谈谈我对数据同步的理解

原创
2018/05/27 10:56
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Web和网游的最大不同也许就在于数据同步。


Web工作流程(这里不包括页游)虽然也有很多变化,但是一般都分为大致三步。


1. 在浏览器输入网址, 浏览器通过HTTP协议请求服务器加载数据,服务器在收到HTTP请求之后,从数据库加载相应的数据(有可能是HTML,JS等一些用于浏览器渲染的数据)并返回给客户端。这一步我称之为查询


2. 浏览器收到服务器返回的数据之后,将数据渲染并呈现给用户。这一步我称之为渲染


3. 用户在看到浏览器呈现的内容之后,根据需要去执行不同的操作,这些操作为导致浏览器将一些数据发往服务器进行处理,这一步我称为提交


大部分Web逻辑除了在这三步之间循环之外,还有一个很重要的特点,那就是几乎很少于旁人进行实时交互。比如你在某论坛改了名字,也需要对方手动刷新才能看到。当然也有可以实现显示的,但那是极少的功能才有待遇(并且一般都是通过Hang住HTTP请求来实现的),这里暂时不考虑这种情况。


因此,市面上对Web的高可伸缩性的研究,大都维绕着数据库来做。因此HTTP的数据同步量真的没有什么好研究的,他这种模式几乎已经把数据同步量压缩到最低了。只有用户操作才会加载数据,这是多么节省的一种数据同步方式啊。




网游本身就是一个强交互的模式,玩家A做了一个操作,所有应该能看到玩家A的其他玩家都必须能看到玩家A做了什么操作(只是理论上,也许由于某种技能别人看不到,这里不讨论这种情况)。


这样数据的同步量就会非常大,而且这种数据量,会随着同时在线的玩家指数性增加。


于是人们研究了各种减少数据同步量的算法,比如AOI、帧同步等。


这里我先私自把游戏分为开房间和大地图两种模式。


开房间模式的游戏,一般同一个房间的人数不会过多。所以最简单的做法就是,直接同步位置和状态。


每个人客户端移动过程中定时(比如10ms)广播坐标给房间内所有玩家,然后客户根据新坐标,做插值补偿。这又被作影子跟随算法,即客户端实际表现,永远落后于客户端真正的位置。


如果客户端放了一个技能,就把这个技能效果广播给房间内的所有玩家。


但是这里会存在一个问题,如果这是一个延时类技能,比如几秒后生效,那么服务器在收到释放技能时就需要广播一次,当技能真正生效时,还需要再次广播一次。如果是一个每隔几秒生效就生效一次的buff就会更麻烦,每次buff生效,都要进行消息广播。数据量会远超于玩家的操作频次。


即然大部分数据量都是状态同步引起的,那么我所有状态全让客户端自己运算不就完了嘛,这就是帧同步的本质。客户端拥有整个游戏的全部运算逻辑,将整个游戏进程人为划分为逻辑帧,每个逻辑帧玩家上报自己的操作,由服务器进行房间内广播。客户端收到操作为自己还原各种状态。如果房间内有N个人,每个人仅仅操作M次,数据同步量只有M*N条消息,远低于之前的状态同步数据量。这对于流量并不富裕的手机来说尤其是个好消息。


如何保证所有客户端逻辑和表现都一致,除了要做正确一逻辑帧操作还原外,还有一点很重要,就是复原随机逻辑(战斗中经常会有各种概率判断)。这一点可以通过伪随机序列来保证。




下面来看看大地图模式(这里的大地图模式,是指所有玩家在一张地图上,并且战斗过程中不切换场景)。


在大地图模式,所有玩家都在一张地图上行动,因此玩家数量与房间内的数据根本不是一个数据级(虽然有可能为了增加同时在线人数,可能会去地图进行分块处理,但是那也远大于房间内人数)。


这也就意味着将数据(操作数据或状态数据)广播给地图上的所有玩家,是不现实的。所以必须要采用AOI算法,来选取需要收到这些数据的玩家。然后将这些数据组播给选取到的玩家。


当使用了AOI算法之后,一般来讲人数的量级与上面开房间模式需要同步的人数量级差不多了。


那么是否使用了AOI之后,同样可以采用帧同步算法优化掉状态同步呢。


答案显然是否定的,上面也提到,所有的战斗系统一般都会有概率的存在,而一张大地图上必须也只可能有一个伪随机序列(因为玩家之间的视野是交错的)。这也就意味着所有的客户端不可能事先知道这个伪随机序列走到哪一步了(每场战斗都会使伪随机序列前进一步,如果要所有客户端都实时知道当前伪随机序列的进度,就必须在每一场战斗之,将当前随机数广播给地图内所有玩家,这显然是不是现实的)。


从上面的分析可以得出一个结论,制约大地图模式使用帧同步算法的惟一因素,就是无法复原随机逻辑。那么如果我们游戏地图内没有随机因素(暂且不论是不是有可能),是否可以在AOI的基础上再使用帧同步算法的变种呢。


我们来分析几种情况来看看是否可行,这里需要强调一点,我们假设整个通信采用TCP传输,而TCP是有FIFO性质的,而服务器采用的是单线程模式。


1. 玩家B先看到了玩家A,然后玩家A被打了掉了5滴血,最终玩家A还有75滴血。


玩家B首先在视野内看到了玩家A,这时会同步到玩家A的血量为80. 


然后B收到了玩家A被打的操作(这个操作固定伤5滴血),玩家B将80减去5得出玩家A还有75滴血的结果。显然这是正确的。


虽然可能buf之类的带时间的不好控制,但是想信经过合理的设计,逻辑上应该是没有问题的。


2. 玩家B还没收看到玩家A,然后玩家A被打掉了5滴血。


玩家B收到玩家A被打的操作消息后,发现自己视野内还没有加载出玩家A的数据(注意是从服务器加载到的数据,不是客户端还没有把模型之类的数据加载完), 于是将消息抛弃。


之后,玩家B收到的从服务器请求来的数据,A的血量为75。显然这也没有错。


所以在没有伪随机存在的情况下,完全可以使用帧同步算法的理论,进一步优化状态同步。


很巧我们最近开发的游戏,大地图上的表现确实不需要伪随机序列。




这次分析再次告诉我,一定要认清算法的局限在哪里,这样才能根据实际情况灵活组合运用。别人不能用,并不是你就一定不能用。


本文分享自微信公众号 - 重归混沌(findstrx)。
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