多人在线游戏服务器端开发心得

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：
　　int m=0;
　　int n=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：
　　package org.bromon.games;
　　public static byte[] translateLong(long mark)
　　{
　　byte[] b = new byte[4];
　　for (int i = 0; i < 4; i++)
　　{
　　b[i] = (byte) (mark >>> (24 - i * 8));
　　}
　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：
　　package org.bromon.games;
　　import java.sql.*;
　　import com.gwnet.games.antiLord.util.*;
　　import org.apache.commons.dbcp.ConnectionFactory;
　　import org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource;
　　import org.apache.commons.dbcp.DataSourceConnectionFactory;
　　private static BasicDataSource bds=new BasicDataSource();
　　private static ConnectionFactory fac=null;
　　//初始化连接池
　　bds.setDriverClassName(“org.postgresql.Driver”); //数据库驱动程序
　　bds.setUrl(“jdbc:postgresql://localhost:5432/myDB”); //数据库url
　　bds.setUsername(“postgres”); //dba帐号
　　bds.setPassword(“XXXXXXXX”); //密码
　　bds.setInitialSize(100); //初始化连接数量
　　bds.setMaxIdle(10); //最大idle数
　　bds.setMaxWait(1000*60); //超时回收时间
　　fac=new DataSourceConnectionFactory(bds); //得到连接工厂
　　Connection conn=fac.createConnection(); //从池中获得连接
　　conn.close(); //释放连接，回到池中
　　//销毁连接池
　　bds.close();
　　bds=null;
　　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：
　　package org.bromon.games;
　　private static HashMap cards = new HashMap();
　　int tmp=0;
　　for (int i = 0; i <4; i++) {
　　for (int m = 0; m < 13; m++) {
　　tmp=((byte)(i)<<4)|((byte)m); //使用位操作构造一张牌
　　cards.put(new Integer(i * 13 + m),new Byte((byte)tmp));
　　}
　　}
　　cards.put(new Integer(53), new Byte((byte)0x4d)); //大王
　　cards.put(new Integer(54), new 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 Long((Math.round(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。
　　return b;
　　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：
　　package org.bromon.games;
　　public void destroy()
　　{
　　throw new NoSuchMethodError();
　　}
　　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。
　　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：
　　package org.bromon.games;
　　public class Hook extends Thread
　　{
　　public void run()
　　{
　　//释放数据库连接，销毁连接池
　　//关闭与JMS的连接
　　}
　　}
　　在主线程中加入：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。
　　}
　　将四个字节转回来的操作如下：
　　package org.bromon.games;
　　public static long translateByte(byte[] b)
　　{
　　int mask = 0xff;
　　int temp = 0;
　　int res = 0;
　　for (int i = 0; i < 4; i++)
　　{
　　res <<= 8;
　　temp = b[i] & mask;
　　res |= temp;
　　}
　　return res;
　　}