设计Unity网络模块，该用异步还是多路复用？

2019-01-15

开发Unity网络模块时，一般会有异步（多线程同理）、多路复用两种方法。它们分别是什么？以及孰优孰劣呢？

在《Unity3D网络游戏实战（第2版）》中，客户端使用了异步，服务端使用了多路复用。有读者问到为什么这么做，为什么不在客户端使用多路复用呢？这个问题很多人会遇到，决定写一篇文章说明这个问题。

我们先简单看看异步和多路复用是什么样子。

异步

异步程序的写法如下，会调用.net网络编程的API，使用BeginXXX和EndXXX这样的语法。实际上，程序内部会开启另外的线程去接收数据。

public class Echo : MonoBehaviour {
Socket socket;
//接收缓冲区
byte[] readBuff = new byte[1024];
public Start()
{
//Socket
socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//Connect
socket.Connect("127.0.0.1", 8888);
//BeginReceive
socket.BeginReceive( readBuff, 0, 1024, 0, ReceiveCallback, socket);
}
//Receive回调
public void ReceiveCallback(IAsyncResult ar){
Socket socket = (Socket) ar.AsyncState;
int count = socket.EndReceive(ar);
string s = System.Text.Encoding.Default.GetString(readBuff, 0, count);
socket.BeginReceive( readBuff, 0, 1024, 0,ReceiveCallback, socket);
}
}

复制代码

图示如下，调用BeginReceive后，程序就开启了一条新的线程，在新的线程里阻塞等待。等有消息回来时，才往下执行。

多路复用

异步程序写起来比较麻烦，而且代码量多，其实有一种更简便的处理方法，那就是使用poll或select。使用poll的代码如下。

//省略各种using
public class Echo : MonoBehaviour {
//定义套接字
Socket socket;
public void Start()
{
//Socket
socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//Connect
socket.Connect("127.0.0.1", 8888);
}
public void Update(){
if(socket.Poll(0, SelectMode.SelectRead)){
byte[] readBuff = new byte[1024];
int count = socket.Receive(readBuff);
string recvStr =
System.Text.Encoding.Default.GetString(readBuff, 0, count);
}
}
}

复制代码

无论如何，这段代码比异步要少一些。它的原理是使用socket.Poll，但socket有可读数据时，该方法返回true，如果没有返回false。那么程序只要在Update中不断去检测socket的状态，有数据的时候才去读取，也可以实现功能。

客户端为什么使用异步

我见过的大多数游戏程序使用异步或者多线程去处理网络模块，这就产生了个疑问，多路复用代码量少写起来更简单，但为什么不使用呢？在小型项目中其实使用哪种方式都没有太大区别，但当我们要考虑网络性能的时候，就要仔细斟酌了，客户端不使用多路复用出于以下两个原因。

1、不断遍历

由上述程序可知，poll模式中，程序要在Update不断检测，可能每秒要检测30到60次，增加了计算量。而异步就没有这个问题，在网络消息到达的时候，线程被唤起，不需要遍历。

2、对主线程的影响

当接收到网络数据时，例子中使用了Encoding.Default.GetString把字节流转换成字符串，在实际游戏中，可能使用protobuf或者json协议，把字节流解析成协议对象有一定的计算量。在下图中，异步程序可以在异步线程中做解码，使得程序不会因为解码而卡住主线程。而Poll程序就做不到这一点，它在主线程中解码。Unity的脚本逻辑（Awake、Start、Update、碰撞、cpu渲染部分）都依赖于主线程，网络模块对主线程的影响越小，性能就越好。

服务端为什么使用多路复用

客户端和服务端多面临的情况不同，客户端一般只需要维持一个连接，而服务需要维持所有客户端的连接。多路复用为何取名叫“多路”，其核心就是要解决“多个连接”的问题。

因为服务端要处理各个玩家的逻辑，玩家之间可能还有交互，比如下图中，玩家1和玩家2都在一个房间内。

如果使用了多线程（异步），那么玩家1和玩家2的操作就有可能出现线程冲突，在处理逻辑时需要给房间对象加锁，《Unity3D网络游戏实战（第1版）》使用的就是这种方式。如果避开多线程，加锁的问题也就不复存在了，逻辑会更加明了，出Bug的可能性也会减少。多线程处理并不是一个简单的事情，需要很多经验积累才能处理好，《Unity3D网络游戏实战（第2版）》使用多路复用也就避开了这个问题。

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