实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo
实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo
目前GOLANG有大行其道的趋势，尤其是在网络编程方面。因为和c/c++比较起来，虽然GC占用了一部分机器性能，但是出错概率小了，开发效率大大提升，而且应用其原生支持的协程很容易就能开发出高并发的服务端程序。笔者接触VR行业两年有余，接触了一些商业unity网络引擎，总觉的用的东西都落伍了，于是自己写了一个简单的引擎。目前实现了的基本功能：
- 支持房间概念。
- 支持灵活的数据同步方式，包括帧同步和RPC。
- 支持自定义事件的发送。
也实现了一个简单的demo，同步效果见下图，后面会有更详细的介绍。
项目地址：https://github.com/harlanc/netgo-unity-client
下面是一个简单的项目复盘。
数据通信格式
数据通信格式的定义是整个项目的基石。我们这里的客户端和服务端是跨平台，跨语言通信。因此要定义一种语言无关，平台无关并且简单易用，高效不费流量的数据格式。这里我们选用了Google的 Protobuf，详细介绍参考这篇帖子。
Protobuf的C#代码库有两种选择，一种是protobuf-net,一种是protobuf-csharp-port,前者的接口书写更加符合C# 语法规范，会让人看起来更舒服一些。如果需要跨平台的话，推荐使用后者，因为不同语言的接口书写比较类似，开发起来会更容易一些。看看原作者的回复。
定义proto文件
如何使用protobuf呢，首先要书写proto文件，定义自己的结构化数据，在netgo中，下面是netgo中定义的消息体的一部分：
enum CacheOptions{
AddToRoomCache = 0;
RemoveFromRoomCache = 1;
}
message NGVector3{
float x = 1;
float y = 2;
float z = 3;
}
message NGQuaternion{
float x = 1;
float y = 2;
float z = 3;
float w = 4;
}
message NGColor{
float r = 1;
float g = 2;
float b = 3;
float a = 4;
}
完整定义参考。
生成c#和golang API接口文件
更新好命名空间后，执行下面的命令生成API文件：
-
golang
protoc --go_out=. *.proto
-
c#
protoc --csharp_out=. *.proto
服务端网络模型
一个Unity网络同步引擎的实现包括服务端和客户端两部分。Nego 是Unity网络同步引擎的服务端，使用golang实现，充分利用了它的原生协程来实现高并发。其网络模型基于gotcp来实现。
参考上图，netgo会为每个socket链接建立一个协程，一个socket协程内部建立三个协程：
- ReadLoop 用于从网络端读取数据并放入Channel中。
- HandleLoop 用于解析应用层数据并完成相应处理，并将处理后的数据通过Channel发送给WriteLoop。
- WriteLoop 负责将处理结果forward给其它客户端或者response给本客户端。
参考代码：
func (c *Conn) Do() {
if !c.srv.callback.OnConnect(c) {
return
}
asyncDo(c.handleLoop, c.srv.waitGroup)
asyncDo(c.readLoop, c.srv.waitGroup)
asyncDo(c.writeLoop, c.srv.waitGroup)
}
客户端代码结构
写API基本上是面向用户编程，笔者以为，清晰的代码结构，好的命名方式能省掉大部分注释，代码写的乱只能靠注释来拯救，代码结构看下图：
按照命名空间，分为 Library,网络层和应用层（以后用户接口层会分出来）.
相关概念
数据同步
这里的同步是指一个房间内的数据同步，一个房间内存在着来自网络上的多个终端用户，每个Client都会将房间内其它人的数据在本地做一个Clone，而数据同步是指将你自己的数据同步到其他Cient你自己的Clone上面，因此发送范围是其它用户都会接收。
数据同步分为一下两种：
- View Sync
View Sync是毫秒级别的数据同步。可用于虚拟角色动作同步。
- RPC
每次同步由用户手动触发。可用于换装等同步。
Custom Event
Custom Event不是向所有其它Client的Clone实体发送同步消息，而是向一个或者几个指定的Client发送消息。
接口介绍
房间相关接口
请求接口
//加入或者创建房间
public static void JoinOrCreateRoom(string roomid,uint maxnumber)
//创建房间
public static void CreateRoom(string roomid, uint maxnumber)
//加入房间
public static void JoinRoom(string roomid)
//离开房间
public static void LeaveRoom()
回调接口
//创建房间成功
void OnGreatedRoom();
//创建房间失败
void OnGreateRoomFailed(string errmsg);
//加入房间成功
void OnJoinedRoom();
//加入房间失败
void OnJoinRoomFailed();
//离开房间成功
void OnLeftRoom();
Player相关接口
//实例化一个物体
public static void Instantiate(string prefabname, Vector3 position, Quaternion rotation, uint[] viewids)
//有其它用户进入房间
void OnOtherPlayerEnteredRoom(NGPlayer player);
//有其它用户离开房间
void OnOtherPlayerLeftRoom(NGPlayer player);
CustomEvent接口
请求接口
//发送事件
public static void SendCustomEvent(uint eventid, uint[] targetpeerids, NGAny[] customdata)
回调接口
//接收事件
void OnCustomEvent(uint eventID, NGAny[] data);
View Sync
视图同步需要自己实现组件脚本，实现序列化反序列化接口，并且需要挂载到物体上：
public interface INGSerialize
{
void SerializeViewComponent(NGViewStream stream);
void DeserializeViewComponent(NGViewStream stream);
}
public class CubeViewComponent : NGIncomingEvent, INGSerialize
{
public void SerializeViewComponent(NGViewStream stream)
{
stream.Send(this.transform.position);
stream.Send(this.transform.rotation);
}
public void DeserializeViewComponent(NGViewStream stream)
{
mCorrentPosition = (NGVector3)stream.Receive();
mCorrentRotation = (NGQuaternion)stream.Receive();
}
}
Clone实体接受数据反序列化后在Update中实时更新即可：
void Update()
{
if (!view.IsMine)
{
transform.position = mCorrentPosition;//Vector3.Lerp(transform.position, mCorrentPosition, Time.deltaTime * 5);
transform.rotation = mCorrentRotation;//Quaternion.Lerp(transform.rotation, mCorrentRotation, Time.deltaTime * 5);
}
}
RPC
使用RPC需要在视图脚本中写一个RPC函数：
[NGRPCMethod]
public void OnColor(NGAny[] c)
{
mMat.color = c[0].NgColor;
}
调用下面的接口向其它Clone实体发送RPC调用：
public static void SendRPC(uint viewID, string methodname, RPCTarget target, params NGAny[] parameters)
有关RPC，View Sync和Custom Event 的详细使用方法 参考源码
Demo演示
服务端部署
Clone代码
git clone https://github.com/netgo-framework/netgo.git
安装依赖
go get -d ./...
更新监听端口号
打开main.go
tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", "0.0.0.0:8686")
启动服务
go run main.go
客户端编译安装
客户端支持windows/MacOS/Andorid/IOS多平台。下面在Android和MacOS上测试：
配置IP和端口
切换Android平台
编译生成APK
安装APK后的初始化界面如下：
功能测试
两个Client进入同一个房间，每个Client会实例化出来两个Cube，一个为本机实体（Mine Cube）,一个为对方的实体（Clone Cube）。
View SYnc
点击按钮Move后，会通过视图同步的方式进行postion和rotation同步。也就是文章刚开始的动图展示的样子：
RPC
点击Mine Cube之后，Cube的颜色会发生变化，同时同步到别的机器上，这里的颜色同步是通过RPC来实现的。
Custom Event
点击Clone Cube之后，会向对方实体发送消息，效果是对方的Mine Cube Scale会增加。
Road Map
接下来考虑会加入或者需要优化的功能：
- 支持大厅功能
- 支持负载均衡
- 增加支持UDP等网络传输协议
- 增加支持json等多种数据编码格式
- View Sync数据传输优化
- …