教你从头写游戏服务器框架

> 本文由云+社区发表 > 作者：韩伟 ## 前言 大概已经有差不多一年没写技术文章了，原因是今年投入了一些具体游戏项目的开发。这些新的游戏项目，比较接近独立游戏的开发方式。我觉得公司的“祖传”服务器框架技术不太适合，所以从头写了一个游戏服务器端的框架，以便获得更好的开发效率和灵活性。现在项目将近上线，有时间就想总结一下，这样一个游戏服务器框架的设计和实现过程。 这个框架的基本运行环境是 Linux ，采用 C++ 编写。为了能在各种环境上运行和使用，所以采用了 gcc 4.8 这个“古老”的编译器，以 C99 规范开发。 ## 需求 由于“越通用的代码，就是越没用的代码”，所以在设计之初，我就认为应该使用分层的模式来构建整个系统。按照游戏服务器的一般需求划分，最基本的可以分为两层： 1. 底层基础功能：包括通信、持久化等非常通用的部分，关注的是性能、易用性、扩展性等指标。 2. 高层逻辑功能：包括具体的游戏逻辑，针对不同的游戏会有不同的设计。  我希望能有一个基本完整的“底层基础功能”的框架，可以被复用于多个不同的游戏。由于目标是开发一个 适合独立游戏开发 的游戏服务器框架。所以最基本的需求分析为： **功能性需求** 1. 并发：所有的服务器程序，都会碰到这个基本的问题：如何处理并发处理。一般来说，会有多线程、异步两种技术。多线程编程在编码上比较符合人类的思维习惯，但带来了“锁”这个问题。而异步非阻塞的模型，其程序执行的情况是比较简单的，而且也能比较充分的利用硬件性能，但是问题是很多代码需要以“回调”的形式编写，对于复杂的业务逻辑来说，显得非常繁琐，可读性非常差。虽然这两种方案各有利弊，也有人结合这两种技术希望能各取所长，但是我更倾向于基础是使用异步、单线程、非阻塞的调度方式，因为这个方案是最清晰简单的。为了解决“回调”的问题，我们可以在其上再添加其他的抽象层，比如协程或者添加线程池之类的技术予以改善。 2. 通信：支持 请求响应 模式以及 通知 模式的通信（广播视为一种多目标的通知）。游戏有很多登录、买卖、打开背包之类的功能，都是明确的有请求和响应的。而大量的联机游戏中，多个客户端的位置、HP 等东西都需要经过网络同步，其实就是一种“主动通知”的通信方式。 3. 持久化：可以存取 对象 。游戏存档的格式非常复杂，但其索引的需求往往都是根据玩家 ID 来读写就可以。在很多游戏主机如 PlayStation 上，以前的存档都是可以以类似“文件”的方式存放在记忆卡里的。所以游戏持久化最基本的需求，就是一个 key-value 存取模型。当然，游戏中还会有更复杂的持久化需求，比如排行榜、拍卖行等，这些需求应该额外对待，不适合包含在一个最基本的通用底层中。 4. 缓存：支持远程、分布式的对象缓存。游戏服务基本上都是“带状态”的服务，因为游戏要求响应延迟非常苛刻，基本上都需要利用服务器进程的内存来存放过程数据。但是游戏的数据，往往是变化越快的，价值越低，比如经验值、金币、HP，而等级、装备等变化比较慢的，价值则越高，这种特征，非常适合用一个缓存模型来处理。 5. 协程：可以用 C++ 来编写协程代码，避免大量回调函数分割代码。这个是对于异步代码非常有用的特性，能大大提高代码的可读性和开发效率。特别是把很多底层涉及IO的功能，都提供了协程化 API，使用起来就会像同步的 API 一样轻松惬意。 6. 脚本：初步设想是支持可以用 Lua 来编写业务逻辑。游戏需求变化是出了名快的，用脚本语言编写业务逻辑正好能提供这方面的支持。实际上脚本在游戏行业里的使用非常广泛。所以支持脚本，也是一个游戏服务器框架很重要的能力。 7. 其他功能：包括定时器、服务器端的对象管理等等。这些功能很常用，所以也需要包含在框架中，但已经有很多成熟方案，所以只要选取常见易懂的模型即可。比如对象管理，我会采用类似 Unity 的组件模型来实现。 **非功能性需求** 1. 灵活性：支持可替换的通信协议；可替换的持久化设备（如数据库）；可替换的缓存设备（如 memcached/redis）；以静态库和头文件的方式发布，不对使用者代码做过多的要求。游戏的运营环境比较复杂，特别是在不同的项目之间，可能会使用不同的数据库、不同的通信协议。但是游戏本身业务逻辑很多都是基于对象模型去设计的，所以应该有一层能够基于“对象”来抽象所有这些底层功能的模型。这样才能让多个不同的游戏，都基于一套底层进行开发。 2. 部署便利性：支持灵活的配置文件、命令行参数、环境变量的引用；支持单独进程启动，而无须依赖数据库、消息队列中间件等设施。一般游戏都会有至少三套运行环境，包括一个开发环境、一个内测环境、一个外测或运营环境。一个游戏的版本更新，往往需要更新多个环境。所以如何能尽量简化部署就成为一个很重要的问题。我认为一个好的服务器端框架，应该能让这个服务器端程序，在无配置、无依赖的情况下独立启动，以符合在开发、测试、演示环境下快速部署。并且能很简单的通过配置文件、或者命令行参数的不同，在集群化下的外部测试或者运营环境下启动。 3. 性能：很多游戏服务器，都会使用异步非阻塞的方式来编程。因为异步非阻塞可以很好的提高服务器的吞吐量，而且可以很明确的控制多个用户任务并发下的代码执行顺序，从而避免多线程锁之类的复杂问题。所以这个框架我也希望是以异步非阻塞作为基本的并发模型。这样做还有另外一个好处，就是可以手工的控制具体的进程，充分利用多核 CPU 服务器的性能。当然异步代码可读性因为大量的回调函数，会变得很难阅读，幸好我们还可以用“协程”来改善这个问题。 4. 扩展性：支持服务器之间的通信，进程状态管理，类似 SOA 的集群管理。自动容灾和自动扩容，其实关键点是服务进程的状态同步和管理。我希望一个通用的底层，可以把所有的服务器间调用，都通过一个统一的集权管理模型管理起来，这样就可以不再每个项目去关心集群间通信、寻址等问题。 一旦需求明确下来，基本的层级结构也可以设计了： | 层次 | 功能 | 约束 | | -------- | ------------------------------------------------------------ | ---------------------------------------------- | | 逻辑层 | 实现更具体的业务逻辑 | 能调用所有下层代码，但应主要依赖接口层 | | 实现层 | 对各种具体的通信协议、存储设备等功能的实现 | 满足下层的接口层来做实现，禁止同层间互相调用 | | 接口层 | 定义了各模块的基本使用方式，用以隔离具体的实现和设计，从而提供互相替换的能力 | 本层之间代码可以互相调用，但禁止调用上层代码 | | 工具层 | 提供通用的 C++ 工具库功能，如 log/json/ini/日期时间/字符串处理 等等 | 不应该调用其他层代码，也不应该调用同层其他模块 | | 第三方库 | 提供诸如 redis/tcaplus 或者其他现成功能，其地位和“工具层”一样 | 不应该调用其他层代码，甚至不应该修改其源码 | 最后，整体的架构模块类似： | 说明 | 通信 | 处理器 | 缓存 | 持久化 | | -------- | ---------------------- | -------------------------- | ------------------------------------------- | --------------------------- | | 功能实现 | TcpUdpKcpTlvLine | JsonHandlerObjectProcessor | SessionLocalCacheRedisMapRamMapZooKeeperMap | FileDataStoreRedisDataStroe | | 接口定义 | TransferProtocol | ServerClientProcessor | DataMapSerializable | DataStore | | 工具类库 | ConfigLOGJSONCoroutine | | | | ## 通信模块 对于通信模块来说，需要有灵活的可替换协议的能力，就必须按一定的层次进行进一步的划分。对于游戏来说，最底层的通信协议，一般会使用 TCP 和 UDP 这两种，在服务器之间，也会使用消息队列中间件一类通信软件。框架必须要有能同事支持这几通信协议的能力。故此设计了一个层次为: *Transport* 在协议层面，最基本的需求有“分包”“分发”“对象序列化”等几种需求。如果要支持“请求-响应”模式，还需要在协议中带上“序列号”的数据，以便对应“请求”和“响应”。另外，游戏通常都是一种“会话”式的应用，也就是一系列的请求，会被视为一次“会话”，这就需要协众需要有类似 `Session ID` 这种数据。为了满足这些需求，设计一个层次为： *Protocol* 拥有了以上两个层次，是可以完成最基本的协议层能力了。但是，我们往往希望业务数据的协议包，能自动化的成为编程中的 对象，所以在处理消息体这里，需要一个可选的额外层次，用来把字节数组，转换成对象。所以我设计了一个特别的处理器：*ObjectProcessor* ，去规范通信模块中对象序列化、反序列化的接口。 | 输入 | 层次 | 功能 | 输出 | | ------- | --------- | ---- | -------- | | data | Transport | 通信 | buffer | | buffer | Protocol | 分包 | Message | | Message | Processor | 分发 | object | | object | 处理模块 | 处理 | 业务逻辑 | ### Transport 此层次是为了统一各种不同的底层传输协议而设置的，最基本应该支持 TCP 和 UDP 这两种协议。对于通信协议的抽象，其实在很多底层库也做的非常好了，比如 Linux 的 socket 库，其读写 API 甚至可以和文件的读写通用。C# 的 Socket 库在 TCP 和 UDP 之间，其 api 也几乎是完全一样的。但是由于作用游戏服务器，很多适合还会接入一些特别的“接入层”，比如一些代理服务器，或者一些消息中间件，这些 API 可是五花八门的。另外，在 html5 游戏（比如微信小游戏）和一些页游领域，还有用 HTTP 服务器作为游戏服务器的传统（如使用 WebSocket 协议），这样就需要一个完全不同的传输层了。 服务器传输层在异步模型下的基本使用序列，就是： 1. 在主循环中，不断尝试读取有什么数据可读 2. 如果上一步返回有数据到达了，则读取数据 3. 读取数据处理后，需要发送数据，则向网络写入数据 根据上面三个特点，可以归纳出一个基本的接口： ```javascript class Transport { public: /** * 初始化Transport对象，输入Config对象配置最大连接数等参数，可以是一个新建的Config对象。 */ virtual int Init(Config* config) = 0; /** * 检查是否有数据可以读取，返回可读的事件数。后续代码应该根据此返回值循环调用Read()提取数据。 * 参数fds用于返回出现事件的所有fd列表，len表示这个列表的最大长度。如果可用事件大于这个数字，并不影响后续可以Read()的次数。 * fds的内容，如果出现负数，表示有一个新的终端等待接入。 */ virtual int Peek(int* fds, int len) = 0; /** * 读取网络管道中的数据。数据放在输出参数 peer 的缓冲区中。 * @param peer 参数是产生事件的通信对端对象。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回值为可读数据的长度，如果是 0 表示没有数据可以读，返回 -1 表示连接需要被关闭。 */ virtual int Read( Peer* peer) = 0; /** * 写入数据，output_buf, buf_len为想要写入的数据缓冲区，output_peer为目标队端， * 返回值表示成功写入了的数据长度。-1表示写入出错。 */ virtual int Write(const char* output_buf, int buf_len, const Peer& output_peer) = 0; /** * 关闭一个对端的连接 */ virtual void ClosePeer(const Peer& peer) = 0; /** * 关闭Transport对象。 */ virtual void Close() = 0; } ``` 在上面的定义中，可以看到需要有一个 Peer 类型。这个类型是为了代表通信的客户端（对端）对象。在一般的 Linux 系统中，一般我们用 fd （File Description）来代表。但是因为在框架中，我们还需要为每个客户端建立接收数据的缓存区，以及记录通信地址等功能，所以在 fd 的基础上封装了一个这样的类型。这样也有利于把 UDP 通信以不同客户端的模型，进行封装。 ```javascript ///@brief 此类型负责存放连接过来的客户端信息和数据缓冲区 class Peer { public: int buf_size_; ///< 缓冲区长度 char* const buffer_;///< 缓冲区起始地址 int produced_pos_; ///< 填入了数据的长度 int consumed_pos_; ///< 消耗了数据的长度 int GetFd() const; void SetFd(int fd); /// 获得本地地址 const struct sockaddr_in& GetLocalAddr() const; void SetLocalAddr(const struct sockaddr_in& localAddr); /// 获得远程地址 const struct sockaddr_in& GetRemoteAddr() const; void SetRemoteAddr(const struct sockaddr_in& remoteAddr); private: int fd_; ///< 收发数据用的fd struct sockaddr_in remote_addr_; ///< 对端地址 struct sockaddr_in local_addr_; ///< 本端地址 }; ``` *游戏使用 UDP 协议的特点*：一般来说 UDP 是无连接的，但是对于游戏来说，是肯定需要有明确的客户端的，所以就不能简单用一个 UDP socket 的fd 来代表客户端，这就造成了上层的代码无法简单在 UDP 和 TCP 之间保持一致。因此这里使用 Peer 这个抽象层，正好可以接近这个问题。这也可以用于那些使用某种消息队列中间件的情况，因为可能这些中间件，也是多路复用一个 fd 的，甚至可能就不是通过使用 fd 的 API 来开发的。 对于上面的 Transport 定义，对于 TCP 的实现者来说，是非常容易能完成的。但是对于 UDP 的实现者来说，则需要考虑如何宠妃利用 Peer ，特别是 Peer.fd_ 这个数据。我在实现的时候，使用了一套虚拟的 fd 机制，通过一个客户端的 IPv4 地址到 int 的对应 Map ，来对上层提供区分客户端的功能。在 Linux 上，这些 IO 都可以使用 epoll 库来实现，在 Peek() 函数中读取 IO 事件，在 Read()/Write() 填上 socket 的调用就可以了。 另外，为了实现服务器之间的通信，还需要设计和 Tansport 对应的一个类型：Connector 。这个抽象基类，用于以客户端模型对服务器发起请求。其设计和 Transport 大同小异。除了 Linux 环境下的 Connecotr ，我还实现了在 C# 下的代码，以便用 Unity 开发的客户端可以方便的使用。由于 .NET 本身就支持异步模型，所以其实现也不费太多功夫。 ```javascript /** * @brief 客户端使用的连接器类，代表传输协议，如 TCP 或 UDP */ class Connector { public: virtual ~Connector() {} /** * @brief 初始化建立连接等 * @param config 需要的配置 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 0 为成功 */ virtual int Init(Config* config) = 0; /** * @brief 关闭 */ virtual void Close() = 0; /** * @brief 读取是否有网络数据到来 * 读取有无数据到来，返回值为可读事件的数量，通常为1 * 如果为0表示没有数据可以读取。 * 如果返回 -1 表示出现网络错误，需要关闭此连接。 * 如果返回 -2 表示此连接成功连上对端。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 网络数据的情况 */ virtual int Peek() = 0; /** * @brief 读取网络数 * 读取连接里面的数据，返回读取到的字节数，如果返回0表示没有数据， * 如果buffer_length是0, 也会返回0， * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回-1表示连接需要关闭（各种出错也返回0） */ virtual int Read(char* ouput_buffer, int buffer_length) = 0; /** * @brief 把input_buffer里的数据写入网络连接，返回写入的字节数。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 如果返回-1表示写入出错，需要关闭此连接。 */ virtual int Write(const char* input_buffer, int buffer_length) = 0; protected: Connector(){} }; ``` ### Protocol 对于通信“协议”来说，其实包含了许许多多的含义。在众多的需求中，我所定义的这个协议层，只希望完成四个最基本的能力： 1. 分包：从流式传输层切分出一个个单独的数据单元，或者把多个“碎片”数据拼合成一个完整的数据单元的能力。一般解决这个问题，需要在协议头部添加一个“长度”字段。 2. 请求响应对应：这对于异步非阻塞的通信模式下，是非常重要的功能。因为可能在一瞬间发出了很多个请求，而回应则会不分先后的到达。协议头部如果有一个不重复的“序列号”字段，就可以对应起哪个回应是属于哪个请求的。 3. 会话保持：由于游戏的底层网络，可能会使用 UDP 或者 HTTP 这种非长连接的传输方式，所以要在逻辑上保持一个会话，就不能单纯的依靠传输层。加上我们都希望程序有抗网络抖动、断线重连的能力，所以保持会话成为一个常见的需求。我参考在 Web 服务领域的会话功能，设计了一个 Session 功能，在协议中加上 Session ID 这样的数据，就能比较简单的保持会话。 4. 分发：游戏服务器必定会包含多个不同的业务逻辑，因此需要多种不同数据格式的协议包，为了把对应格式的数据转发。 除了以上三个功能，实际上希望在协议层处理的能力，还有很多，最典型的就是对象序列化的功能，还有压缩、加密功能等等。我之所以没有把对象序列化的能力放在 Protocol 中，原因是对象序列化中的“对象”本身是一个业务逻辑关联性非常强的概念。在 C++ 中，并没有完整的“对象”模型，也缺乏原生的反射支持，所以无法很简单的把代码层次通过“对象”这个抽象概念划分开来。但是我也设计了一个 ObjectProcessor ，把对象序列化的支持，以更上层的形式结合到框架中。这个 Processor 是可以自定义对象序列化的方法，这样开发者就可以自己选择任何“编码、解码”的能力，而不需要依靠底层的支持。 至于压缩和加密这一类功能，确实是可以放在 Protocol 层中实现，甚至可以作为一个抽象层次加入 Protocol ，可能只有一个 Protocol 层不足以支持这么丰富的功能，需要好像 Apache Mina 这样，设计一个“调用链”的模型。但是为了简单起见，我觉得在具体需要用到的地方，再额外添加 Protocol 的实现类就好，比如添加一个“带压缩功能的 TLV Protocol 类型”之类的。 消息本身被抽象成一个叫 Message 的类型，它拥有“服务名字”“会话ID”两个消息头字段，用以完成“分发”和“会话保持”功能。而消息体则被放在一个字节数组中，并记录下字节数组的长度。 ```javascript enum MessageType { TypeError, ///< 错误的协议 TypeRequest, ///< 请求类型，从客户端发往服务器 TypeResponse, ///< 响应类型，服务器收到请求后返回 TypeNotice ///< 通知类型，服务器主动通知客户端 }; ///@brief 通信消息体的基类 ///基本上是一个 char[] 缓冲区 struct Message { public: static int MAX_MAESSAGE_LENGTH; static int MAX_HEADER_LENGTH; MessageType type; ///< 此消息体的类型(MessageType)信息 virtual ~Message(); virtual Message& operator=(const Message& right); /** * @brief 把数据拷贝进此包体缓冲区 */ void SetData(const char* input_ptr, int input_length); ///@brief 获得数据指针 inline char* GetData() const{ return data_; } ///@brief 获得数据长度 inline int GetDataLen() const{ return data_len_; } char* GetHeader() const; int GetHeaderLen() const; protected: Message(); Message(const Message& message); private: char* data_; // 包体内容缓冲区 int data_len_; // 包体长度 }; ``` 根据之前设计的“请求响应”和“通知”两种通信模式，需要设计出三种消息类型继承于 Message，他们是： - Request 请求包 - Response 响应包 - Notice 通知包 Request 和 Response 两个类，都有记录序列号的 seq_id 字段，但 Notice 没有。Protocol 类就是负责把一段 buffer 字节数组，转换成 Message 的子类对象。所以需要针对三种 Message 的子类型都实现对应的 Encode() / Decode() 方法。 ```javascript class Protocol { public: virtual ~Protocol() { } /** * @brief 把请求消息编码成二进制数据 * 编码，把msg编码到buf里面，返回写入了多长的数据，如果超过了 len，则返回-1表示错误。 * 如果返回 0 ，表示不需要编码，框架会直接从 msg 的缓冲区读取数据发送。 * @param buf 目标数据缓冲区 * @param offset 目标偏移量 * @param len 目标数据长度 * @param msg 输入消息对象 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 编码完成所用的字节数，如果 < 0 表示出错 */ virtual int Encode(char* buf, int offset, int len, const Request& msg) = 0; /** * 编码，把msg编码到buf里面，返回写入了多长的数据，如果超过了 len，则返回-1表示错误。 * 如果返回 0 ，表示不需要编码，框架会直接从 msg 的缓冲区读取数据发送。 * @param buf 目标数据缓冲区 * @param offset 目标偏移量 * @param len 目标数据长度 * @param msg 输入消息对象 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 编码完成所用的字节数，如果 < 0 表示出错 */ virtual int Encode(char* buf, int offset, int len, const Response& msg) = 0; /** * 编码，把msg编码到buf里面，返回写入了多长的数据，如果超过了 len，则返回-1表示错误。 * 如果返回 0 ，表示不需要编码，框架会直接从 msg 的缓冲区读取数据发送。 * @param buf 目标数据缓冲区 * @param offset 目标偏移量 * @param len 目标数据长度 * @param msg 输入消息对象 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 编码完成所用的字节数，如果 < 0 表示出错 */ virtual int Encode(char* buf, int offset, int len, const Notice& msg) = 0; /** * 开始编码，会返回即将解码出来的消息类型，以便使用者构造合适的对象。 * 实际操作是在进行“分包”操作。 * @param buf 输入缓冲区 * @param offset 输入偏移量 * @param len 缓冲区长度 * @param msg_type 输出参数，表示下一个消息的类型，只在返回值 > 0 的情况下有效，否则都是 TypeError * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 如果返回0表示分包未完成，需要继续分包。如果返回-1表示协议包头解析出错。其他返回值表示这个消息包占用的长度。 */ virtual int DecodeBegin(const char* buf, int offset, int len, MessageType* msg_type) = 0; /** * 解码，把之前DecodeBegin()的buf数据解码成具体消息对象。 * @param request 输出参数，解码对象会写入此指针 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回0表示成功，-1表示失败。 */ virtual int Decode(Request* request) = 0; /** * 解码，把之前DecodeBegin()的buf数据解码成具体消息对象。 * @param request 输出参数，解码对象会写入此指针 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回0表示成功，-1表示失败。 */ virtual int Decode(Response* response) = 0; /** * 解码，把之前DecodeBegin()的buf数据解码成具体消息对象。 * @param request 输出参数，解码对象会写入此指针 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回0表示成功，-1表示失败。 */ virtual int Decode(Notice* notice) = 0;protected: Protocol() { } }; ``` 这里有一点需要注意，由于 C++ 没有内存垃圾搜集和反射的能力，在解释数据的时候，并不能一步就把一个 char[] 转换成某个子类对象，而必须分成两步处理。 1. 先通过 DecodeBegin() 来返回，将要解码的数据是属于哪个子类型的。同时完成分包的工作，通过返回值来告知调用者，是否已经完整的收到一个包。 2. 调用对应类型为参数的 Decode() 来具体把数据写入对应的输出变量。 对于 Protocol 的具体实现子类，我首先实现了一个 LineProtocol ，是一个非常不严谨的，基于文本ASCII编码的，用空格分隔字段，用回车分包的协议。用来测试这个框架是否可行。因为这样可以直接通过 telnet 工具，来测试协议的编解码。然后我按照 TLV （Type Length Value）的方法设计了一个二进制的协议。大概的定义如下： 协议分包： [消息类型:int:2] [消息长度:int:4] [消息内容:bytes:消息长度] 消息类型取值: - 0x00 Error - 0x01 Request - 0x02 Response - 0x03 Notice | 包类型 | 字段 | 编码细节 | | -------- | --------------------------------------------------- | --------------------------------------------------- | | Request | 服务名 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | 序列号 | [字段:int:2][整数内容:int:4] | | | 会话ID | [字段:int:2][整数内容:int:4] | | | 消息体 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | | Response | 服务名 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | 序列号 | [字段:int:2][整数内容:int:4] | | | 会话ID | [字段:int:2][整数内容:int:4] | | | 消息体 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | | Notice | 服务名 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | 消息体 | [字段:int:2][长度:int:2][字符串内容:chars:消息长度] | | 一个名为 TlvProtocol 的类型完成对这个协议的实现。 ### Processor 处理器层是我设计用来对接具体业务逻辑的抽象层，它主要通过输入参数 Request 和 Peer 来获得客户端的输入数据，然后通过 Server 类的 Reply()/Inform() 来返回 Response 和 Notice 消息。实际上 Transport 和 Protocol 的子类们，都属于 *net* 模块，而各种 Processor 和 Server/Client 这些功能类型，属于另外一个 *processor* 模块。这样设计的原因，是希望所有 *processor* 模块的代码单向的依赖 *net* 模块的代码，但反过来不成立。 Processor 基类非常简单，就是一个处理函数回调函数入口 `Process()`： ```javascript ///@brief 处理器基类，提供业务逻辑回调接口 class Processor { public: Processor(); virtual ~Processor(); /** * 初始化一个处理器，参数server为业务逻辑提供了基本的能力接口。 */ virtual int Init(Server* server, Config* config = NULL); /** * 处理请求-响应类型包实现此方法，返回值是0表示成功，否则会被记录在错误日志中。 * 参数peer表示发来请求的对端情况。其中 Server 对象的指针，可以用来调用 Reply(), * Inform() 等方法。如果是监听多个服务器，server 参数则会是不同的对象。 */ virtual int Process(const Request& request, const Peer& peer, Server* server); /** * 关闭清理处理器所占用的资源 */ virtual int Close(); }; ``` 设计完 Transport/Protocol/Processor 三个通信处理层次后，就需要一个组合这三个层次的代码，那就是 Server 类。这个类在 Init() 的时候，需要上面三个类型的子类作为参数，以组合成不同功能的服务器，如： ```javascript TlvProtocol tlv_protocol; // Type Length Value 格式分包协议，需要和客户端一致 TcpTransport tcp_transport; // 使用 TCP 的通信协议，默认监听 0.0.0.0:6666 EchoProcessor echo_processor; // 业务逻辑处理器 Server server; // DenOS 的网络服务器主对象 server.Init(&tcp_transport, &tlv_protocol, &echo_processor); // 组装一个游戏服务器对象：TLV 编码、TCP 通信和回音服务 ``` Server 类型还需要一个 Update() 函数，让用户进程的“主循环”不停的调用，用来驱动整个程序的运行。这个 Update() 函数的内容非常明确： 1. 检查网络是否有数据需要处理（通过 Transport 对象） 2. 有数据的话就进行解码处理（通过 Protocol 对象） 3. 解码成功后进行业务逻辑的分发调用（通过 Processor 对象） 另外，Server 还需要处理一些额外的功能，比如维护一个会话缓存池（Session），提供发送 Response 和 Notice 消息的接口。当这些工作都完成后，整套系统已经可以用来作为一个比较“通用”的网络消息服务器框架存在了。剩下的就是添加各种 Transport/Protocol/Processor 子类的工作。 ```javascript class Server { public: Server(); virtual ~Server(); /** * 初始化服务器，需要选择组装你的通信协议链 */ int Init(Transport* transport, Protocol* protocol, Processor* processor, Config* config = NULL); /** * 阻塞方法，进入主循环。 */ void Start(); /** * 需要循环调用驱动的方法。如果返回值是0表示空闲。其他返回值表示处理过的任务数。 */ virtual int Update(); void ClosePeer(Peer* peer, bool is_clear = false); //关闭当个连接，is_clear 表示是否最终整体清理 /** * 关闭服务器 */ void Close(); /** * 对某个客户端发送通知消息， * 参数peer代表要通知的对端。 */ int Inform(const Notice& notice, const Peer& peer); /** * 对某个 Session ID 对应的客户端发送通知消息，返回 0 表示可以发送，其他值为发送失败。 * 此接口能支持断线重连，只要客户端已经成功连接，并使用旧的 Session ID，同样有效。 */ int Inform(const Notice& notice, const std::string& session_id); /** * 对某个客户端发来的Request发回回应消息。 * 参数response的成员seqid必须正确填写，才能正确回应。 * 返回0成功，其它值（-1）表示失败。 */ int Reply(Response* response, const Peer& peer); /** * 对某个 Session ID 对应的客户端发送回应消息。 * 参数 response 的 seqid 成员系统会自动填写会话中记录的数值。 * 此接口能支持断线重连，只要客户端已经成功连接，并使用旧的 Session ID，同样有效。 * 返回0成功，其它值（-1）表示失败。 */ int Reply(Response* response, const std::string& session_id); /** * 会话功能 */ Session* GetSession(const std::string& session_id = "", bool use_this_id = false); Session* GetSessionByNumId(int session_id = 0); bool IsExist(const std::string& session_id); }; ``` 有了 Server 类型，肯定也需要有 Client 类型。而 Client 类型的设计和 Server 类似，但就不是使用 Transport 接口作为传输层，而是 Connector 接口。不过 Protocol 的抽象层是完全重用的。Client 并不需要 Processor 这种形式的回调，而是直接传入接受数据消息就发起回调的接口对象 ClientCallback。 ```javascript class ClientCallback { public: ClientCallback() { } virtual ~ClientCallback() { // Do nothing } /** * 当连接建立成功时回调此方法。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回 -1 表示不接受这个连接，需要关闭掉此连接。 */ virtual int OnConnected() { return 0; } /** * 当网络连接被关闭的时候，调用此方法 */ virtual void OnDisconnected() { // Do nothing } /** * 收到响应，或者请求超时，此方法会被调用。 * @param response 从服务器发来的回应 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 如果返回非0值，服务器会打印一行错误日志。 */ virtual int Callback(const Response& response) { return 0; } /** * 当请求发生错误，比如超时的时候，返回这个错误 * @param err_code 错误码 */ virtual void OnError(int err_code){ WARN_LOG("The request is timeout, err_code: %d", err_code); } /** * 收到通知消息时，此方法会被调用 */ virtual int Callback(const Notice& notice) { return 0; } /** * 返回此对象是否应该被删除。此方法会被在 Callback() 调用前调用。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 如果返回 true，则会调用 delete 此对象的指针。 */ virtual bool ShouldBeRemoved() { return false; } }; class Client : public Updateable { public: Client(); virtual ~Client(); /** * 连接服务器 * @param connector 传输协议，如 TCP， UDP ... * @param protocol 分包协议，如 TLV, Line, TDR ... * @param notice_callback 收到通知后触发的回调对象，如果传输协议有“连接概念”（如TCP/TCONND），建立、关闭连接时也会调用。 * @param config 配置文件对象，将读取以下配置项目：MAX_TRANSACTIONS_OF_CLIENT 客户端最大并发连接数; BUFFER_LENGTH_OF_CLIENT客户端收包缓存；CLIENT_RESPONSE_TIMEOUT 客户端响应等待超时时间。 * <a href="/user/return" title="@return">@return</a> 返回 0 表示成功，其他表示失败 */ int Init(Connector* connector, Protocol* protocol, ClientCallback* notice_callback = NULL, Config* config = NULL); /** * callback 参数可以为 NULL，表示不需要回应，只是单纯的发包即可。 */ virtual int SendRequest(Request* request, ClientCallback* callback = NULL); /** * 返回值表示有多少数据需要处理，返回-1为出错，需要关闭连接。返回0表示没有数据需要处理。 */ virtual int Update(); virtual void OnExit(); void Close(); Connector* connector() ; ClientCallback* notice_callback() ; Protocol* protocol() ; }; ``` 至此，客户端和服务器端基本设计完成，可以直接通过编写测试代码，来检查是否运行正常。 **此文已由腾讯云+社区在各渠道发布，一切权利归作者所有** **获取更多新鲜技术干货，可以关注我们[腾讯云技术社区-云加社区官方号及知乎机构号](https://www.zhihu.com/org/teng-xun-yun-ji-zhu-she-qu/activities)**