智能机器人编程游戏robocode的运行代码简析

智能机器人编程游戏robocode的运行代码简析
金庆
2007.6.1

阅读robocode1.3的源代码，查看运行的原理。

（转载请注明来源于 金庆的专栏）

主线程Battle.run()
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主线程是Battle.run(), 循环进行多局的较量。

每一局初始化后，主要是调用runRound()进行战斗。

runRound()内部是一个循环，直到该局结束。

     while  ( ! battleOver)  ... {
        // ...
    }

  
循环内，处理子弹移动，死亡事件，雷达扫描，结束判断，重画战场及配音播放，最后wakeupRobots()进入各个机器人的运行片。每个循环称为一个帧。wakeupRobots()应该保证短时间内会执行完毕，即每个时间片的机器人运行是可控的。

wakeupRobots()内部对每个运行中的机器人r（RobotPeer）执行：

     synchronized  (r)  ... {
        // This call blocks until the
        // robot's thread actually wakes up.
        r.wakeup(this);
       
        if (!r.isSleeping())
              r.wait(TURN_TIME);
    }
    ...
    setSkippedTurns...

r.wakeup()之前线程r应该已经处于睡眠状态，r.wakeup使之运行一个回合，之后机器人仍应回到睡眠状态，即运行到tick()函数中的wait()阻塞状态。如果没有，r.wait(TURN_TIME)就给机器人一点时间进入睡眠。之后还有skippedTurns设置，表示该机器人若不能在指定时间内进入睡眠，如某个事件处理时间太长，无法在一个回合的时间内完成运行，该回合将跳过，并以事件的方式通知机器人。对机器人来说，该执行机会称为一个回合（Turn）。每帧都是一回合。

RobotPeer.wakeup()实现如下：

     public   synchronized   void  wakeup(Battle b)  ... {
        if (isSleeping) ...{
            // Wake up the thread
            notify();
            try ...{
                wait(10000);
            } catch (InterruptedException e) ...{}
        }
    }

  
此处notify() + wait() 唤醒RobotPeer线程并允许它运行，直到它主动调用tick()来再次进入睡眼（Sleeping），或者10s内还没有调用tick()则超时退出。从下面tick()代码可以看到超时退出时isSleeping == false, 该状态在r.wakeup()之后用来判断是否错过这一回合并设置skippedTurns。


机器人线程RobotPeer
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RobotPeer本身是Runnable线程。它的run()函数大约如下：

             if  (robot  !=   null )  ... {
                robot.run();
            }
             for  (;;)  ... {
                tick();
            }

它表示一直执行robot的run()，如果robot.run()退出，就无限次执行tick()。其中robot就是用户自己实现的机器人。循环通过异常来中断，如死亡，获胜，等等。

（Robot, AdvancedRobot是用户自定义机器人的基类，实现了Runnable接口。可是Robot.run()是由RobotPeer.run()来调用的，没有使用到Runnable接口。Robot实现Runnable接口是多余的。）

其中RobotPeer.tick()是一个关键性的函数，它表示机器人本回合的命令完毕，可以进入下一回合。robot.run()中一般是通过间接的tick()调用来进入下一回合，未能及时进入下一回合将错过一个回合。

例如：

public   class  MyFirstRobot  extends  Robot  ... {

    public void run() ...{
        while (true) ...{
            ahead(100); // Move ahead 100
            turnGunRight(360); // Spin gun around   
            back(100); // Move back 100
            turnGunRight(360); // Spin gun around
        }
    }
}

其中ahead()和back()将调用peer.move()，而RobotPeer.move()如下：

     public   final   void  move( double  distance)  ... {
        setMove(distance);
        do ...{
            tick(); // Always tick at least once
        } while (distanceRemaining != 0);
    }

turnGunRight()类似，调用RobotPeer.turnGun()，同样进入tick()循环。

实际上，用户的机器人的任何需要时间才能完成的动作，都是进入了一个循环调用tick()，直到动作完成。

而AdvancedRobot机器人使用一系列如setAhead()这样的非阻塞性调用，然后用execute()交出运行权，来达到更及时有效的控制，其实质就是execute()调用tick()。

tick与turn的概念是一致的，表示机器人的一步，robocod是和下棋一样回合制的。


RobotPeer.tick()
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RobotPeer.tick()中最重要的程序块是：

     synchronized  ( this )  ... {
        // Notify the battle that we are now asleep.
        // This ends any pending wait() call in battle.runRound().
        // Should not actually take place until we release the lock in wait(), below.
        notify();
        isSleeping = true;
        // Notifying battle that we're asleep
        // Sleeping and waiting for battle to wake us up.
        try ...{
            wait();
        } catch (InterruptedException e) ...{
            log("Wait interrupted");
        }
        isSleeping = false;
        // Notify battle thread, which is waiting in
        // our wakeup() call, to return.
        // It's quite possible, by the way, that we'll be back in sleep (above)
        // before the battle thread actually wakes up
        notify();
    }

大量的注释表明这段代码有点搞脑筋。

这段代码与RobotPeer.wakeup()是用synchronized标为互斥的。Battle.wakeupRobots()中r.wakeup()也是用r对象同步的。

Java概念：synchronized(r)表示以r对象为锁进行同步，使同一时刻只能有一个同步块运行。同步块中可以用wait(ms)暂时释放锁，允许其它同步块运行。wait(ms)可以超时退出来抢回同步锁，或等待其它同步块调用notify()并释放锁后中断。

RobotPeer线程一旦启动，正常情况下应该最终调用tick()，并停在其中的wait()语句上。tick()中的wait()是交出CPU并无限期的等待，直到r.wakeup()中的notify() + wait(10000)。r.wakeup()让RobotPeer从wait()中醒来，运行一圈后再次进入wait()。

tick()的结构是两个notify()中间夹一个wait()。机器人绝大部分时间是在tick()中的wait()处阻塞，等待Battle的唤醒，此时isSleeping == true。

第一个notify()中止Battle.wakeupRobots()中的wait()，第二个notify()中止RobotPeer.wakup()中的wait()。

机器人的wakeup()与tick()是互斥的，它们通过wait/notify来交替运行。


机器人的启动Battle.setupRound()
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robot的开始运行：Battle.setupRound()
对于每个RobotPeer r， 先同步r， 再开始运行r,

     synchronized  (r)  ... {
        try ...{
            log(".", false);
            r.getRobotThreadManager().start();
            // Wait for the robot to go to sleep (take action)
            r.wait(waitTime);

        } catch (InterruptedException e) ...{
            log("Wait for " + r + " interrupted.");
        }
    }
     if  ( ! r.isSleeping())  ... {
        log(" " + r.getName() + " still has not started after " + waitTime + " ms... giving up.");
    }

waitTime最大是10s，10s内robot必须调用tick()来将自己的状态设为isSleeping, 并交出执行权。否则认为该robot无法启动。


更简单的实现方式
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synchronized/wait/notify，多么乱的一团线啊。从非Java程序员的眼光来看，这只是Battle和各Robot子线程之间的简单同步，没必要用这么难看的实现方式。

Battle只需要通知大家：现在第n回合开始！各个Robot线程只需执行一系列set后及时通知Battle: 本回合我的动作结束。Battle等待所有Robot的回合动作结束，或超时结束，执行实际的移动，碰撞等，再开始下一回合。主线程与子线程之间仅仅需要开始和结束两个事件来同步，如果子线程死循环不会影响到主线程继续下一回合。根本不需要wakeup机制。


参考
[1] Robocode的运行机制
[2] Robocode的线程与执行次序

Tag: runround,robocode,battle,robot,tick,java,运行,线程,robotpeer,代码

（转载请注明来源于 金庆的专栏）