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开发笔记:游戏逻辑模块组织及数据同步

发布者: 一元 | 发布时间: 2017-8-29 13:32| 评论数: 0

游戏程序
平台类型:  
程序设计:  
编程语言:  
引擎/SDK:  
文/++阿联酋长

一个游戏根据功能可以划分为多个不同的模块,如金钱、背包、装备、技能、任务、成就等。按照软件工程的思想,我们希望分而治之单独实现不同的模块,再将这些模块组合在一起成为一份完整的游戏。但现实是残酷的,不同模块之间往往有千丝万缕的联系,比如购买背包物品会需要扣金币、打一个副本会完成任务,完成任务又会奖励金币和物品,金币的增加又导致一个成就达成。于是我们虽然在不同的类或不同的文件中来实现各个模块,却免不了模块间的交叉引用和互相调用,最后混杂不堪,任何一点小修改都可以导致牵一发而动全身。

为了后面说明方便,我们考虑这样一个小型游戏系统:总共有3个模块,分别是金钱、背包、任务。购买背包物品需要消耗金币,卖出背包物品可得到金币,金币增加到一定数额后会导致某个任务的状态变为完成,完成任务可获得物品和金币。这3个模块的调用关系如图。

微信图片_20170829132653.jpg

首先我们把模块的数据和逻辑分离,借鉴经典的MVC模式,数据部分叫作Model,逻辑部分叫作Controller。如此一来,游戏功能部分就被划分出来了两个不同的层次,Controller处于较高的层次上,可以引用一个或者多个Model。Model层专心处理数据,对上层无感知。每个Model都是完全独立的模块,不引用任何Controller或Model,不依赖于其他任何对象,可以单拿出来进行单元测试。

微信图片_20170829132657.jpg

对于我们的例子,每个模块提供的接口列举如下:

BagModel:获取物品数量,增加物品,扣除物品

MoneyModel:获取金币数量,增加金币,扣除金币

TaskModel:增加任务,删除任务,标记任务为完成

BagController:购买物品,卖出物品

TaskController:完成任务

购买或卖出物品时,由BagController进行或操作校验,随后调用BagModel和MoneyModel完成数据修改。完成任务时,由TaskController调用各个模块。

现在唯一的问题是,既然MoneyModel不引用其他模块,那么在金币增加时如何告知任务模块去完成任务呢?这里我们需要引入一个管理依赖的利器:观察者模式。

具体使用方式是把Model实现为一个Subject,对某个Model的数据变化感兴趣的Controller实现为对应的Observer。我们的例子中,MoneyModel是Subject,在金币数量变化时通知所有已注册的Observer;TaskController是MoneyModel的一个Observer,在初始化时向MoneyModel注册。

微信图片_20170829132700.jpg

注意图中由MoneyModel指向TaskController的虚线箭头,代表MoneyModel数据变化时会去通知TaskController,用虚线是因为MoneyModel并不依赖于TaskController(只依赖于Observer接口)。同样BagModel也可以提供背包物品变化的Subject,如果新加一个任务是要求某物品的数量达某个值,那么TaskController可向BagModel注册,这样在物品变化时就能得到通知了,图中也画出了这条虚线。

对观察者模式不熟悉的读者朋友可以自行查阅资料, 本文的重点并不是介绍设计模式。这里简单提示一下观察者模式的精髓:当某模块调用其他模块时就产生了依赖,这时可以不直接去调用,而是转而实现一个机制,这个机制就是让其他模块告诉自己他们需要被调用。最后调用的流程没变,变化的是依赖关系。

在客户端情况要更复杂一些,实际上加入UI后,我们的模块设计就成经典的MVC,这也是我们为什么把数据模块和逻辑模块分别叫Model和Controller的原因。

微信图片_20170829132703.jpg

这里只画出了背包模块。这里的System API指与游戏运行平台相关的一些接口,可能是操作系统API、引擎API、图形库API等等。View模块和Model模块地位相当,只处理显示而不管游戏功能,需要显示的数据都是由Controller提供的。对于能输入的View同样采用观察者模式,点击等事件发生时通知其他模块(而不是直接调用),注意图中由BagView指向BagController的虚线箭头。

下面介绍数据同步的设计。

首先对于网络游戏,客户端所展示的数据是服务器传送过来的。当玩家操作导致数据发生变化时,最好也由服务器更新给客户端。曾经接手过一个项目,很多操作的结果都是客户端先算出来的,于是各种逻辑都是服务器和客户端各实现一遍,很容易两边的数据就不一致了,很让人头疼。

所以我们的同步思路是当客户端向服务器发起一个请求时,服务器将所有变化的数据同步给客户端,客户端收到服务器的返回后再更新数据,绝不私自改动数据。在这个指导思想下,我们消息包结构是这样的(以物品卖出举例):

  1. message BagItemSellCG {
  2. optional int32 id = 1;
  3. opitnoal int32 count = 2;
  4. }
  5. message BagItemSellGC {
  6. optional int32 result = 1;
  7. optional Sync sync = 2;
  8. opitonal BagItemSellCG postback = 3;
  9. }
复制代码

服务器向客户端返回的消息几乎总是包含3个字段。result为操作结果可能是0或者错误码,sync中包含了所有的数据更新,postback将客户端的请求消息原封不动返回去,便于客户端进行界面更新或友好提示。

sync是一个比较复杂的message,包含了所有需要更新的Model的数据。感谢Protocol Buffer的optional选项,大多数情况下我们发送的数据只是其中很小的一部分。

先来看服务器端消息处理和同步的设计。

微信图片_20170829132706.jpg

如图所示,我们在Model和Controller之上新加了一个Handler接口层。Handler负责解析消息包,调用Controller处理消息包,在必要的时候调用SyncController构建同步数据,最后打包成消息返回给客户端。

每个Model在管理数据的基础上会维护变化数据的集合,对于简单的Model比如MoneyModel就是一个bool脏标记,而BagModel则维护变化物品id的集合。变化数据列表在同步之后清除。

客户端的结构是类似的。

微信图片_20170829132709.jpg

与服务器的区别就在于SyncController是负责调用Model更新数据,每个Model都实现数据更新接口。注意除SyncController之外,其他Controller只能读取Model而不能改变其数据,这样就保证了所有数据一定是从服务器同步的。

最后我想以出售物品为例子完整走一遍流程。从客户端进行操作开始,到请求发到服务器,最后再返回客户端更新数据和界面。完整的图比较复杂,混在一起基本上没法看了,只好删掉了客户端的任务模块……

微信图片_20170829132713.jpg

BagView界面产生一个点击,因为BagController是BagView的观察者,所以BagController能得到点击事件的通知。

BagController识别出此点击是要出售物品,于是构建好消息包发往服务器。

服务器识别出消息类型是Sell,于是消息被派发给SellHandler。

SellHandler调用BagController执行逻辑。

BagController取出BagModel和MoneyModel的数据进行条件检查,如果无法执行操作则生成错误码返回给SellHandler,否则调用Model修改数据,此时BagModel会记录下变化物品的id,MoneyModel会做一个脏标记。

MoneyModel数据发生变化,通知自己的观察者(TaskController)。

TaskController判断任务完成,调用TaskModel更新数据。TaskModel会记录发生变化的任务。

SellHandler对BagController的调用返回后,如果出错则直接返回消息包给客户端。否则调用SyncController收集同步数据。

SyncController调用各个模块收集同步数据,各个模块提交同步数据后清除自己维护的标记。

SellHandler将操作结果和同步数据打包后发往客户端。

客户端识别出消息类型是Sell,消息被派发给SellHandler。

BagHandler将消息处理结果发给BagController。

BagController根据消息处理结果,通知BagView进行必要的提示。

SellHandler将消息包中的数据同步部分发给SyncController。

SyncController将同步数据同步给各个模块。

BagModel和MoneyModel的数据发生了变化,通知观察者,即对应的Controller。

Controller调用View进行界面更新。

Q&A

返回客户端提交的postback对于网络传输来说太过重量级, 可以尝试改为客户端保存一个rid-postback的键值对, id由客户端自增, 请求数据时把rid一起发送给服务器。

支持这个方案。

但我的想法不是出于数据量的考虑,因为一般网游客户端发往服务器的消息都是比较小的,服务器返回的消息会比较大。 原因是后来我们考虑到消息可能丢包的问题,当丢包发生时,客户端需要重发请求,这样一来rid检验及保存之前发送的请求就是必须的了。而保存下来的请求正好又可以用来替代上文的postback,所以你的方案非常合理。

我使用了背包里一个物品,在返回的sync中是返回使用掉的物品信息, 还是背包的全部物品信息?

因为我们背包里的物品会比较多,所以同步全部物品是不合适的。

我们的做法是删除物品后记录物品id,生成同步数据时如果发现对应id的物品不存在,则同步一个数量为0的物品信息,客户端收到数量为0的物品后做删除操作。 有的模块没有一个代表删除的特殊“零值”,比如任务。我们的做法是将新增/更新与删除分开同步:

  1. message TaskSync {
  2. repeated Task update = 1;
  3. repeated int32 delete = 2;
  4. }
复制代码

via:Gad

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