隨著游戲市場的興起，特別是網(wǎng)頁游戲、手機游戲的崛起，對游戲開發(fā)技術的需求越來越多。網(wǎng)絡游戲開發(fā)是一個龐大的體系，總體來說是客戶端與服務器端?？蛻舳耸峭婕医佑|的游戲圖像顯示端，服務器是處理游戲運行中的各種數(shù)據(jù)，由于一臺服務器要支持眾多玩家的請求，所以服務器的性能高低決定了同一個游戲的用戶數(shù)量。

我們公司選擇使用Java做服務器開發(fā)語言，主要原因是：1.Java是跨平臺的，方便部署；2.Java是安全的高級語言，可以提高開發(fā)效率；3.Java是面向對象的，代碼可以重用；4.Java的分布式應用。

圖1 服務器架構圖

服務器架構

Java在我們的服務器開發(fā)中的應用。服務器架構如圖1所示。服務器架構的幾個模塊：

• 登錄服務器
• 邏輯服務器
• 用戶中心服務器
• 充值服務器
• 數(shù)據(jù)庫服務器
• 日志服務器

這些模塊都是分開的，可以靈活地分布式部署到不同的物理服務器上。只需要修改一些配置文件即可，非常方便。

服務器詳細功能模塊

登錄服務器

負責處理玩家登錄的請求。一個登錄服務器對應多個游戲邏輯分區(qū)。當玩家登錄的時候，登錄服務器向用戶中心服務器發(fā)送登錄信息。請求對登錄信息的驗證。通過驗證之后，返回分區(qū)地址，之后，客戶端與登錄服務器斷開，連接到游戲邏輯服務器。登錄服務器是一個單獨的Java運行程序，當訪問量增加大，可以增加部署到多個物理服務器上面，均衡負載訪問壓力。它通過使用Java的NIO（非阻塞）方式與客戶端進行通信。通過用戶中心服務器提供的接口訪問用戶中心，進行數(shù)據(jù)處理。

邏輯服務器

對玩家的操作進行邏輯處理。邏輯服務器是整個游戲的心臟。它的工作效率直接影響玩家在游戲中的體驗，所以對它的要求就是速度，快速返回處理結果。為了達到滿足要求的速度，邏輯服務器的大部分操作必須在內存中操作，避免I/O操作，I/O操作可以放到另外的線程中進行。說是大部分，是因為玩家在第一次登錄的時候可能會從數(shù)據(jù)庫加載所要用到的數(shù)據(jù)。在圖中，大家看到了緩存，緩存的作用就是把數(shù)據(jù)放在內存中。當玩家退出時，它的數(shù)據(jù)也會在緩存中保存一段時間，在一定時間內，玩家再次登錄，將不會再重新從數(shù)據(jù)庫加載數(shù)據(jù)。在邏輯服務器中對數(shù)據(jù)庫的操作可以先放入一個Java隊列中，再另起一個Java線程負責從這個隊列取數(shù)據(jù)，并發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務器，這就是使用Java的阻塞隊列，快速實現(xiàn)一個生產(chǎn)者—消費者模式，數(shù)據(jù)生產(chǎn)與處理相分離，這樣既減輕了邏輯服務器的壓力，也保證了數(shù)據(jù)處理的效率。邏輯服務器的日志也不在邏輯服務器入庫，同樣的發(fā)送到日志服務器處理。還有一種方法是以一種特定格式的方式，記錄到本地文件中，再啟動一個進程，讀取這個文件，然后入庫。

用戶中心服務器

現(xiàn)在很多游戲都對用戶進行了集中管理。這方便了對用戶提供更好的服務，比如充值、活動、禮包領取、新游戲導入用戶等。有的游戲公司可能會用用戶中心的數(shù)據(jù)發(fā)展游戲運營平臺。這部分與游戲邏輯服務器分開，也減少了游戲邏輯服務器的壓力。用戶中心采用JavaWeb開發(fā)，它對游戲服務器只提供特定訪問的接口，把數(shù)據(jù)與邏輯分離開來，方便管理，以及分布式部署，增強了架構的靈活性。

充值服務器

充值是游戲收入的唯一方式，所以這個功能必須流暢，毫無壓力。如果由于網(wǎng)絡或服務器性能原因，導致玩家充值不了，會直接影響收益的。所以充值服務器最好部署在一臺單獨的物理機上面，也可以多個分區(qū)使用一個充值服務器，這要視游戲人數(shù)而定。

數(shù)據(jù)庫服務器

負責對數(shù)據(jù)入庫及更新的操作。把這部分操作從邏輯服務器分離出來，就是為了減輕邏輯服務器的壓力，減少邏輯服務器資源的占用。而且，如果邏輯服務器突然宕機的話，也能盡量保證數(shù)據(jù)少丟失。為了保證對數(shù)據(jù)的更新是順序性的，這里把數(shù)據(jù)入庫的操作使用隊列單線程化。邏輯服務器與數(shù)據(jù)庫服務器通過Java的TCP/IPSocket進行長連接，而且為了防止由于意外原因導致連接中斷，在邏輯服務器與數(shù)據(jù)庫服務器之間加入了一個心跳連接，這樣短暫的中斷可以被很快恢復，防止數(shù)據(jù)的丟失。

日志服務器

處理玩家日志的入庫。日志入庫方便游戲運營管理游戲，統(tǒng)計玩家信息。當玩家人數(shù)比較多的時候，日志也會占用很多資源。所以把日志從邏輯服務器也分開了，因為日志只是插入操作，所以可以開幾個線程進行并發(fā)插入到數(shù)據(jù)庫。線程數(shù)要根據(jù)你數(shù)據(jù)庫的連接池的最大連接數(shù)進行設置，要不然會導致連接資源被占完，數(shù)據(jù)插入不了數(shù)據(jù)庫。

注意事項

在游戲服務器開發(fā)中，有幾個需要注意的問題。

通信協(xié)議

開始的時候，我們?yōu)榱丝焖匍_發(fā)，采用了JSON的變長協(xié)議處理方式，即把要傳送的數(shù)據(jù)編碼成json的字符串，再把json字符串轉化為字節(jié)數(shù)據(jù)，傳輸過程中包的總結構為：總包長度（int四個字節(jié)）+消息長度（int四個字節(jié)）+消息體，即數(shù)據(jù)長度，n個字節(jié)。這樣做的好處是可以快速開發(fā)，缺點是在傳輸過程中無效的字節(jié)太多。而且這部分完全可以用代碼自動完成。后來我們采用Java的反射機制，從定義好的xml描述協(xié)議文件中讀取傳輸?shù)膬热莞袷?，自動化生成傳輸?shù)膶ο?，在發(fā)送信息時，根據(jù)這個對象再把數(shù)據(jù)轉化為二進制的數(shù)據(jù)流，解析的時候，同樣也根據(jù)xml的描述文件，按順序讀取數(shù)據(jù)并轉化為對象的JavaBean對象。如果時間充足，在游戲開發(fā)前期應該把這個做好。

多線程并發(fā)

游戲服務器是一個多用戶的環(huán)境，其中多線程是必不可少的，它可以提交程序對CPU的利用率，提高處理性能。但它也有一個致命的缺點，就是在多線程下，數(shù)據(jù)同步的問題。因為在目前多核CPU下，線程算得上是可以并行執(zhí)行的了。比如競技場中的排行榜，每個玩家的名次變化都會對排行榜進行操作。如果不考慮數(shù)據(jù)同步的話，每個玩家可以隨意更新排行榜，那這個排行榜的數(shù)據(jù)就會非常亂，名次也不正確。這個時間就需要保證在一個玩家更新排行的時候，其他玩家不能更新，只能阻塞等待。一般有兩種方法可以解決：1.直接使用鎖，當一個玩家更新排行榜時，使用鎖鎖定排行榜集合，讓其他玩家不能再對排行榜操作，Java有自帶的兩種方式，非常方便，一個是Lock接口，一個是Synchronized；2.使用樂觀同步，這種方式需要自己額外實現(xiàn)，之所以說是樂觀，是因為它有可能執(zhí)行失敗。原理是當我取數(shù)據(jù)時，獲得一個數(shù)據(jù)的一個版本號，而當寫入數(shù)據(jù)時，如果版本一致，可寫入，如果版本不一致，就需要重新獲取數(shù)據(jù)，執(zhí)行邏輯，直到版本一致后寫入。可以設定重復次數(shù)，達到這個次數(shù)后，還沒有成功就判定失敗。根據(jù)我們目前的運行環(huán)境，我們采用了第一種方式。

均衡負載

一臺物理服務器的處理能力是有限的，對于可能支持數(shù)據(jù)眾多的游戲服務器來說，分布式部署和動態(tài)添加服務器是不可缺少的。在邏輯上，可以把需要集中處理，與邏輯運算關系不大的模塊單獨部署。比如登錄服務器、地圖服務器、聊天服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等。像我們把登錄服務器和數(shù)據(jù)庫服務器分離開就是為了減少邏輯服務器的壓力。

緩存的設計

起初，為了快速敏捷開發(fā)，我們采用了一級緩存方式，即圖1中的Redis緩存，它是一個分布式的緩存，內部通過Socket連接。在玩家第一次進入游戲的時候會把玩家數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫加載到Redis緩存之中，再取數(shù)據(jù)只從緩存中取。后來為了更加提高處理速度，增加了二級緩存，即內存緩存，利用Java提供的Map、List等集合保存數(shù)據(jù)，開發(fā)了一個基于內存的緩存構架MemoryCacheTool，對外只提供操作接口。由于是直接從內存中讀取或寫入數(shù)據(jù)，其速度相對于Redis提高大約20%左右。

總結

Java是一門安全、高效、跨平臺的語言，它在游戲服務器開發(fā)過程中可以提高開發(fā)效率，減少異常，增強程序的健壯性。它很容易實現(xiàn)各個功能的銜接，方便后期的維護。

王廣帥

作者簡介：王廣帥，網(wǎng)名wgslucky，2011年畢業(yè)開始參加工作，一直從事于游戲服務器的開發(fā)工作?，F(xiàn)任北京觸云科技有限公司服務器端技術主程，是一名技術狂，熱愛讀書，喜歡挑戰(zhàn)，熱衷與技術同道分享交流游戲開發(fā)方面的技術。

本文選自程序員電子版2015年5月B刊，該期更多文章請查看這里。2000年創(chuàng)刊至今所有文章目錄請查看程序員封面秀。歡迎訂閱程序員電子版（含iPad版、Android版、PDF版）。