談這個(gè)話題之前,首先要讓大家知道,什么是服務(wù)器。在網(wǎng)絡(luò)游戲中,服務(wù)器所扮演的角色是同步,廣播和服務(wù)器主動(dòng)的一些行為,比如說天氣,NPC AI之類的,之所以現(xiàn)在的很多網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器都需要負(fù)擔(dān)一些游戲邏輯上的運(yùn)算是因?yàn)闉榱朔乐箍蛻舳说淖鞅仔袨椤A私獾竭@一點(diǎn),那么本系列的文章將分為兩部分來談?wù)劸W(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器的設(shè)計(jì),一部分是講如何做好服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接,同步,廣播以及NPC的設(shè)置,另一部分則將著重談?wù)勀男┻壿嫹旁诜?wù)器比較合適,并且用什么樣的結(jié)構(gòu)來安排這些邏輯。
服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接
大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)游戲的服務(wù)器都會(huì)選擇非阻塞select這種結(jié)構(gòu),為什么呢?因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)游戲的服務(wù)器需要處理的連接非常之多,并且大部分會(huì)選擇在Linux/Unix下運(yùn)行,那么為每個(gè)用戶開一個(gè)線程實(shí)際上是很不劃算的,一方面因?yàn)樵贚inux/Unix下的線程是用進(jìn)程這么一個(gè)概念模擬出來的,比較消耗系統(tǒng)資源,另外除了I/O之外,每個(gè)線程基本上沒有什么多余的需要并行的任務(wù),而且網(wǎng)絡(luò)游戲是互交性非常強(qiáng)的,所以線程間的同步會(huì)成為很麻煩的問題。由此一來,對(duì)于這種含有大量網(wǎng)絡(luò)連接的單線程服務(wù)器,用阻塞顯然是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接,需要用一個(gè)結(jié)構(gòu)來儲(chǔ)存,其中需要包含一個(gè)向客戶端寫消息的緩沖,還需要一個(gè)從客戶端讀消息的緩沖,具體的大小根據(jù)具體的消息結(jié)構(gòu)來定了。另外對(duì)于同步,需要一些時(shí)間校對(duì)的值,還需要一些各種不同的值來記錄當(dāng)前狀態(tài),下面給出一個(gè)初步的連接的結(jié)構(gòu):
typedef connection_s {
user_t *ob; /* 指向處理服務(wù)器端邏輯的結(jié)構(gòu) */
int fd; /* socket連接 */
struct sockaddr_in addr; /* 連接的地址信息 */
char text[MAX_TEXT]; /* 接收的消息緩沖 */
int text_end; /* 接收消息緩沖的尾指針 */
int text_start; /* 接收消息緩沖的頭指針 */
int last_time; /* 上一條消息是什么時(shí)候接收到的 */
struct timeval latency; /* 客戶端本地時(shí)間和服務(wù)器本地時(shí)間的差值 */
struct timeval last_confirm_time; /* 上一次驗(yàn)證的時(shí)間 */
short is_confirmed; /* 該連接是否通過驗(yàn)證過 */
int ping_num; /* 該客戶端到服務(wù)器端的ping值 */
int ping_ticker; /* 多少個(gè)IO周期處理更新一次ping值 */
int message_length; /* 發(fā)送緩沖消息長(zhǎng)度 */
char message_buf[MAX_TEXT]; /* 發(fā)送緩沖區(qū) */
int iflags; /* 該連接的狀態(tài) */
} connection_t;
服務(wù)器循環(huán)的處理所有連接,是一個(gè)死循環(huán)過程,每次循環(huán)都用select檢查是否有新連接到達(dá),然后循環(huán)所有連接,看哪個(gè)連接可以寫或者可以讀,就處理該連接的讀寫。由于所有的處理都是非阻塞的,所以所有的Socket IO都可以用一個(gè)線程來完成。
由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年P(guān)系,每次recv()到的數(shù)據(jù)可能不止包含一條消息,或者不到一條消息,那么怎么處理呢?所以對(duì)于接收消息緩沖用了兩個(gè)指針,每次接收都從text_start開始讀起,因?yàn)槔锩鏆埩舻目赡苁巧洗谓邮盏降亩嘤嗟陌霔l消息,然后text_end指向消息緩沖的結(jié)尾。這樣用兩個(gè)指針就可以很方便的處理這種情況,另外有一點(diǎn)值得注意的是:解析消息的過程是一個(gè)循環(huán)的過程,可能一次接收到兩條以上的消息在消息緩沖里面,這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該執(zhí)行到消息緩沖里面只有一條都不到的消息為止,大體流程如下:
while ( text_end – text_start > 一條完整的消息長(zhǎng)度 )
{
從text_start處開始處理;
text_start += 該消息長(zhǎng)度;
}
memcpy ( text, text + text_start, text_end – text_start );
對(duì)于消息的處理,這里首先就需要知道你的游戲總共有哪些消息,所有的消息都有哪些,才能設(shè)計(jì)出比較合理的消息頭。一般來說,消息大概可分為主角消息,場(chǎng)景消息,同步消息和界面消息四個(gè)部分。其中主角消息包括客戶端所控制的角色的所有動(dòng)作,包括走路,跑步,戰(zhàn)斗之類的。場(chǎng)景消息包括天氣變化,一定的時(shí)間在場(chǎng)景里出現(xiàn)一些東西等等之類的,這類消息的特點(diǎn)是所有消息的發(fā)起者都是服務(wù)器,廣播對(duì)象則是場(chǎng)景里的所有玩家。而同步消息則是針對(duì)發(fā)起對(duì)象是某個(gè)玩家,經(jīng)過服務(wù)器廣播給所有看得見他的玩家,該消息也是包括所有的動(dòng)作,和主角消息不同的是該種消息是服務(wù)器廣播給客戶端的,而主角消息一般是客戶端主動(dòng)發(fā)給服務(wù)器的。最后是界面消息,界面消息包括是服務(wù)器發(fā)給客戶端的聊天消息和各種屬性及狀態(tài)信息。
下面來談?wù)勏⒌慕M成。一般來說,一個(gè)消息由消息頭和消息體兩部分組成,其中消息頭的長(zhǎng)度是不變的,而消息體的長(zhǎng)度是可變的,在消息體中需要保存消息體的長(zhǎng)度。由于要給每條消息一個(gè)很明顯的區(qū)分,所以需要定義一個(gè)消息頭特有的標(biāo)志,然后需要消息的類型以及消息ID。消息頭大體結(jié)構(gòu)如下:
type struct message_s {
unsigned short message_sign;
unsigned char message_type;
unsigned short message_id
unsigned char message_len
}message_t;
服務(wù)器的廣播
服務(wù)器的廣播的重點(diǎn)就在于如何計(jì)算出廣播的對(duì)象。很顯然,在一張很大的地圖里面,某個(gè)玩家在最東邊的一個(gè)動(dòng)作,一個(gè)在最西邊的玩家是應(yīng)該看不到的,那么怎么來計(jì)算廣播的對(duì)象呢?最簡(jiǎn)單的辦法,就是把地圖分塊,分成大小合適的小塊,然后每次只象周圍幾個(gè)小塊的玩家進(jìn)行廣播。那么究竟切到多大比較合適呢?一般來說,切得塊大了,內(nèi)存的消耗會(huì)增大,切得塊小了,CPU的消耗會(huì)增大(原因會(huì)在后面提到)。個(gè)人覺得切成一屏左右的小塊比較合適,每次廣播廣播周圍九個(gè)小塊的玩家,由于廣播的操作非常頻繁,那么遍利周圍九塊的操作就會(huì)變得相當(dāng)?shù)念l繁,所以如果塊分得小了,那么遍利的范圍就會(huì)擴(kuò)大,CPU的資源會(huì)很快的被吃完。
切好塊以后,怎么讓玩家在各個(gè)塊之間走來走去呢?讓我們來想想在切換一次塊的時(shí)候要做哪些工作。首先,要算出下個(gè)塊的周圍九塊的玩家有哪些是現(xiàn)在當(dāng)前塊沒有的,把自己的信息廣播給那些玩家,同時(shí)也要算出下個(gè)塊周圍九塊里面有哪些物件是現(xiàn)在沒有的,把那些物件的信息廣播給自己,然后把下個(gè)塊的周圍九快里沒有的,而現(xiàn)在的塊周圍九塊里面有的物件的消失信息廣播給自己,同時(shí)也把自己消失的消息廣播給那些物件。這個(gè)操作不僅煩瑣而且會(huì)吃掉不少CPU資源,那么有什么辦法可以很快的算出這些物件呢?一個(gè)個(gè)做比較?顯然看起來就不是個(gè)好辦法,這里可以參照二維矩陣碰撞檢測(cè)的一些思路,以自己周圍九塊為一個(gè)矩陣,目標(biāo)塊周圍九塊為另一個(gè)矩陣,檢測(cè)這兩個(gè)矩陣是否碰撞,如果兩個(gè)矩陣相交,那么沒相交的那些塊怎么算。這里可以把相交的塊的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部坐標(biāo),然后再進(jìn)行運(yùn)算。
對(duì)于廣播還有另外一種解決方法,實(shí)施起來不如切塊來的簡(jiǎn)單,這種方法需要客戶端來協(xié)助進(jìn)行運(yùn)算。首先在服務(wù)器端的連接結(jié)構(gòu)里面需要增加一個(gè)廣播對(duì)象的隊(duì)列,該隊(duì)列在客戶端登陸服務(wù)器的時(shí)候由服務(wù)器傳給客戶端,然后客戶端自己來維護(hù)這個(gè)隊(duì)列,當(dāng)有人走出客戶端視野的時(shí)候,由客戶端主動(dòng)要求服務(wù)器給那個(gè)物件發(fā)送消失的消息。而對(duì)于有人總進(jìn)視野的情況,則比較麻煩了。
首先需要客戶端在每次給服務(wù)器發(fā)送update position的消息的時(shí)候,服務(wù)器都給該連接算出一個(gè)視野范圍,然后在需要廣播的時(shí)候,循環(huán)整張地圖上的玩家,找到坐標(biāo)在其視野范圍內(nèi)的玩家。使用這種方法的好處在于不存在轉(zhuǎn)換塊的時(shí)候需要一次性廣播大量的消息,缺點(diǎn)就是在計(jì)算廣播對(duì)象的時(shí)候需要遍歷整個(gè)地圖上的玩家,如果當(dāng)一個(gè)地圖上的玩家多得比較離譜的時(shí)候,該操作就會(huì)比較的慢。
服務(wù)器的同步
同步在網(wǎng)絡(luò)游戲中是非常重要的,它保證了每個(gè)玩家在屏幕上看到的東西大體是一樣的。其實(shí)呢,解決同步問題的最簡(jiǎn)單的方法就是把每個(gè)玩家的動(dòng)作都向其他玩家廣播一遍,這里其實(shí)就存在兩個(gè)問題:1,向哪些玩家廣播,廣播哪些消息。2,如果網(wǎng)絡(luò)延遲怎么辦。事實(shí)上呢,第一個(gè)問題是個(gè)非常簡(jiǎn)單的問題,不過之所以我提出這個(gè)問題來,是提醒大家在設(shè)計(jì)自己的消息結(jié)構(gòu)的時(shí)候,需要把這個(gè)因素考慮進(jìn)去。而對(duì)于第二個(gè)問題,則是一個(gè)挺麻煩的問題,大家可以來看這么個(gè)例子:
比如有一個(gè)玩家A向服務(wù)器發(fā)了條指令,說我現(xiàn)在在P1點(diǎn),要去P2點(diǎn)。指令發(fā)出的時(shí)間是T0,服務(wù)器收到指令的時(shí)間是T1,然后向周圍的玩家廣播這條消息,消息的內(nèi)容是“玩家A從P1到P2”有一個(gè)在A附近的玩家B,收到服務(wù)器的這則廣播的消息的時(shí)間是T2,然后開始在客戶端上畫圖,A從P1到P2點(diǎn)。這個(gè)時(shí)候就存在一個(gè)不同步的問題,玩家A和玩家B的屏幕上顯示的畫面相差了T2-T1的時(shí)間。這個(gè)時(shí)候怎么辦呢?
有個(gè)解決方案,我給它取名叫 預(yù)測(cè)拉扯,雖然有些怪異了點(diǎn),不過基本上大家也能從字面上來理解它的意思。要解決這個(gè)問題,首先要定義一個(gè)值叫:預(yù)測(cè)誤差。然后需要在服務(wù)器端每個(gè)玩家連接的類里面加一項(xiàng)屬性,叫l(wèi)atency,然后在玩家登陸的時(shí)候,對(duì)客戶端的時(shí)間和服務(wù)器的時(shí)間進(jìn)行比較,得出來的差值保存在latency里面。還是上面的那個(gè)例子,服務(wù)器廣播消息的時(shí)候,就根據(jù)要廣播對(duì)象的latency,計(jì)算出一個(gè)客戶端的CurrentTime,然后在消息頭里面包含這個(gè)CurrentTime,然后再進(jìn)行廣播。并且同時(shí)在玩家A的客戶端本地建立一個(gè)隊(duì)列,保存該條消息,只到獲得服務(wù)器驗(yàn)證就從未被驗(yàn)證的消息隊(duì)列里面將該消息刪除,如果驗(yàn)證失敗,則會(huì)被拉扯回P1點(diǎn)。然后當(dāng)玩家B收到了服務(wù)器發(fā)過來的消息“玩家A從P1到P2”這個(gè)時(shí)候就檢查消息里面服務(wù)器發(fā)出的時(shí)間和本地時(shí)間做比較,如果大于定義的預(yù)測(cè)誤差,就算出在T2這個(gè)時(shí)間,玩家A的屏幕上走到的地點(diǎn)P3,然后把玩家B屏幕上的玩家A直接拉扯到P3,再繼續(xù)走下去,這樣就能保證同步。更進(jìn)一步,為了保證客戶端運(yùn)行起來更加smooth,我并不推薦直接把玩家拉扯過去,而是算出P3偏后的一點(diǎn)P4,然后用(P4-P1)/T(P4-P3)來算出一個(gè)很快的速度S,然后讓玩家A用速度S快速移動(dòng)到P4,這樣的處理方法是比較合理的,這種解決方案的原形在國(guó)際上被稱為(Full plesiochronous),當(dāng)然,該原形被我篡改了很多來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)游戲的同步,所以而變成所謂的:預(yù)測(cè)拉扯。
另外一個(gè)解決方案,我給它取名叫 驗(yàn)證同步,聽名字也知道,大體的意思就是每條指令在經(jīng)過服務(wù)器驗(yàn)證通過了以后再執(zhí)行動(dòng)作。具體的思路如下:首先也需要在每個(gè)玩家連接類型里面定義一個(gè)latency,然后在客戶端響應(yīng)玩家鼠標(biāo)行走的同時(shí),客戶端并不會(huì)先行走動(dòng),而是發(fā)一條走路的指令給服務(wù)器,然后等待服務(wù)器的驗(yàn)證。服務(wù)器接受到這條消息以后,進(jìn)行邏輯層的驗(yàn)證,然后計(jì)算出需要廣播的范圍,包括玩家A在內(nèi),根據(jù)各個(gè)客戶端不同的latency生成不同的消息頭,開始廣播,這個(gè)時(shí)候這個(gè)玩家的走路信息就是完全同步的了。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是能保證各個(gè)客戶端之間絕對(duì)的同步,缺點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延遲比較大的時(shí)候,玩家的客戶端的行為會(huì)變得比較不流暢,給玩家?guī)砗懿凰母杏X。該種解決方案的原形在國(guó)際上被稱為(Hierarchical master-slave synchronization),80年代以后被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)領(lǐng)域。
最后一種解決方案是一種理想化的解決方案,在國(guó)際上被稱為Mutual synchronization,是一種對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)的前景的良好預(yù)測(cè)出來的解決方案。這里之所以要提這個(gè)方案,并不是說我們已經(jīng)完全的實(shí)現(xiàn)了這種方案,而只是在網(wǎng)絡(luò)游戲領(lǐng)域的某些方面應(yīng)用到這種方案的某些思想。我對(duì)該種方案取名為:半服務(wù)器同步。大體的設(shè)計(jì)思路如下:
首先客戶端需要在登陸世界的時(shí)候建立很多張廣播列表,這些列表在客戶端后臺(tái)和服務(wù)器要進(jìn)行不及時(shí)同步,之所以要建立多張列表,是因?yàn)橐獜V播的類型是不止一種的,比如說有l(wèi)ocal message,有remote message,還有g(shù)lobal message 等等,這些列表都需要在客戶端登陸的時(shí)候根據(jù)服務(wù)器發(fā)過來的消息建立好。在建立列表的同時(shí),還需要獲得每個(gè)列表中廣播對(duì)象的latency,并且要維護(hù)一張完整的用戶狀態(tài)列表在后臺(tái),也是不及時(shí)的和服務(wù)器進(jìn)行同步,根據(jù)本地的用戶狀態(tài)表,可以做到一部分決策由客戶端自己來決定,當(dāng)客戶端發(fā)送這部分決策的時(shí)候,則直接將最終決策發(fā)送到各個(gè)廣播列表里面的客戶端,并對(duì)其時(shí)間進(jìn)行校對(duì),保證每個(gè)客戶端在收到的消息的時(shí)間是和根據(jù)本地時(shí)間進(jìn)行校對(duì)過的。那么再采用預(yù)測(cè)拉扯中提到過的計(jì)算提前量,提高速度行走過去的方法,將會(huì)使同步變得非常的smooth。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不通過服務(wù)器,客戶端自己之間進(jìn)行同步,大大的降低了由于網(wǎng)絡(luò)延遲而帶來的誤差,并且由于大部分決策都可以由客戶端來做,也大大的降低了服務(wù)器的資源。由此帶來的弊端就是由于消息和決策權(quán)都放在客戶端本地,所以給外掛提供了很大的可乘之機(jī)。
下面我想來談?wù)勱P(guān)于服務(wù)器上NPC的設(shè)計(jì)以及NPC智能等一些方面涉及到的問題。首先,我們需要知道什么是NPC,NPC需要做什么。NPC的全稱是(Non-Player Character),很顯然,他是一個(gè)character,但不是玩家,那么從這點(diǎn)上可以知道,NPC的某些行為是和玩家類似的,他可以行走,可以戰(zhàn)斗,可以呼吸(這點(diǎn)將在后面的NPC智能里面提到),另外一點(diǎn)和玩家物件不同的是,NPC可以復(fù)生(即NPC被打死以后在一定時(shí)間內(nèi)可以重新出來)。其實(shí)還有最重要的一點(diǎn),就是玩家物件的所有決策都是玩家做出來的,而NPC的決策則是由計(jì)算機(jī)做出來的,所以在對(duì)NPC做何種決策的時(shí)候,需要所謂的NPC智能來進(jìn)行決策。
下面我將分兩個(gè)部分來談?wù)凬PC,首先是NPC智能,其次是服務(wù)器如何對(duì)NPC進(jìn)行組織。之所以要先談NPC智能是因?yàn)橹挥挟?dāng)我們了解清楚我們需要NPC做什么之后,才好開始設(shè)計(jì)服務(wù)器來對(duì)NPC進(jìn)行組織。
NPC智能
NPC智能分為兩種,一種是被動(dòng)觸發(fā)的事件,一種是主動(dòng)觸發(fā)的事件。對(duì)于被動(dòng)觸發(fā)的事件,處理起來相對(duì)來說簡(jiǎn)單一些,可以由事件本身來呼叫NPC身上的函數(shù),比如說NPC的死亡,實(shí)際上是在NPC的HP小于一定值的時(shí)候,來主動(dòng)呼叫NPC身上的OnDie() 函數(shù),這種由事件來觸發(fā)NPC行為的NPC智能,我稱為被動(dòng)觸發(fā)。這種類型的觸發(fā)往往分為兩種:
一種是由別的物件導(dǎo)致的NPC的屬性變化,然后屬性變化的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致NPC產(chǎn)生一些行為。由此一來,NPC物件里面至少包含以下幾種函數(shù):
class NPC {
public:
// 是誰在什么地方導(dǎo)致了我哪項(xiàng)屬性改變了多少。
OnChangeAttribute(object_t *who, int which, int how, int where);
Private:
OnDie();
OnEscape();
OnFollow();
OnSleep();
// 一系列的事件。
}
這是一個(gè)基本的NPC的結(jié)構(gòu),這種被動(dòng)的觸發(fā)NPC的事件,我稱它為NPC的反射。但是,這樣的結(jié)構(gòu)只能讓NPC被動(dòng)的接收一些信息來做出決策,這樣的NPC是愚蠢的。那么,怎么樣讓一個(gè)NPC能夠主動(dòng)的做出一些決策呢?這里有一種方法:呼吸。那么怎么樣讓NPC有呼吸呢?
一種很簡(jiǎn)單的方法,用一個(gè)計(jì)時(shí)器,定時(shí)的觸發(fā)所有NPC的呼吸,這樣就可以讓一個(gè)NPC有呼吸起來。這樣的話會(huì)有一個(gè)問題,當(dāng)NPC太多的時(shí)候,上一次NPC的呼吸還沒有呼吸完,下一次呼吸又來了,那么怎么解決這個(gè)問題呢。這里有一種方法,讓NPC異步的進(jìn)行呼吸,即每個(gè)NPC的呼吸周期是根據(jù)NPC出生的時(shí)間來定的,這個(gè)時(shí)候計(jì)時(shí)器需要做的就是隔一段時(shí)間檢查一下,哪些NPC到時(shí)間該呼吸了,就來觸發(fā)這些NPC的呼吸。
上面提到的是系統(tǒng)如何來觸發(fā)NPC的呼吸,那么NPC本身的呼吸頻率該如何設(shè)定呢?這個(gè)就好象現(xiàn)實(shí)中的人一樣,睡覺的時(shí)候和進(jìn)行激烈運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,呼吸頻率是不一樣的。同樣,NPC在戰(zhàn)斗的時(shí)候,和平常的時(shí)候,呼吸頻率也不一樣。那么就需要一個(gè)Breath_Ticker來設(shè)置NPC當(dāng)前的呼吸頻率。
那么在NPC的呼吸事件里面,我們?cè)趺礃觼碓O(shè)置NPC的智能呢?大體可以概括為檢查環(huán)境和做出決策兩個(gè)部分。首先,需要對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行數(shù)字上的統(tǒng)計(jì),比如說是否在戰(zhàn)斗中,戰(zhàn)斗有幾個(gè)敵人,自己的HP還剩多少,以及附近有沒有敵人等等之類的統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)傳入本身的決策模塊,決策模塊則根據(jù)NPC自身的性格取向來做出一些決策,比如說野蠻型的NPC會(huì)在HP比較少的時(shí)候仍然猛撲猛打,又比如說智慧型的NPC則會(huì)在HP比較少的時(shí)候選擇逃跑。等等之類的。
至此,一個(gè)可以呼吸,反射的NPC的結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本構(gòu)成了,那么接下來我們就來談?wù)勏到y(tǒng)如何組織讓一個(gè)NPC出現(xiàn)在世界里面。
NPC的組織
這里有兩種方案可供選擇,其一:NPC的位置信息保存在場(chǎng)景里面,載入場(chǎng)景的時(shí)候載入NPC。其二,NPC的位置信息保存在NPC身上,有專門的事件讓所有的NPC登陸場(chǎng)景。這兩種方法有什么區(qū)別呢?又各有什么好壞呢?
前一種方法好處在于場(chǎng)景載入的時(shí)候同時(shí)載入了NPC,場(chǎng)景就可以對(duì)NPC進(jìn)行管理,不需要多余的處理,而弊端則在于在刷新的時(shí)候是同步刷新的,也就是說一個(gè)場(chǎng)景里面的NPC可能會(huì)在同一時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)出來。而對(duì)于第二種方法呢,設(shè)計(jì)起來會(huì)稍微麻煩一些,需要一個(gè)統(tǒng)一的機(jī)制讓NPC登陸到場(chǎng)景,還需要一些比較麻煩的設(shè)計(jì),但是這種方案可以實(shí)現(xiàn)NPC異步的刷新,是目前網(wǎng)絡(luò)游戲普遍采用的方法,下面我們就來著重談?wù)勥@種方法的實(shí)現(xiàn):
首先我們要引入一個(gè)“靈魂”的概念,即一個(gè)NPC在死后,消失的只是他的肉體,他的靈魂仍然在世界中存在著,沒有呼吸,在死亡的附近漂浮,等著到時(shí)間投胎,投胎的時(shí)候把之前的所有屬性清零,重新在場(chǎng)景上構(gòu)建其肉體。那么,我們?cè)趺磥碓O(shè)計(jì)這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)呢?首先把一個(gè)場(chǎng)景里面要出現(xiàn)的NPC制作成圖量表,給每個(gè)NPC一個(gè)獨(dú)一無二的標(biāo)識(shí)符,在載入場(chǎng)景之后,根據(jù)圖量表來載入屬于該場(chǎng)景的NPC。在NPC的OnDie() 事件里面不直接把該物件destroy 掉,而是關(guān)閉NPC的呼吸,然后打開一個(gè)重生的計(jì)時(shí)器,最后把該物件設(shè)置為invisable。這樣的設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)NPC的異步刷新,在節(jié)省服務(wù)器資源的同時(shí)也讓玩家覺得更加的真實(shí)。
(這一章節(jié)已經(jīng)牽扯到一些服務(wù)器腳本相關(guān)的東西,所以下一章節(jié)將談?wù)劮?wù)器腳本相關(guān)的一些設(shè)計(jì))
補(bǔ)充的談?wù)剢l(fā)式搜索(heuristic searching)在NPC智能中的應(yīng)用。
其主要思路是在廣度優(yōu)先搜索的同時(shí),將下一層的所有節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一個(gè)啟發(fā)函數(shù)進(jìn)行過濾,一定范圍內(nèi)縮小搜索范圍。眾所周知的尋路A*算法就是典型的啟發(fā)式搜索的應(yīng)用,其原理是一開始設(shè)計(jì)一個(gè)Judge(point_t* point)函數(shù),來獲得point這個(gè)一點(diǎn)的代價(jià),然后每次搜索的時(shí)候把下一步可能到達(dá)的所有點(diǎn)都經(jīng)過Judge()函數(shù)評(píng)價(jià)一下,獲取兩到三個(gè)代價(jià)比較小的點(diǎn),繼續(xù)搜索,那些沒被選上的點(diǎn)就不會(huì)在繼續(xù)搜索下去了,這樣帶來的后果的是可能求出來的不是最優(yōu)路徑,這也是為什么A*算法在尋路的時(shí)候會(huì)走到障礙物前面再繞過去,而不是預(yù)先就走斜線來繞過該障礙物。如果要尋出最優(yōu)化的路徑的話,是不能用A*算法的,而是要用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法,其消耗是遠(yuǎn)大于A*的。
那么,除了在尋路之外,還有哪些地方可以應(yīng)用到啟發(fā)式搜索呢?其實(shí)說得大一點(diǎn),NPC的任何決策都可以用啟發(fā)式搜索來做,比如說逃跑吧,如果是一個(gè)2D的網(wǎng)絡(luò)游戲,有八個(gè)方向,NPC選擇哪個(gè)方向逃跑呢?就可以設(shè)置一個(gè)Judge(int direction)來給定每個(gè)點(diǎn)的代價(jià),在Judge里面算上該點(diǎn)的敵人的強(qiáng)弱,或者該敵人的敏捷如何等等,最后選擇代價(jià)最小的地方逃跑。下面,我們就來談?wù)剬?duì)于幾種NPC常見的智能的啟發(fā)式搜索法的設(shè)計(jì):
Target select (選擇目標(biāo)):
首先獲得地圖上離該NPC附近的敵人列表。設(shè)計(jì)Judge() 函數(shù),根據(jù)敵人的強(qiáng)弱,敵人的遠(yuǎn)近,算出代價(jià)。然后選擇代價(jià)最小的敵人進(jìn)行主動(dòng)攻擊。
Escape(逃跑):
在呼吸事件里面檢查自己的HP,如果HP低于某個(gè)值的時(shí)候,或者如果你是遠(yuǎn)程兵種,而敵人近身的話,則觸發(fā)逃跑函數(shù),在逃跑函數(shù)里面也是對(duì)周圍的所有的敵人組織成列表,然后設(shè)計(jì)Judge() 函數(shù),先選擇出對(duì)你構(gòu)成威脅最大的敵人,該Judge() 函數(shù)需要判斷敵人的速度,戰(zhàn)斗力強(qiáng)弱,最后得出一個(gè)主要敵人,然后針對(duì)該主要敵人進(jìn)行路徑的Judge() 的函數(shù)的設(shè)計(jì),搜索的范圍只可能是和主要敵人相反的方向,然后再根據(jù)該幾個(gè)方向的敵人的強(qiáng)弱來計(jì)算代價(jià),做出最后的選擇。
Random walk(隨機(jī)走路):
這個(gè)我并不推薦用A*算法,因?yàn)镹PC一旦多起來,那么這個(gè)對(duì)CPU的消耗是很恐怖的,而且NPC大多不需要長(zhǎng)距離的尋路,只需要在附近走走即可,那么,就在附近隨機(jī)的給幾個(gè)點(diǎn),然后讓NPC走過去,如果碰到障礙物就停下來,這樣幾乎無任何負(fù)擔(dān)。
Follow Target(追隨目標(biāo)):
這里有兩種方法,一種方法NPC看上去比較愚蠢,一種方法看上去NPC比較聰明,第一種方法就是讓NPC跟著目標(biāo)的路點(diǎn)走即可,幾乎沒有資源消耗。而后一種則是讓NPC在跟隨的時(shí)候,在呼吸事件里面判斷對(duì)方的當(dāng)前位置,然后走直線,碰上障礙物了用A*繞過去,該種設(shè)計(jì)會(huì)消耗一定量的系統(tǒng)資源,所以不推薦NPC大量的追隨目標(biāo),如果需要大量的NPC追隨目標(biāo)的話,還有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法:讓NPC和目標(biāo)同步移動(dòng),即讓他們的速度統(tǒng)一,移動(dòng)的時(shí)候走同樣的路點(diǎn),當(dāng)然,這種設(shè)計(jì)只適合NPC所跟隨的目標(biāo)不是追殺的關(guān)系,只是跟隨著玩家走而已了。
在這一章節(jié),我想談?wù)勱P(guān)于服務(wù)器端的腳本的相關(guān)設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谏弦徽鹿?jié)里面,談NPC智能相關(guān)的時(shí)候已經(jīng)接觸到一些腳本相關(guān)的東東了。還是先來談?wù)勀_本的作用吧。
在基于編譯的服務(wù)器端程序中,是無法在程序的運(yùn)行過程中構(gòu)建一些東西的,那么這個(gè)時(shí)候就需要腳本語言的支持了,由于腳本語言涉及到邏輯判斷,所以光提供一些函數(shù)接口是沒用的,還需要提供一些簡(jiǎn)單的語法和文法解析的功能。其實(shí)說到底,任何的事件都可以看成兩個(gè)部分:第一是對(duì)自身,或者別的物件的數(shù)值的改變,另外一個(gè)就是將該事件以文字或者圖形的方式廣播出去。那么,這里牽扯到一個(gè)很重要的話題,就是對(duì)某一物件進(jìn)行尋址。恩,談到這,我想將本章節(jié)分為三個(gè)部分來談,首先是服務(wù)器如何來管理動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出來的物件(服務(wù)器內(nèi)存管理),第二是如何對(duì)某一物件進(jìn)行尋址,第三則是腳本語言的組織和解釋。其實(shí)之所以到第四章再來談服務(wù)器的內(nèi)存管理是因?yàn)樵谇皫渍抡勥@個(gè)的話,大家對(duì)其沒有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí),可能不知道服務(wù)器的內(nèi)存管理究竟有什么用。
4.1、服務(wù)器內(nèi)存管理
對(duì)于服務(wù)器內(nèi)存管理我們將采用內(nèi)存池的方法,也稱為靜態(tài)內(nèi)存管理。其概念為在服務(wù)器初始化的時(shí)候,申請(qǐng)一塊非常大的內(nèi)存,稱為內(nèi)存池(Memory pool),同時(shí)也申請(qǐng)一小塊內(nèi)存空間,稱為垃圾回收站(Garbage recollecting station)。其大體思路如下:當(dāng)程序需要申請(qǐng)內(nèi)存的時(shí)候,首先檢查垃圾回收站是否為空,如果不為空的話,則從垃圾回收站中找一塊可用的內(nèi)存地址,在內(nèi)存池中根據(jù)地址找到相應(yīng)的空間,分配給程序用,如果垃圾回收站是空的話,則直接從內(nèi)存池的當(dāng)前指針位置申請(qǐng)一塊內(nèi)存;當(dāng)程序釋放空間的時(shí)候,給那塊內(nèi)存打上已經(jīng)釋放掉的標(biāo)記,然后把那塊內(nèi)存的地址放入垃圾回收站。
下面具體談?wù)勗摲椒ǖ脑敿?xì)設(shè)計(jì),首先,我們將采用類似于操作系統(tǒng)的段頁式系統(tǒng)來管理內(nèi)存,這樣的好處是可以充分的利用內(nèi)存池,其缺點(diǎn)是管理起來比較麻煩。嗯,下面來具體看看我們?cè)趺礃觼矶x頁和段的結(jié)構(gòu):
typedef struct m_segment_s
{
struct m_segment_s *next; /* 雙線鏈表 + 靜態(tài)內(nèi)存可以達(dá)到隨機(jī)訪問和順序訪問的目的,
真正的想怎么訪問,就怎么訪問。 */
struct m_segment_s *pre; int flags; // 該段的一些標(biāo)記。
int start; // 相對(duì)于該頁的首地址。
int size; // 長(zhǎng)度。
struct m_page_s *my_owner; // 我是屬于哪一頁的。
char *data; // 內(nèi)容指針。
}m_segment_t;
typedef struct m_page_s
{
unsigned int flags; /* 使用標(biāo)記,是否完全使用,是否還有空余 */
int size; /* 該頁的大小,一般都是統(tǒng)一的,最后一頁除外 */
int end; /* 使用到什么地方了 */
int my_index; /* 提供隨機(jī)訪問的索引 */
m_segment_t *segments; // 頁內(nèi)段的頭指針。
}m_page_t;
那么內(nèi)存池和垃圾回收站怎么構(gòu)建呢?下面也給出一些構(gòu)建相關(guān)的偽代碼:
static m_page_t *all_pages;
// total_size是總共要申請(qǐng)的內(nèi)存數(shù),num_pages是總共打算創(chuàng)建多少個(gè)頁面。
void initialize_memory_pool( int total_size, int num_pages )
{
int i, page_size, last_size; // 算出每個(gè)頁面的大小。
page_size = total_size / num_pages; // 分配足夠的頁面。
all_pages = (m_page_t*) calloc( num_pages, sizeof(m_page_t*) );
for ( i = 0; i < num_pages; i ++ )
{
// 初始化每個(gè)頁面的段指針。
all_pages[i].m_segment_t = (m_segment_t*) malloc( page_size );
// 初始化該頁面的標(biāo)記。
all_pages[i].flags |= NEVER_USED;
// 除了最后一個(gè)頁面,其他的大小都是page_size 大小。
all_pages[i].size = page_size;
// 初始化隨機(jī)訪問的索引。
all_pages[i].my_index = i;
// 由于沒有用過,所以大小都是0
all_pages[i].end = 0;
}
// 設(shè)置最后一個(gè)頁面的大小。
if ( (last_size = total_size % num_pages) != 0 )
all_pages[i].size = last_size;
}
下面看看垃圾回收站怎么設(shè)計(jì):
int **garbage_station;
void init_garbage_station( int num_pages, int page_size )
{
int i;
garbage_station = (int**) calloc( num_pages, sizeof( int* ) );
for ( i = 0; i < num_pages; i ++)
{
// 這里用unsigned short的高8位來儲(chǔ)存首相對(duì)地址,低8位來儲(chǔ)存長(zhǎng)度。
garbage_station[i] = (int*) calloc( page_size, sizeof( unsigned short ));
memset( garbage_station[i], 0, sizeof( garbage_station[i] ));
}
}
也許這樣的貼代碼會(huì)讓大家覺得很不明白,嗯,我的代碼水平確實(shí)不怎么樣,那么下面我來用文字方式來敘說一下大體的概念吧。對(duì)于段頁式內(nèi)存管理,首先分成N個(gè)頁面,這個(gè)是固定的,而對(duì)于每個(gè)頁面內(nèi)的段則是動(dòng)態(tài)的,段的大小事先是不知道的,那么我們需要回收的不僅僅是頁面的內(nèi)存,還包括段的內(nèi)存,那么我們就需要一個(gè)二維數(shù)組來保存是哪個(gè)頁面的那塊段的地址被釋放了。然后對(duì)于申請(qǐng)內(nèi)存的時(shí)候,則首先檢查需要申請(qǐng)內(nèi)存的大小,如果不夠一個(gè)頁面大小的話,則在垃圾回收站里面尋找可用的段空間分配,如果找不到,則申請(qǐng)一個(gè)新的頁面空間。
這樣用內(nèi)存池的方法來管理整個(gè)游戲世界的內(nèi)存可以有效的減少內(nèi)存碎片,一定程度的提高游戲運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率。
4.2、游戲中物件的尋址
第一個(gè)問題,我們?yōu)槭裁匆獙ぶ罚考尤肓四_本語言的概念之后,游戲中的一些邏輯物件,比如說NPC,某個(gè)ITEM之類的都是由腳本語言在游戲運(yùn)行的過程中動(dòng)態(tài)生成的,那么我們通過什么樣的方法來對(duì)這些物件進(jìn)行索引呢?說得簡(jiǎn)單一點(diǎn),就是如何找到他們呢?有個(gè)很簡(jiǎn)單的方法,全部遍歷一次。當(dāng)然,這是個(gè)簡(jiǎn)單而有效的方法,但是效率上的消耗是任何一臺(tái)服務(wù)器都吃不消的,特別是在游戲的規(guī)模比較大之后。
那么,我們?cè)趺磥碓谟螒蚴澜缰泻芸斓膶ふ疫@些物件呢?我想在談這個(gè)之前,說一下Hash Table這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它叫哈希表,也有人叫它散列表,其工作原理是不是順序訪問,也不是隨機(jī)訪問,而是通過一個(gè)散列函數(shù)對(duì)其key進(jìn)行計(jì)算,算出在內(nèi)存中這個(gè)key對(duì)應(yīng)的value的地址,而對(duì)其進(jìn)行訪問。好處是不管面對(duì)多大的數(shù)據(jù),只需要一次計(jì)算就能找到其地址,非常的快捷,那么弊端是什么呢?當(dāng)兩個(gè)key通過散列函數(shù)計(jì)算出來的地址是同一個(gè)地址的時(shí)候,麻煩就來了,會(huì)產(chǎn)生碰撞,其的解決方法非常的麻煩,這里就不詳細(xì)談其解決方法了,否則估計(jì)再寫個(gè)四,五章也未必談得清楚,不過如果大家對(duì)其感興趣的話,歡迎討論。
嗯,我們將用散列表來對(duì)游戲中的物件進(jìn)行索引,具體怎么做呢?首先,在內(nèi)存池中申請(qǐng)一塊兩倍大于游戲中物件總數(shù)的內(nèi)存,為什么是兩倍大呢?防止散列表碰撞。然后我們選用物件的名稱作為散列表的索引key,然后就可以開始設(shè)計(jì)散列函數(shù)了。下面來看個(gè)例子:
static int T[] =
{
1, 87, 49, 12, 176, 178, 102, 166, 121, 193, 6, 84, 249, 230, 44, 163,
14, 197, 213, 181, 161, 85, 218, 80, 64, 239, 24, 226, 236, 142, 38, 200,
110, 177, 104, 103, 141, 253, 255, 50, 77, 101, 81, 18, 45, 96, 31, 222,
25, 107, 190, 70, 86, 237, 240, 34, 72, 242, 20, 214, 244, 227, 149, 235,
97, 234, 57, 22, 60, 250, 82, 175, 208, 5, 127, 199, 111, 62, 135, 248,
174, 169, 211, 58, 66, 154, 106, 195, 245, 171, 17, 187, 182, 179, 0, 243,
132, 56, 148, 75, 128, 133, 158, 100, 130, 126, 91, 13, 153, 246, 216, 219,
119, 68, 223, 78, 83, 88, 201, 99, 122, 11, 92, 32, 136, 114, 52, 10,
138, 30, 48, 183, 156, 35, 61, 26, 143, 74, 251, 94, 129, 162, 63, 152,
170, 7, 115, 167, 241, 206, 3, 150, 55, 59, 151, 220, 90, 53, 23, 131,
125, 173, 15, 238, 79, 95, 89, 16, 105, 137, 225, 224, 217, 160, 37, 123,
118, 73, 2, 157, 46, 116, 9, 145, 134, 228, 207, 212, 202, 215, 69, 229,
27, 188, 67, 124, 168, 252, 42, 4, 29, 108, 21, 247, 19, 205, 39, 203,
233, 40, 186, 147, 198, 192, 155, 33, 164, 191, 98, 204, 165, 180, 117, 76,
140, 36, 210, 172, 41, 54, 159, 8, 185, 232, 113, 196, 231, 47, 146, 120,
51, 65, 28, 144, 254, 221, 93, 189, 194, 139, 112, 43, 71, 109, 184, 209,
};
// s是需要進(jìn)行索引的字符串指針,maxn是字符串可能的最大長(zhǎng)度,返回值是相對(duì)地址。
inline int whashstr(char *s, int maxn)
{
register unsigned char oh, h;
register unsigned char *p;
register int i;
if (!*s)
return 0;
p = (unsigned char *) s;
oh = T[*p]; h = (*(p++) + 1) & 0xff;
for (i = maxn - 1; *p && --i >= 0; )
{
oh = T[oh ^ *p]; h = T[h ^ *(p++)];
}
return (oh << 8) + h;
}
具體的算法就不說了,上面的那一大段東西不要問我為什么,這個(gè)算法的出處是CACM 33-6中的一個(gè)叫Peter K.Pearson的鬼子寫的論文中介紹的算法,據(jù)說速度非常的快。有了這個(gè)散列函數(shù),我們就可以通過它來對(duì)世界里面的任意物件進(jìn)行非??斓膶ぶ妨恕?br>
4.3、腳本語言解釋
在設(shè)計(jì)腳本語言之前,我們首先需要明白,我們的腳本語言要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能?否則隨心所欲的做下去寫出個(gè)C的解釋器之類的也說不定。我們要實(shí)現(xiàn)的功能只是簡(jiǎn)單的邏輯判斷和循環(huán),其他所有的功能都可以由事先提供好的函數(shù)來完成。嗯,這樣我們就可以列出一張工作量的表單:設(shè)計(jì)物件在底層的保存結(jié)構(gòu),提供腳本和底層間的訪問接口,設(shè)計(jì)支持邏輯判斷和循環(huán)的解釋器。
下面先來談?wù)勎锛诘讓拥谋4娼Y(jié)構(gòu)。具體到每種不同屬性的物件,需要采用不同的結(jié)構(gòu),當(dāng)然,如果你愿意的話,你可以所有的物件都采同同樣的結(jié)構(gòu),然后在結(jié)構(gòu)里面設(shè)計(jì)一個(gè)散列表來保存各種不同的屬性。但這并不是一個(gè)好方法,過分的依賴散列表會(huì)讓你的游戲的邏輯變得繁雜不清。所以,盡量的區(qū)分每種不同的物件采用不同的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。但是有一點(diǎn)值得注意的是,不管是什么結(jié)構(gòu),有一些東西是統(tǒng)一的,就是我們所說的物件頭,那么我們?cè)趺磥碓O(shè)計(jì)這樣一個(gè)物件頭呢?
typedef struct object_head_s
{
char* name;
char* prog;
}object_head_t;
其中name是在散列表中這個(gè)物件的索引號(hào),prog則是腳本解釋器需要解釋的程序內(nèi)容。下面我們就以NPC為例來設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu):
typedef struct npc_s
{
object_head_t header; // 物件頭
int hp; // NPC的hp值。
int level; // NPC的等級(jí)。
struct position_s position; // 當(dāng)前的位置信息。
unsigned int personality; // NPC的個(gè)性,一個(gè)unsigned int可以保存24種個(gè)性。
}npc_t;
OK,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成,那么我們?cè)趺磥碓O(shè)計(jì)腳本解釋器呢?這里有兩種法,一種是用虛擬機(jī)的模式來解析腳本語言,另外一中則是用類似匯編語言的那種結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì),設(shè)置一些條件跳轉(zhuǎn)和循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)邏輯判斷和循環(huán)了,比如:
set name, "路人甲";
CHOOSE: random_choose_personality; // 隨機(jī)選擇NPC的個(gè)性
compare hp, 100; // 比較氣血,比較出的值可以放在一個(gè)固定的變量里面
ifless LESS; // hp < 100的話,則返回。
jump CHOOSE; // 否則繼續(xù)選擇,只到選到一個(gè)hp < 100的。
LESS: return success;
這種腳本結(jié)構(gòu)就類似CPU的指令的結(jié)構(gòu),一條一條指令按照順序執(zhí)行,對(duì)于腳本程序員(Script Programmer)也可以培養(yǎng)他們匯編能力的說。
那么怎么來模仿這種結(jié)構(gòu)呢?我們拿CPU的指令做參照,首先得設(shè)置一些寄存器,CPU的寄存器的大小和數(shù)量是受硬件影響的,但我們是用內(nèi)存來模擬寄存器,所以想要多大,就可以有多大。然后提供一些指令,包括四則運(yùn)算,尋址,判斷,循環(huán)等等。接下來針對(duì)不同的腳本用不同的解析方法,比如說對(duì)NPC就用NPC固定的腳本,對(duì)ITEM就用ITEM固定的腳本,解析完以后就把結(jié)果生成底層該物件的結(jié)構(gòu)用于使用。
而如果要用虛擬機(jī)來實(shí)現(xiàn)腳本語言的話呢,則會(huì)將工程變得無比之巨大,強(qiáng)烈不推薦使用,不過如果你想做一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)游戲底層的話,則可以考慮設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬機(jī)。虛擬機(jī)大體的解釋過程就是進(jìn)行兩次編譯,第一次對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行編譯,第二次生成匯編語言,然后虛擬機(jī)在根據(jù)編譯生成的匯編語言進(jìn)行逐行解釋,如果大家對(duì)這個(gè)感興趣的話,可以去www.mudos.org上下載一份MudOS的原碼來研究研究。 大體的思路講到這里已經(jīng)差不多了,下面將用unreal(虛幻)為實(shí)例,談一談網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器的設(shè)計(jì)。


