快节奏多人游戏同步：技术与算法的实现

介绍

这是系列的第一章，主要介绍快节奏游戏所用到的技术和算法。如果你熟悉多人游戏背后的概念，你完全可以跳过接下来介绍性质的内容。

开发任何一种游戏都是一项挑战，特别是多人游戏，有全新的一套问题需要解决。网络游戏的核心技术问题是作弊和通信。

作弊问题

作为游戏开发者，一般是不需要担心玩家在单机中作弊的，他的行为只能影响到自己。作弊者可能没法按照你设计的去体验，但这是他们的游戏，他们怎么做都行。

多人游戏就不同了。在任何竞技游戏中，作弊玩家不仅仅让自己体验更好而已，还让其他人体验更差。这回导致没人愿意继续玩，作为开发者，你肯定不想遇到这种情况。

防止作弊的方法有很多，但是最重要的方法（也很可能是唯一的方法）最简单：别信任玩家。永远假定最坏情况：玩家会作弊。

权威服务器和傀儡客户端

这就有了一种看起来最简单的方法，让所有事情都在服务器发生并且受控。客户端只是受限的旁观者。换句话说，你的游戏客户端只是发送输入（按键、命令）到服务器，服务器运行游戏，然后将结果传回客户端。之所以叫权威服务器，是因为所有事情的发生都在服务器。

当然，你的服务器也会有漏洞，但这不在这系列文章的讨论范围。用权威服务器能够阻止大范围的破解行为。比如说，你不信任客户端的血量，但被破解的客户端可以本地修改血量到10000%，但服务器知道它实际只有10%。接下来玩家再被攻击就会死亡，不管客户端怎么破解。

你同样不信任玩家的坐标。如果这么做了，一个破解了的客户端会告诉服务器“我在（10，10）”接着下一秒会告诉服务器“我在（20，20）”，这就会让玩家穿墙或者跑得比其他人要快。相反，服务器知道玩家在（10，10），客户端会告诉服务器“我想往右边一点点”，服务器就会更新坐标到（11，10），然后告诉客户端“你在（11，10）”。


总的来讲，游戏状态只由服务器来管理。客户端会发送他们的行为到服务器。服务器定期更新状态，然后将状态发回去，客户端只要显示可以了。

处理网络

傀儡客户端对于回合制游戏来讲能良好工作，比如策略游戏或者扑克牌。它在局域网下也会有不错的表现，通信几乎是立刻到达。但这对于因特网上互联的快节奏游戏来讲是不可行。

这里算一下网速。假设你在旧金山，连接到纽约的服务器。这大概有4000km，也就是2500里（差不多等于里斯本到莫斯科）。没有东西能比光速快，就算是在互联网上的字节（微观上是光脉冲，在电缆中的电流，也就是电磁波）。光传播速度大约是300,000 km/s，所以穿越4000km需要13毫秒。

这可能听起来很快，但这是基于非常乐观的假设–这里假设了数据以光速在直线上传输，这几乎是不可能的事情。在现实生活中，数据需要经过一个个路由器跳跃，大多数都没有到达光速；路由器本身还存在一定的延迟，需要对数据包进行拷贝、检查、发送。

为了便于讨论，假设数据包从客户端到服务器需要50毫秒，这已经是很好的情况–如果你在纽约连接到东京会怎样？如果网络阻塞会怎样？100、200甚至500毫秒的延迟也不是没有的。

回到我们的例子，你的客户端发送输入信息到服务器“我按下右键”。服务器在50毫秒后收到。假设服务器处理请求并且马上回包。你的客户端会在50毫秒后收到“你在（1，0）”。

在你看来，所发生的事情无非就是按下右键有十分之一秒没有响应而已，接着角色才开始往右走。这个在你输入与结果之间的延迟听起来不是特别严重，但这会影响手感。如果延迟到了半秒钟，这就不仅仅是影响手感，而是这游戏没法玩了。

总结

网络多人游戏非常有趣，但是带来了全新的挑战。权威服务器架构能解决大部分作弊问题。简单的实现方式能让游戏没有响应性。

在接下来的文章里，我们将会基于权威服务器去构建系统，同时会去最小化延迟给玩家带来的不良体验，让玩家感受到单机游戏般顺畅。

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