游戏架构 游戏架构设计(17)

服务器公共组件实现 -- mangos的游戏主循环

　　当阅读一项工程的源码时，我们大概会选择从main函数开始，而当开始一项新的工程时，第一个写下的函数大多也是main。那我们就先来看看，游戏服务器代码实现中，main函数都做了些什么。

　　由于我在读技术文章时最不喜看到的就是大段大段的代码，特别是那些直接Ctrl+C再Ctrl+V后未做任何修改的代码，用句时髦的话说，一点技术含量都没有！所以在我们今后所要讨论的内容中，尽量会避免出现直接的代码，在有些地方确实需要代码来表述时，也将会选择使用伪码。

　　先从mangos的登录服代码开始。mangos的登录服是一个单线程的结构，虽然在数据库连接中可以开启一个独立的线程，但这个线程也只是对无返回结果的执行类SQL做缓冲，而对需要有返回结果的查询类SQL还是在主逻辑线程中阻塞调用的。

　　登录服中唯一的这一个线程，也就是主循环线程对监听的socket做select操作，为每个连接进来的客户端读取其上的数据并立即进行处理，直到服务器收到SIGABRT或SIGBREAK信号时结束。

　　所以，mangos登录服主循环的逻辑，也包括后面游戏服的逻辑，主循环的关键代码其实是在SocketHandler中，也就是那个Select函数中。检查所有的连接，对新到来的连接调用OnAccept方法，有数据到来的连接则调用OnRead方法，然后socket处理器自己定义对接收到的数据如何处理。

　　很简单的结构，也比较容易理解。


　　只是，在对性能要求比较高的服务器上，select一般不会是最好的选择。如果我们使用windows平台，那IOCP将是首选；如果是linux，epool将是不二选择。我们也不打算讨论基于IOCP或是基于epool的服务器实现，如果仅仅只是要实现服务器功能，很简单的几个API调用即可，而且网上已有很多好的教程；如果是要做一个成熟的网络服务器产品，不是我几篇简单的技术介绍文章所能达到。

　　另外，在服务器实现上，网络IO与逻辑处理一般会放在不同的线程中，以免耗时较长的IO过程阻塞住了需要立即反应的游戏逻辑。

　　数据库的处理也类似，会使用异步的方式，也是避免耗时的查询过程将游戏服务器主循环阻塞住。想象一下，因某个玩家上线而发起的一次数据库查询操作导致服务器内所有在线玩家都卡住不动将是多么恐怖的一件事！

　　另外还有一些如事件、脚本、消息队列、状态机、日志和异常处理等公共组件，我们也会在接下来的时间里进行探讨。

服务器公共组件实现 -- 继续来说主循环

　　前面我们只简单了解了下mangos登录服的程序结构，也发现了一些不足之处，现在我们就来看看如何提供一个更好的方案。

　　正如我们曾讨论过的，为了游戏主逻辑循环的流畅运行，所有比较耗时的IO操作都会分享到单独的线程中去做，如网络IO，数据库IO和日志IO等。当然，也有把这些分享到单独的进程中去做的。

　　另外对于大多数服务器程序来说，在运行时都是作为精灵进程或服务进程的，所以我们并不需要服务器能够处理控制台用户输入，我们所要处理的数据来源都来自网络。

　　这样，主逻辑循环所要做的就是不停要取消息包来处理，当然这些消息包不仅有来自客户端的玩家操作数据包，也有来自GM服务器的管理命令，还包括来自数据库查询线程的返回结果消息包。这个循环将一直持续，直到收到一个通知服务器关闭的消息包。

　　主逻辑循环的结构还是很简单的，复杂的部分都在如何处理这些消息包的逻辑上。我们可以用一段简单的伪码来描述这个循环过程：

　　　　while (Message* msg = getMessage())
　　　　{
　　　　　　if (msg为服务器关闭消息)
　　　　　　　　break;
　　　　　　处理msg消息;
　　　　}

　　这里就有一个问题需要探讨了，在getMessage()的时候，我们应该去哪里取消息？前面我们考虑过，至少会有三个消息来源，而我们还讨论过，这些消息源的IO操作都是在独立的线程中进行的，我们这里的主线程不应该直接去那几处消息源进行阻塞式的IO操作。

　　很简单，让那些独立的IO线程在接收完数据后自己送过来就是了。好比是，我这里提供了一个仓库，有很多的供货商，他们有货要给我的时候只需要交到仓库，然后我再到仓库去取就是了，这个仓库也就是消息队列。消息队列是一个普通的队列实现，当然必须要提供多线程互斥访问的安全性支持，其基本的接口定义大概类似这样：

　　　　IMessageQueue
　　　　{
　　　　　　void putMessage(Message*);
　　　　　　Message* getMessage();
　　　　}

　　网络IO，数据库IO线程把整理好的消息包都加入到主逻辑循环线程的这个消息队列中便返回。有关消息队列的实现和线程间消息的传递在ACE中有比较完全的代码实现及描述，还有一些使用示例，是个很好的参考。

　　这样的话，我们的主循环就很清晰了，从主线程的消息队列中取消息，处理消息，再取下一条消息......

服务器公共组件实现 -- 消息队列

　　既然说到了消息队列，那我们继续来稍微多聊一点吧。

　　我们所能想到的最简单的消息队列可能就是使用stl的list来实现了，即消息队列内部维护一个list和一个互斥锁，putMessage时将message加入到队列尾，getMessage时从队列头取一个message返回，同时在getMessage和putMessage之前都要求先获取锁资源。

　　实现虽然简单，但功能是绝对满足需求的，只是性能上可能稍稍有些不尽如人意。其最大的问题在频繁的锁竞争上。

　　对于如何减少锁竞争次数的优化方案，Ghost Cheng提出了一种。提供一个队列容器，里面有多个队列，每个队列都可固定存放一定数量的消息。网络IO线程要给逻辑线程投递消息时，会从队列容器中取一个空队列来使用，直到将该队列填满后再放回容器中换另一个空队列。而逻辑线程取消息时是从队列容器中取一个有消息的队列来读取，处理完后清空队列再放回到容器中。

　　这样便使得只有在对队列容器进行操作时才需要加锁，而IO线程和逻辑线程在操作自己当前使用的队列时都不需要加锁，所以锁竞争的机会大大减少了。

　　这里为每个队列设了个最大消息数，看来好像是打算只有当IO线程写满队列时才会将其放回到容器中换另一个队列。那这样有时也会出现IO线程未写满一个队列，而逻辑线程又没有数据可处理的情况，特别是当数据量很少时可能会很容易出现。Ghost Cheng在他的描述中没有讲到如何解决这种问题，但我们可以先来看看另一个方案。

　　这个方案与上一个方案基本类似，只是不再提供队列容器，因为在这个方案中只使用了两个队列，arthur在他的一封邮件中描述了这个方案的实现及部分代码。两个队列，一个给逻辑线程读，一个给IO线程用来写，当逻辑线程读完队列后会将自己的队列与IO线程的队列相调换。所以，这种方案下加锁的次数会比较多一些，IO线程每次写队列时都要加锁，逻辑线程在调换队列时也需要加锁，但逻辑线程在读队列时是不需要加锁的。

　　虽然看起来锁的调用次数是比前一种方案要多很多，但实际上大部分锁调用都是不会引起阻塞的，只有在逻辑线程调换队列的那一瞬间可能会使得某个线程阻塞一下。另外对于锁调用过程本身来说，其开销是完全可以忽略的，我们所不能忍受的仅仅是因为锁调用而引起的阻塞而已。

　　两种方案都是很优秀的优化方案，但也都是有其适用范围的。Ghost Cheng的方案因为提供了多个队列，可以使得多个IO线程可以总工程师的，互不干扰的使用自己的队列，只是还有一个遗留问题我们还不了解其解决方法。arthur的方案很好的解决了上一个方案遗留的问题，但因为只有一个写队列，所以当想要提供多个IO线程时，线程间互斥地写入数据可能会增大竞争的机会，当然，如果只有一个IO线程那将是非常完美的。