的話，它可能遇到的問題和大型網(wǎng)站幾乎一模一樣。不需要特別的討論它們。

只是，畢竟游戲不都是開房間的玩法。

小結(jié)：游戲服務(wù)器框架特點

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

· 注：很多大型游戲采用了共享內(nèi)存，避免宕機時損失過大。

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讀寫代替內(nèi)存讀寫，甚至也有用Mongo的。

4、開新服、舊區(qū)合服的情況，非常適合云平臺。

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

· 國際：《魔獸世界》早期版本，《坦克世界》，《戰(zhàn)爭雷霆》

BigWorld的核心理念，要回到上面講過的場景分割問題。

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

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

后來隨著手游的崛起、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)在的無人問津，反映出游戲服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展趨勢。BigWorld的強制Actor模型，實際上是犧牲了開發(fā)效率，換取了服務(wù)器可擴展性。

理論上單服承載人數(shù)可以達(dá)到百萬級別。但是游戲的業(yè)務(wù)邏輯的修改很頻繁，開發(fā)效率低下是游戲設(shè)計師不能承受之重。

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

如果BigWorld成功…… 可惜的是，它和實際市場的發(fā)展趨勢背道而馳了。

游戲開發(fā)相比電商系統(tǒng)，項目規(guī)模小幾個數(shù)量級，但是相對的，迭代速度要快幾倍。項目之間如果類型不同或是玩法有差異，能復(fù)用的代碼并不多。

聊聊十萬行代碼。游戲服務(wù)器開發(fā)速度受美術(shù)資源制作速度、客戶端開發(fā)速度制約。近幾年我猜測服務(wù)器方面并不會有大的技術(shù)革新。

游戲開發(fā)未來的趨勢是多元化、低門檻化、大眾化。很長一段時間內(nèi)BigWorld這種大怪獸級別的引擎不會再崛起。

分布式框架的崛起時間點，無論如何，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，而且用來搭建HTTP服務(wù)也具有驚人的性能（幾百行代碼的簡單HTTP實現(xiàn)，能達(dá)到nginx 60%的性能）。

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

Skynet原理闡述：

把服務(wù)抽象為微服務(wù)，一個系統(tǒng)內(nèi)可以建立成千上萬個微服務(wù)，Skynet調(diào)度m個線程（m=CPU核心數(shù)）、處理n個微服務(wù)各自的事件。

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

同時Lua虛擬機又提供了沙盒機制，微服務(wù)之間的Lua邏輯代碼不會有任何干擾，必要的時候又可以在C語言層面、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)部署到多物理機上（考慮到性能問題，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），悄無聲息的滲透到其他公司里。（和Lua語言當(dāng)年的情況有點像，是金子總會發(fā)光的。）

六、先進(jìn)服務(wù)器框架3、以Go語言為主的其他框架

Go語言的goroutine特性，給游戲開發(fā)者帶來巨大的想象空間。

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

但是可以大膽預(yù)測，最終實現(xiàn)的效果不會超過erlang、skynet這類框架的范圍。這是因為游戲業(yè)務(wù)本身的特性決定的。

結(jié)束語

本文簡要探討了十幾二十年來，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)游類型為主（同時MMO對服務(wù)器架構(gòu)的挑戰(zhàn)也是最大的），兼談到一些其他類型的游戲。由于游戲類型多種多樣，各個國家和地區(qū)的開發(fā)商所偏好的架構(gòu)方式也大有不同，文中難免掛一漏萬，但不太影響整體脈絡(luò)，也不影響對網(wǎng)游服務(wù)器的核心問題的總結(jié)——邏輯拆分。