基于帧同步的游戏框架说明

基于帧同步的游戏框架说明

一，关于帧同步和状态同步的比较

	帧同步	状态同步
安全性	比较差，计算都在客户端，服务器只做转发；有服务器校验的方案，比较繁琐	计算都在服务器 可以将重要的判定都由服务器决定
网络流量	比较小，每一帧只同步玩家的操作指令	如果单位数量多，需要同步的数据量会比较大
技能实现	比较容易，只用客户端实现即可，开发周期短	需要服务器和客户端实现相同的运算逻辑，如果是不同的语言相当于要开发两次；另外前后端机制的配合也比较复杂
录像回放	记录每一帧的指令即可，数据量小	不太容易做录像
一些限制	1，随机种子要一致，不能使用浮点数，导致在游戏逻辑层使用外部库要注意，包括物理引擎之类的都禁止使用； 2，代码要求比较高，如果出现异常就会出现玩家之间数据不一致，导致战斗结果无效。 3，断线重连比较复杂，通常需要客户端重头跑帧指令。	没有要求

二，实际项目《战争怒吼》帧同步方案分析

 

1，整体架构：

 

 

2，游戏类型是一款在moba游戏上加入rts元素的实时对战游戏，支持1v1，2v2的模式。

 

3，关于lockstep

 

简单的说就是游戏时间划分成一个一个的turn，每个trun玩家发送指令给服务器，服务器收集每个玩家的指令，在这一帧末尾广播给所有玩家；客户端收到指令后，执行相应的指令；

因为么个客户端的开始状态一致，那么经过相同的指令计算后，状态也应该是一致的；这就是帧同步的核心原理。

原始的lockstep要求每一个turn会等待所有玩家的指令，如果有一个玩家卡顿了，其他玩家也会受到影响；我们针对这种情况作了改进，如果超过一定时间就认为这个客户端这一帧没有做操作，

从而不会影响其他玩家。

 

4，模块说明

loginserver:  登录服务器，负责接入第三方账户系统登录

logicserver：大厅服务器，负责养成逻辑，可以横向扩展多个；基于skynet

gamecenter: 中心服务器，负责全局性的功能，如玩家状态管理，帮会，匹配等；基于skynet，可以按功能扩展

battleserver：战斗服务器，负责战斗过程，基于c++；核心逻辑是基于房间的概念，每场战斗就是一个房间，房间内的玩家进行帧同步处理

checkserver：验证服务器，负责验算战斗过程，用于当客户端战斗结果不一致的时候，服务器校验

replaycenter：验证中心服务器，负责管理验证服务器，负载均衡

 

5，一场战斗的生命周期

gamecenter匹配好一场战斗之后，根据负载均衡选择一个battleserver，将玩家信息发送给battleserver；

battleserver根据玩家信息创建一个房间room和玩家对象，返回给gamecenter战斗服地址；

gamecenter通过logicserver返回地址给客户端；

客户端连接战斗服，并且加载对应的战斗地图，加载过程会广播给其他玩家；

当一个房间中所有玩家都加载完成，战斗服务器广播战斗开始；

战斗中每秒15帧，每一帧会收集所有玩家的操作指令，在帧末尾广播出去；

帧指令需要缓存，因为需要做断线重连；

为了高效的管理这个缓存，这里设计了一个专门为此服务的内存池，每次分配一个固定块的内存，用链表记录起来；每次分配就从块内存中分配，不够再向系统申请；

当战斗结束的时候，直接将链表中所有的块内存全部释放。

当客户端判断战斗结束，会给服务器发送战斗结束协议；战斗服务器将战斗结果发送给gamecenter，即可结束这一场战斗。

 

6，关于作弊检查

客户端每一帧会将关键状态序列化计算md5发送给战斗服务器，战斗服务器每一帧会收集到每个客户端的md5；如果md5不一致即可知道有客户端状态不一致；

如果是2v2，我们可以用其中三个md5的一致来判断一个不一致的人客户端出问题了，这种情况会丢弃有问题的客户端的战斗结果。

如果是1v1，我们不能通过md5的方式知道正确的客户端。此时会用到checkserver，这个服务器上跑了客户端的战斗逻辑，得益于将战斗逻辑独立成一个lib，

我们在ubuntu系统上安装mono运行环境可以在服务器上跑战斗过程，就是将帧指令发送给checkserver验算战斗结果。缺点就是内存占用比较大，一场战斗内存在15M左右；

因此我们先通过第一种方式来检查，实在不行才启用第二种方式。

 

7，关于客户端

客户端需要将逻辑和表现分开，逻辑层每一帧会根据收到的服务器指令来更新逻辑状态；由服务器帧来驱动逻辑运算，要考虑由于网络波动造成的帧信号时快时慢，

逻辑循环要针对这种情况做快进或者等待；表现层考虑手感优先需要对玩家操作的单位快速做出响应，表现都是不用等待服务器状态的。比如移动，

客户端本地是可以自由操作自己控制的单位。表现层需要对玩家移动过程进行差值计算等，因为逻辑帧通常低于表现帧。另外表现层玩家坐标要考虑跟逻辑层的差异，

允许一定的误差，误差过大要考虑如果缩小；目前的处理就是当玩家停止移动的时候，跟服务器这一帧的状态同步一次，差异比较小的时候，玩家不会有明显的感觉。

 

参考资料：

https://gameinstitute.qq.com/course/detail/10036

http://bindog.github.io/blog/2015/03/10/synchronization-in-multiplayer-networked-game-lockstep/