帧同步游戏开发要点

结论

---

先说一下我们在研究和使用了帧同步之后，得出的结论：

如果项目没有录像、观战功能，请先放弃使用帧同步的念头，尝试使用状态同步。因为设计得好的状态同步，可以在很少流量基础上，完成类帧同步的效果。除非在通信上没有压缩空间，再考虑帧同步。

如果项目需求有中途加入，且不能容忍从头Replay带来的等待，游戏互动玩法（游戏内个体之间的相互作用）还非常复杂，则请慎重考虑是否使用帧同步。

要点

---

确定性运算

• 浮点：目前除了主机平台上由于其平台的统一性使用的技术不同外，其他平台基本上都是使用的定点数做的确定性运算。这需要将所有涉及同步部分的逻辑运算，都要使用定点运算。这个工作，对于不同规模的项目而言，工作量可大可小。如果项目中引用了第三方库到同步逻辑部分的话，那么这个第三方库也要被定点数重写。关于定点数，如果没有太多的精力自写的话，可以尝试在网上查找定点库，网上已经有一些开源的定点库，可以拿来直接用，但注意在使用这些库时的精度问题。因为这些定点数库的设计，在使用时，依然使用浮点数作为定点数的声明和定义，面对不同的编译器和运算器，浮点转成定点数的精度处理上，可能是不一致的。所以，在使用前，请验证精度有没有问题。或者采用其他的方式，比如不再使用浮点数进行声明和定义。
• 随机：如果游戏中同步部分的逻辑，使用了随机，则需要自己实现一套跨平台的随机算法，保证所有平台随机的一致。当然，随机还会带来另一个问题，就是中途加入时随机数的一致性问题，要保证中途加入的客户端，执行与其他客户端一致的随机序列。这些可能需要我们在实现随机算法时，兼顾到需要同步到另一端的需求。
• 物理：基本上，大部分的游戏都会用到物理，抛开物理，也会用到碰撞。因为确定性运算的问题，我们需要重写一套确定性物理引擎。
• 动画：如果游戏部分同步逻辑，比如AnimationEvent，坐标等是由动画驱动的，那这部分也需要重新设计，不能使用内置的驱动逻辑。
• 其他：这里就包括所有涉及浮点的非运算逻辑了，比如invoke、yield等，这些接口要避免使用。

时序

• 时序：要保证不同的客户端，数据的存储、逻辑的执行保持时序一致。所以，一些常用的数据结构就不能胜任了，比如常用的Dictionary、hashset等，需要我们使用其他的数据结构，比如类SortedDictionary这个效率偏差，或者自写一套保证时序的数据结构和算法。

难点-中途加入

---

帧同步的难点在于中途加入，当然这里的中途加入，不讨论从头Replay一遍的方案，如果你的项目，能够容忍从头Replay，那就可以跳过了。这里讨论的是，将其他客户端的现场正确地同步给中途加入的客户端这种方案。在最开始的结论部分已经提过，如果游戏玩法比较简单，中途加入还是很好实现的。但如果包含复杂的互动玩法，那对于游戏开发来说，将是类似两万五千里长征似的漫长负担了。中途加入要处理的问题很多，一个很小的功能需求改动，就可能导致整个同步机制挂掉。而且要注意，这个改动带来的同步不一致还不一定是必现的。这就对开发和测试人员提出了极高的要求，必须一点问题都没有，不能有一丁点的bug，一旦出现bug，就是致命的——不同步。不同步不像其他的bug，可以忍受，不同步一旦发生，玩家的所有付出就都白费了，结果不能上传，得不到服务器的认可，还可能会被认为作弊。

刚开始接触帧同步的开发人员，可能觉得，中途加入，就把所有对象的状态（比如：位置）同步给另一端不就行了吗？那这里举几个比较简单的例子，说明一下中途加入的复杂：

• 碰撞反弹：这就涉及到时序问题，先碰撞的就要先反弹。那么，某一时刻，3个物体碰撞在一起。此刻有玩家B中途加入战局，就需要将玩家A现场同步给玩家B，那如何同步才能保证，在B端玩家下一刻执行反弹逻辑顺序与A一致呢？

• 碰撞过程：在使用碰撞过程中，经常会依赖某个指定的碰撞过程，比如Enter、Stay、Exit等。以Enter为例，某一时刻，玩家A现场两个物体碰撞触发了Enter过程，并且A端将Enter的回调逻辑处理完毕，则此时A现场的状态就是处理完之后的状态。此时，B加入战局，需要将A现场同步给B，那如果将A当前状态同步给B的话，B端检测到这两个物体碰撞了，又会触发一次Enter，则再次调用Enter的回调逻辑，而A端不会再触发回调。这就导致A与B端不一致。

上面只是举了几个物理相关的例子而已，还有很多其他的会导致不同步的问题，比如跟时间相关的状态等等，这里没有列举。

总之，帧同步的终极问题是中途加入。其他的问题都还好，中途加入会导致后期的每一个功能改动，都可能会带来整个版本的复查，其维护成本之高，可能会令很多团队承担不起。因为我们不能允许中途加入出现bug，一旦出现bug，就是致命的。所以，还是开篇的那句话：如果项目不需求中途加入，帧同步向你敞开大门，如果需求中途加入，请仔细评估玩法和开发之间的矛盾，选择一条更适合的道路。