游戏架构 游戏架构设计(18)

服务器公共组件实现 -- 环形缓冲区

　　消息队列锁调用太频繁的问题算是解决了，另一个让人有些苦恼的大概是这太多的内存分配和释放操作了。频繁的内存分配不但增加了系统开销，更使得内存碎片不断增多，非常不利于我们的服务器长期稳定运行。也许我们可以使用内存池，比如SGI STL中附带的小内存分配器。但是对于这种按照严格的先进先出顺序处理的，块大小并不算小的，而且块大小也并不统一的内存分配情况来说，更多使用的是一种叫做环形缓冲区的方案，mangos的网络代码中也有这么一个东西，其原理也是比较简单的。

　　就好比两个人围着一张圆形的桌子在追逐，跑的人被网络IO线程所控制，当写入数据时，这个人就往前跑；追的人就是逻辑线程，会一直往前追直到追上跑的人。如果追上了怎么办？那就是没有数据可读了，先等会儿呗，等跑的人向前跑几步了再追，总不能让游戏没得玩了吧。那要是追的人跑的太慢，跑的人转了一圈过来反追上追的人了呢？那您也先歇会儿吧。要是一直这么反着追，估计您就只能换一个跑的更快的追逐者了，要不这游戏还真没法玩下去。

　　前面我们特别强调了，按照严格的先进先出顺序进行处理，这是环形缓冲区的使用必须遵守的一项要求。也就是，大家都得遵守规定，追的人不能从桌子上跨过去，跑的人当然也不允许反过来跑。至于为什么，不需要多做解释了吧。

　　环形缓冲区是一项很好的技术，不用频繁的分配内存，而且在大多数情况下，内存的反复使用也使得我们能用更少的内存块做更多的事。

　　在网络IO线程中，我们会为每一个连接都准备一个环形缓冲区，用于临时存放接收到的数据，以应付半包及粘包的情况。在解包及解密完成后，我们会将这个数据包复制到逻辑线程消息队列中，如果我们只使用一个队列，那这里也将会是个环形缓冲区，IO线程往里写，逻辑线程在后面读，互相追逐。可要是我们使用了前面介绍的优化方案后，可能这里便不再需要环形缓冲区了，至少我们并不再需要他们是环形的了。因为我们对同一个队列不再会出现同时读和写的情况，每个队列在写满后交给逻辑线程去读，逻辑线程读完后清空队列再交给IO线程去写，一段固定大小的缓冲区即可。没关系，这么好的技术，在别的地方一定也会用到的。

服务器公共组件实现 -- 发包的方式

　　前面一直都在说接收数据时的处理方法，我们应该用专门的IO线程，接收到完整的消息包后加入到主线程的消息队列，但是主线程如何发送数据还没有探讨过。

　　一般来说最直接的方法就是逻辑线程什么时候想发数据了就直接调用相关的socket API发送，这要求服务器的玩家对象中保存其连接的socket句柄。但是直接send调用有时候有会存在一些问题，比如遇到系统的发送缓冲区满而阻塞住的情况，或者只发送了一部分数据的情况也时有发生。我们可以将要发送的数据先缓存一下，这样遇到未发送完的，在逻辑线程的下一次处理时可以接着再发送。

　　考虑数据缓存的话，那这里这可以有两种实现方式了，一是为每个玩家准备一个缓冲区，另外就是只有一个全局的缓冲区，要发送的数据加入到全局缓冲区的时候同时要指明这个数据是发到哪个socket的。如果使用全局缓冲区的话，那我们可以再进一步，使用一个独立的线程来处理数据发送，类似于逻辑线程对数据的处理方式，这个独立发送线程也维护一个消息队列，逻辑线程要发数据时也只是把数据加入到这个队列中，发送线程循环取包来执行send调用，这时的阻塞也就不会对逻辑线程有任何影响了。

　　采用第二种方式还可以附带一个优化方案。一般对于广播消息而言，发送给周围玩家的数据都是完全相同的，我们如果采用给每个玩家一个缓冲队列的方式，这个数据包将需要拷贝多份，而采用一个全局发送队列时，我们只需要把这个消息入队一次，同时指明该消息包是要发送给哪些socket的即可。有关该优化的说明在云风描述其连接服务器实现的blog文章中也有讲到，有兴趣的可以去阅读一下。

服务器公共组件实现 -- 状态机

　　有关State模式的设计意图及实现就不从设计模式中摘抄了，我们只来看看游戏服务器编程中如何使用State设计模式。

　　首先还是从mangos的代码开始看起，我们注意到登录服在处理客户端发来的消息时用到了这样一个结构体：

　　struct AuthHandler
　　{
　　　　eAuthCmd cmd;
　　　　uint32 status;
　　　　bool (AuthSocket::*handler)(void);
　　};

　　该结构体定义了每个消息码的处理函数及需要的状态标识，只有当前状态满足要求时才会调用指定的处理函数，否则这个消息码的出现是不合法的。这个status状态标识的定义是一个宏，有两种有效的标识，STATUS_CONNECTED和STATUS_AUTHED，也就是未认证通过和已认证通过。而这个状态标识的改变是在运行时进行的，确切的说是在收到某个消息并正确处理完后改变的。

　　我们再来看看设计模式中对State模式的说明，其中关于State模式适用情况里有一条，当操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态，这个状态通常用一个或多个枚举变量表示。

　　描述的情况与我们这里所要处理的情况是如此的相似，也许我们可以试一试。那再看看State模式提供的解决方案是怎样的，State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。

　　由于这里的两个状态标识只区分出了两种状态，所以，我们仅需要两个独立的类，用以表示两种状态即可。然后，按照State模式的描述，我们还需要一个Context类，也就是状态机管理类，用以管理当前的状态类。稍作整理，大概的代码会类似这样：

　　状态基类接口：
　　StateBase
　　{
　　　　void Enter() = 0;
　　　　void Leave() = 0;
　　　　void Process(Message* msg) = 0;
　　};

　　状态机基类接口：
　　MachineBase
　　{
　　　　void ChangeState(StateBase* state) = 0;

　　　　StateBase* m_curState;
　　};

　　我们的逻辑处理类会从MachineBase派生，当取出数据包后交给当前状态处理，前面描述的两个状态类从StateBase派生，每个状态类只处理该状态标识下需要处理的消息。当要进行状态转换时，调用MachineBase的ChangeState()方法，显示地告诉状态机管理类自己要转到哪一个状态。所以，状态类内部需要保存状态机管理类的指针，这个可以在状态类初始化时传入。具体的实现细节就不做过多描述了。

　　使用状态机虽然避免了复杂的判断语句，但也引入了新的麻烦。当我们在进行状态转换时，可能会需要将一些现场数据从老状态对象转移到新状态对象，这需要在定义接口时做一下考虑。如果不希望执行拷贝，那么这里公有的现场数据也可放到状态机类中，只是这样在使用时可能就不那么优雅了。

　　正如同在设计模式中所描述的，所有的模式都是已有问题的另一种解决方案，也就是说这并不是唯一的解决方案。放到我们今天讨论的State模式中，就拿登录服所处理的两个状态来说，也许用mangos所采用的遍历处理函数的方法可能更简单，但当系统中的状态数量增多，状态标识也变多的时候，State模式就显得尤其重要了。

　　比如在游戏服务器上玩家的状态管理，还有在实现NPC人工智能时的各种状态管理，这些就留作以后的专题吧。