网络在线游戏开发心得

 

 

      记得很久以前还在写服务应用时，就用NIO。这篇文章系统的介绍了一个轻量型服务端程序如何尽所能节省传输流量、提高处理性能。是一篇佳作，可以称为JAVA版的《游戏之旅》。在此收藏和展示，与大家共勉。       ---谢幕

 

 

 

 

      一个多人在线的棋牌类网络游戏的项目临近尾声，我参与了该项目的整个设计流程，并且完成了90%的核心代码。关于这个项目，有很多地方值得聊一聊。本系列不打算把这个项目将得多么详细规范，那是设计文档应该描述的，我打算只说说一些值得注意的地方。

　　这个项目的一个特别之处是，客户端是手机，用户通过移动网络与服务器通信。和PC相比，手机的处理能力极弱，而且网络流量费用昂贵。因为除了要考虑普通网络游戏的一些问题之外，这两点也需要在设计中充分考虑。

　　首先是开发语言的选择，由于服务器是Linux的环境，MS的技术直接排除，至于MONO嘛，我实在不放心。可供选择的是C++和Java，Java胜在网络能力强大，开发周期短，有众多框架和开源库的支持，要写出烂得不可接受的代码也不容易；C++则胜在速度快。综合各方面因素，C++更容易把这个项目变成一堆代码噩梦，我们选择了Java。

 

一、网络

　　网络游戏，首先面临的问题当然是如何进行网络通信。首先考虑的是HTTP协议，因为所有的J2ME手机都支持这个，我们当然想尽可能的兼容用户。而且HTTP协议封装程度已经非常高了，不用去考虑线程、同步、状态管理、连接池，不过HTTP协议有两个不爽的地方：

　　◇ 协议无状态，这个问题已经困扰过很多人很多次了。我曾考虑过的解决办法是改造HTTP协议，在数据传输完成之后不关闭socket，但是这样做工作量非常大，在项目周期中，基本上就是Mission impossible，不予考虑。那么客户也就只能通过轮询的方式向服务器请求数据。

　　◇ 网络流量过大。就这个项目来说，网络间传递的只是指令，但是每次传递都要加上一堆毫无用处的HTTP Head，再加上客户端需要做轮询，这个流量对于手机来说简直恐怖，经简单测试，按照0.03元/K的GPRS网络费用计算，一局牌居然要消耗1元多的费用（每秒轮询），实在不可接受。也许我们可以采用流量费包月的资费方式，不过这个话题与技术无关。

 

以上问题导致我们选择了Socket，这意味着我们将没有一个web环境，很多东西都要靠自己去实现：线程管理、客户状态监控、对象池、控制台……….

　　网络部分打算采用Java NIO来实现，这是一种新的网络监听方式，基于事件的异步通信，可以提高性能。每个客户端连接之后，会有一个独立的SocketChannel与它通信，这个SocketChannel会在用户的整个生存周期中存在。用户如果断开连接，服务器会得到-1，并且会抛出Connection reset异常，通过捕获这两个特征，可以在用户意外断开连接后清理相关的资源。由于NIO是异步通信的，所以没有复杂的线程管理。

 

二、通信协议

　　这个项目并没有复杂的通信指令，命令数量很有限，但是还是有个关键问题需要关注：流量。为了尽量减小流量，我们使用字节代替字符串来保存系统指令，这样可以使流量减少一半，比如使用一个字节来保存一张扑克牌，字节高位表示花色，字节低位表示数字，如果0代表黑桃，那么黑桃三就应该是0x03，这个需要靠位操作来实现：

1. int m=0;
2.     int n=3;
3.     byte card=(byte)(m)<<4)|((byte)n; //m左移四位，然后与n左或操作

　　游戏中需要传递用户的积分，这是一个大整数，使用四个字节来保存比较保险，将整数转换为四个字节的操作如下：

1. public static byte[] translateLong(long mark)
2. {
3.     byte[] b = new byte[4];
4.     for (int i = 0; i < 4; i++)
5.     {
6.         b[i] = (byte) (mark >>> (24 - i * 8));
7.     }
8.     return b;
9. }

　　将四个字节转回来的操作如下：

1. public static long translateByte(byte[] b)
2. {
3.     int mask = 0xff;
4.     int temp = 0;
5.     int res = 0;
6.     for (int i = 0; i < 4; i++)
7.     {
8.         res <<= 8;
9.         temp = b[i] & mask;
10.         res |= temp;
11.     }
12.     return res;
13. }

 

 

三、数据库连接池

　　由于没有一个web环境，所以我们需要自己实现一个数据库连接池，apache有一个项目叫做commons DBCP，这是一个基于apache自己的对象池（apache commons pool）实现的数据库连接池，我们可以直接拿来使用，apache的软件未必是最好的，但是极大可能比我们自己写的要好。

Commons DBCP需要三个.jar：

    commons-collections-3.1.jar、commons-dbcp-1.2.1.jar、commons-pool-1.2.jar

这三个文件都可以在apache ? Jakarta ? commons项目下下载，加入到工程中即可。

构造一个数据库连接池的代码如下：

 

 

1. import java.sql.*;
2.     import com.gwnet.games.antiLord.util.*;
3.     import org.apache.commons.dbcp.java.html" target="_blank">ConnectionFactory;
4.     import org.apache.commons.dbcp.java.html" target="_blank">BasicDataSource;
5.     import org.apache.commons.dbcp.java.html" target="_blank">DataSourceConnectionFactory;
6.     private static BasicDataSource bds=new BasicDataSource();
7.     private static ConnectionFactory fac=null;
8.     //初始化连接池
9.     bds.setDriverClassName(“org.postgresql.Driver”); //数据库驱动程序
10.     bds.setUrl(“jdbc:postgresql://localhost:5432/myDB”); //数据库url
11.     bds.setUsername(“postgres”); //dba帐号
12.     bds.setPassword(“XXXXXXXX”); //密码
13.     bds.setInitialSize(100); //初始化连接数量
14.     bds.setMaxIdle(10); //最大idle数
15.     bds.setMaxWait(1000*60); //超时回收时间
16.     fac=new DataSourceConnectionFactory(bds); //得到连接工厂
17.     java/sql/Connection.java.html" target="_blank">Connection conn=fac.createConnection(); //从池中获得连接
18.     conn.close(); //释放连接，回到池中
19.     //销毁连接池
20.     bds.close();
21.     bds=null;
22.     fac=null;

 

 

请自行处理操作中的各种异常。


四、扑克牌的生成

　　游戏中需要为用户生成随机的扑克牌，首先我们需要初始化一副牌，放到一个Hashmap中，每张牌以一个字节表示，高为代表花色，的为代表数字，生成整副牌：

 

 

 

1. private static HashMap cards = new HashMap();
2.     int tmp=0;
3.     for (int i = 0; i <4; i++) {
4.         for (int m = 0; m < 13; m++) {
5.             tmp=((byte)(i)<<4)|((byte)m); //使用位操作构造一张牌
6.             cards.put(new java/lang/Integer.java.html" target="_blank">Integer(i * 13 + m),new java/lang/Byte.java.html" target="_blank">Byte((byte)tmp));
7.         }
8.     }
9.     cards.put(new java/lang/Integer.java.html" target="_blank">Integer(53), new java/lang/Byte.java.html" target="_blank">Byte((byte)0x4d)); //大王
10.     cards.put(new java/lang/Integer.java.html" target="_blank">Integer(54), new java/lang/Byte.java.html" target="_blank">Byte((byte)0x4e)); //小王

 

 

如何随机地得到其中的N张牌呢？我们的做法是生成一个0-55的随机数，用这个随机数作主键从Hashmap中获得对象，取得之后，把该对象从队列中删除，以免重复取得。由于java中的随机数是根据时间生成的，所以有可能导致用户得到的牌不够散，每个用户都摸到一条龙岂不是笑话？所以在生成随机数的时候我们加入了一个大素数来作运算：

 

 

long cardId=new java/lang/Long.java.html" target="_blank">Long((java/lang/Math.java.html" target="_blank">Math.round(java/lang/Math.java.html" target="_blank">Math.random() * 87) % 55)).intvalue();

 

 

通过修改这个大素数，可以控制某个用户的牌比较好。


五、线程

　　实际上本系统并没有复杂的线程管理，但是我想提供一个控制台让管理员可以管理游戏主线程，可以让它停止、中段、恢复、重启动，本来的设计是管理员通过与线程A打交道，通过A去管理主线程B，但是熟悉java线程的朋友都知道，线程互相管理基本上就是不实际的，举个最简单的例子，A如何销毁B？也许你会说调用B的destroy()方法就好了，网上很多讲解java线程的资料也确实是这么说的，但是他们都是鬼扯的，自己去看看java源代码吧，Thread.destroy()方法的实际代码如下：

 

 

1. public void destroy() 
2. {
3.     throw new java/lang/NoSuchMethodError.java.html" target="_blank">NoSuchMethodError();
4. }

 

 

事实真相是，Thread.destroy()方法自始至终就没有被实现过。所有写文章，教别人用这个方法销毁线程的人，都去撞墙吧，丢人丢大了。

　　最好的办法是A负责生成一个B并且启动它，然后B自己管理生存周期，A和B通过使用可共享的方法来通信，这是sun推荐的做法。


六、异步消息

　　用户玩牌的过程中，有很多东西需要记录下来，比如记录用户的积分、等级变化，记录玩牌日志供数据统计等，当用户数量很多的时候，在数据库中记录这些信息会很耗费资源，用户玩了一局之后会可能会等待很长时间。解决这个问题的方法是利用J2EE的消息bean来提供异步通信的机制，需要记录数据的时候，系统会封装一个值对象，发送给J2EE容器，这个操作是很快的，完成之后就返回，用户可以继续操作，不用关心消息何时被处理。

　　J2EE的消息框架具备如下特征：

　　◇ 消息一定会被阅读，而且只阅读一次。JMS框架有自己的算法，把消息缓冲到硬盘，就算J2EE服务器死掉，消息也不会丢失。

　　◇ 系统采用点对点的Queue消息队列，可以保证同等优先级的消息先进先出。

　　在Jboss 4.0中，部署消息Bean和Queue队列，都比weblogic 8.1来的容易，只需要在jboss.xml中声明消息目的地，如果jboss发现该目的地不存在的话，会自动建立一个，实在很简单。关于消息bean的开发与部署，我有专门的文章描述（参见我的blog：http://blog.csdn.net/bromon ）。


七、启动与退出

　　为了让系统具备让人满意的性能，应该尽量多的重用对象，减少创建新对象。比如上面提到的消息发送，我们的操作是提供一个静态类，在系统启动的时候就初始化，保持与JMS服务器的连接，系统发送消息的时候，不用再去查询JNDI和生成QueueConnectionFactory，这样可以提高系统响应速度。

　　在数据库连接池的问题上，我们也采用同样的操作，启动的时候初始化N个连接。但是如果在关闭进程的时候不做任何操作，会导致JMS抛出socket异常，虽然没什么大的影响，但总显得不专业，而且池中的连接不被释放的话，也可能导致问题。最好能够让系统像jboss等控制台程序一样，ctrl+c之后能够执行操作，释放资源再退出。我们可以通过给进程/线程加上一个Hook来实现，windows程序员应该对这个非常熟悉。

Hook应该是一个线程方法，如下：

 

 

1. public class Hook extends java/lang/Thread.java.html" target="_blank">Thread
2. {
3.     public void run()
4.     {
5.         //释放数据库连接，销毁连接池
6.         //关闭与JMS的连接
7.     }
8. }

 

在主线程中加入：

1. java/lang/Runtime.java.html" target="_blank">Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Hook()) ;

　　那么进程/线程会在退出的时候执行Hook的run方法，清理资源。