隨著游戲行業(yè)的興起，越來越多的游戲出現(xiàn)。游戲中又分各種各樣的游戲類型，而基本上在國(guó)內(nèi)的游戲環(huán)境中，最受歡迎的還是網(wǎng)絡(luò)游戲。不知道大家有沒有好奇過，游戲中是如何實(shí)現(xiàn)你和你的朋友能一起出現(xiàn)在游戲中并一起游玩的，而這背后的機(jī)制又是怎么樣的？

首先看到這個(gè)標(biāo)題大家不要害怕，這篇文章并不想講無聊的技術(shù)，不會(huì)研究游戲服務(wù)器需要多少核多少內(nèi)存，設(shè)計(jì)什么樣的架構(gòu)，能承載多少人，用什么語言，什么網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。而是想從一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的角度，或者游戲框架的設(shè)計(jì)角度，來探討一下如何設(shè)計(jì)一個(gè)多人的游戲場(chǎng)景。

游戲服務(wù)器

如果要問一款游戲都由什么組成的，你會(huì)怎么回答？
我猜大概你的第一反應(yīng)是游戲的畫面，畫質(zhì)，特效，幀率，音效？或者更深入一點(diǎn)，可能會(huì)想到玩法，操作，劇情，戰(zhàn)斗？
不可否認(rèn)的是，大家玩游戲的第一感受一定是這個(gè)游戲?qū)ξ覀兊拿佬g(shù)效果的呈現(xiàn)，再然后就是游戲的玩法和操作之類的互動(dòng)體驗(yàn)。而還有一部分，是非常重要的，卻經(jīng)常被大家忽略的，那就是服務(wù)器，即那個(gè)把成千上萬的玩家連接在一起的幕后“黑手”。

如果你玩的游戲是能和其他玩家一起組隊(duì)或者對(duì)戰(zhàn)，那你可能意識(shí)到了，它的背后還有一個(gè)游戲服務(wù)器。甚至很多游戲，你是看不到任何其他玩家的，它的背后也有服務(wù)器的存在。

當(dāng)然了，最能讓你注意到游戲服務(wù)器的，一定是“網(wǎng)絡(luò)掉線”，“服務(wù)爆滿”，或者是網(wǎng)絡(luò)原因造成卡頓，這幾種場(chǎng)景。

今天，我想講講最常見的場(chǎng)景，即多人組隊(duì)，多人同屏對(duì)戰(zhàn)的游戲服務(wù)器，也就是最常見的MMO類型的游戲，是如何跑起來的。簡(jiǎn)單來說，就是你和你的朋友們，你的網(wǎng)友們，是如何在游戲里一起愉快的玩耍的。

雖然我做了7年的游戲服務(wù)器開發(fā)，但是今天，我想拋開具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從一個(gè)設(shè)計(jì)者的角度，來講講如何構(gòu)建一個(gè)多人同屏的游戲服務(wù)器場(chǎng)景。

場(chǎng)景單位

首先，我們想一想，在一個(gè)大型MMO的游戲場(chǎng)景中，都有哪些要素組成呢？換成程序員的思維，即游戲場(chǎng)景中都有哪些對(duì)象呢？

我們最容易想到的，一定是玩家，怪物，寵物，坐騎，召喚物，陷阱，機(jī)關(guān)，NPC等等能直接看見的對(duì)象。這一類對(duì)象，我們統(tǒng)一歸為場(chǎng)景單位對(duì)象。
除了場(chǎng)景單位以外，玩家在戰(zhàn)斗中，釋放的技能，產(chǎn)生的子彈，添加的buff，觸發(fā)的被動(dòng)，均是對(duì)象。

以上所說的所有對(duì)象，通通在被包在一個(gè)叫做游戲場(chǎng)景，或者叫游戲地圖的對(duì)象中。

首先，我們讓玩家進(jìn)入游戲，玩家的對(duì)象實(shí)體，就被放在了這個(gè)游戲場(chǎng)景的不同的角落中。
好了，現(xiàn)在我們的游戲場(chǎng)景中有很多的玩家了，我們可以再讓服務(wù)器刷出來一些怪物，并把它們種在地圖上不同的位置
接下來，我們?cè)趫?chǎng)景中再放入一些機(jī)關(guān)，陷阱，NPC等等。

游戲場(chǎng)景

單位行為

現(xiàn)在我們的游戲場(chǎng)景有玩家有怪物有一切游戲單位，那么我們?cè)趺醋屗鼈儎?dòng)起來呢？不知道大家小時(shí)候玩過需要上發(fā)條的玩具嗎？這種玩具會(huì)有一個(gè)設(shè)定好的行為，只要我們擰動(dòng)它的發(fā)條，它就可以按照設(shè)定好的行為行動(dòng)起來。

在游戲場(chǎng)景中，我們所有的場(chǎng)景單位對(duì)象，其實(shí)都可以類比成這一類的發(fā)條玩具。
對(duì)于場(chǎng)景單位的行為這一點(diǎn)，我們可以稍微展開說一說：
一般來說，我們會(huì)對(duì)怪物，NPC，召喚物等指定一系列的行為，然后根據(jù)場(chǎng)景中的不同狀態(tài)選擇行為進(jìn)行響應(yīng)。一般這樣的系列行為會(huì)被組織成一顆行為樹或AI樹。（當(dāng)然，這里的AI和真正意義上的AI其實(shí)還差的很遠(yuǎn)）。

行為樹

對(duì)玩家來說，玩家對(duì)象的行為則是由游戲前的玩家用雙手去操作的。玩家的操作通過鍵盤、鼠標(biāo)、或者手機(jī)屏幕的觸摸、滑動(dòng)傳遞到游戲客戶端，游戲客戶端再通過和服務(wù)器協(xié)定的通訊機(jī)制，把玩家的操作指令通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器的，服務(wù)器再把收集到的指令轉(zhuǎn)成玩家的行為，再賦予到玩家對(duì)象的身上。和其他單位相比，其他單位是由AI樹提供行為，和玩家對(duì)象由玩家提供行為。

玩家操作

好了，目前為止，場(chǎng)景有了，場(chǎng)景單位有了，場(chǎng)景單位要執(zhí)行什么行為有了，那么誰讓他們動(dòng)起來呢？

場(chǎng)景調(diào)度

我們都知道游戲的本質(zhì)，其實(shí)就是計(jì)算機(jī)每幀計(jì)算出要呈現(xiàn)的畫面，最后以每秒24幀，30幀，或者60幀，或更高的幀數(shù)連續(xù)播放出來。同理，服務(wù)器為了和客戶端進(jìn)行同步，也有一個(gè)每幀進(jìn)行邏輯計(jì)算的過程，不同的是，客戶端每幀只計(jì)算一個(gè)本地場(chǎng)景，而服務(wù)器要計(jì)算N個(gè)場(chǎng)景（這取決于一臺(tái)服務(wù)器在保證計(jì)算效率的情況下能承載多少游戲場(chǎng)景）。

這個(gè)每幀進(jìn)行計(jì)算的過程，我們稱之為場(chǎng)景調(diào)度。簡(jiǎn)單來說，就是場(chǎng)景本身是不計(jì)算的，需要有人調(diào)度你的時(shí)候，你才能進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)調(diào)度到你的場(chǎng)景的時(shí)候，就可以把場(chǎng)景里的所有單位的行為都執(zhí)行一遍。

那要如何調(diào)度，才能保證我們能把所有場(chǎng)景都調(diào)度到呢，這就不得不讓我們調(diào)度大哥出場(chǎng)了。讓我們想象一下，當(dāng)有多個(gè)場(chǎng)景的時(shí)候，這位調(diào)度大哥會(huì)指揮一堆場(chǎng)景進(jìn)行行動(dòng)。這個(gè)過程，大家是不是覺得有點(diǎn)熟悉呢？對(duì)！這不就是交通路口的交警叔叔所做的事情嗎？

我們就以交警叔叔為例子，假如我們有一個(gè)十字路口，有上下左右四條大道，中間有一個(gè)交警叔叔，來指揮四條大路，四條大路不斷來往車輛。

交警類比圖

交警叔叔每隔一段時(shí)間，就指揮一次上下左右四條大路進(jìn)行通過，指揮完了之后，就原地等待車輛通行。等到下一波車輛過來，交警叔叔再重復(fù)上面的動(dòng)作。
在我們的游戲場(chǎng)景中，場(chǎng)景調(diào)度器就相當(dāng)于我們的交警叔叔，每一輛準(zhǔn)備通行的車輛，就相當(dāng)于一個(gè)個(gè)游戲場(chǎng)景，為了讓多輛車同時(shí)通行，我們有四條大路，也就相當(dāng)于用來運(yùn)行場(chǎng)景的4根線程組成的線程池。交警叔叔每指揮一次就等待一段時(shí)間，等待車輛通行，這個(gè)過程就相當(dāng)于一次場(chǎng)景的調(diào)度，而調(diào)度完了之后，就會(huì)等待每幀運(yùn)行所需的時(shí)間，再進(jìn)行下一幀調(diào)度。

場(chǎng)景運(yùn)行器

一切都很順暢，交通井然有序，直到交警叔叔發(fā)現(xiàn)大家的車輛速度都不太一樣，有的是一腳油門就起飛的跑車，有的是裝滿砂石的貨車，有的是速度一般的家用車，大家的通過速度都不一樣。所以很快，交通發(fā)生了擁堵。

交警類比圖

交警叔叔很頭疼，怎么辦呢，交警叔叔自有辦法
交警叔叔把不同的車分成了不同的車道，規(guī)定同類型的車只能走同一條車道，并且交警叔叔還能規(guī)定每一種類型的車只能有多少輛。這樣一來，交警叔叔就能很輕松的把控每一條車道的運(yùn)行速度。比如砂石車跑得慢，那么同一條車道上，就只能出現(xiàn)4輛砂石車，而跑車跑得快，那么同一條車道里，就可以有更多的跑車。
當(dāng)然了，為了控制這個(gè)交通路口的運(yùn)行效率，交警叔叔一定要保證所有的車輛都能高效有序的通行，比如當(dāng)發(fā)現(xiàn)有三條車道都是砂石車道的話，就不然允許新的砂石車進(jìn)來了，等等限制措施。
這樣一來，在每一波車輛來了之后，交警叔叔都能通過自己的判斷，讓所有車輛的都能高效有序的通行

交警類比圖

那這樣的高效運(yùn)行的交通規(guī)則又如何應(yīng)用到游戲場(chǎng)景中呢？這就要提到我們的場(chǎng)景運(yùn)行器了。
理論上來講，有一個(gè)場(chǎng)景調(diào)度器，不停的調(diào)度我們的場(chǎng)景，把場(chǎng)景直接扔到一個(gè)多線程池子里，至于它具體在哪根線程上執(zhí)行，我們也不需要關(guān)心，這樣一來，我們游戲服務(wù)器上的場(chǎng)景就已經(jīng)可以跑起來了。
那這樣會(huì)有什么問題呢？和上面的交警叔叔的類比一樣，我們的場(chǎng)景中的有的運(yùn)行快、有的運(yùn)行慢，直接這樣無序的投遞線程池，我們對(duì)于整體的運(yùn)行效率是無法把控的，假如游戲要求一秒運(yùn)行30幀，那么一幀的運(yùn)算速度必須控制在33毫秒以內(nèi)，那么如何分配場(chǎng)景，能讓這根線程上的所有場(chǎng)景在33毫秒內(nèi)執(zhí)行完，就是需要我們做的優(yōu)化。

在上面的舉例中，四條方向的大道我們可以認(rèn)為是線程池中的四根線程。為了讓每根線程在一次調(diào)度中把需要運(yùn)算的場(chǎng)景執(zhí)行完，我們就需要計(jì)算好一幀的時(shí)間能夠運(yùn)行多少場(chǎng)景：

• 分配多了，那么這個(gè)線程這一幀還沒運(yùn)算完，下一幀將要運(yùn)算的場(chǎng)景又開始排著隊(duì)了；
• 分配少了，那么這個(gè)線程就會(huì)有一段時(shí)間的空閑，造成線程資源的浪費(fèi)。

當(dāng)我們仔細(xì)分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，同樣是游戲場(chǎng)景，不同場(chǎng)景的復(fù)雜度，其實(shí)是不一樣的，比如場(chǎng)景中我們又可以分為副本場(chǎng)景，工會(huì)場(chǎng)景，野外場(chǎng)景，主城場(chǎng)景等。我們完全可以根據(jù)不同場(chǎng)景類型，選用不同的場(chǎng)景運(yùn)行器，比如單人副本的場(chǎng)景，一個(gè)場(chǎng)景只有玩家一個(gè)人，那么我們就可以按人數(shù)來分配場(chǎng)景運(yùn)行器，同一個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行器，就可以多容納更多的單人副本場(chǎng)景。而主城的場(chǎng)景中，一個(gè)場(chǎng)景里面里可能會(huì)有N個(gè)玩家，那么我們就可以限制一個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行器中主城場(chǎng)景的數(shù)量，來保證這個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行器的運(yùn)行速度。最后，我們把分配好的場(chǎng)景運(yùn)運(yùn)行器作為一個(gè)整體，再交給我們的場(chǎng)景線程池去執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，我們就基本能保證這個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行器能在指定時(shí)間內(nèi)運(yùn)算完所有的場(chǎng)景了。我們需要做的事情，就是為了能夠合理分配我們的游戲場(chǎng)景，讓場(chǎng)景調(diào)度器在一次調(diào)度中，以滿足游戲邏輯運(yùn)算的速度來高效運(yùn)行。

合理分配游戲場(chǎng)景，充分榨干多核CPU的性能，是每一個(gè)游戲服務(wù)器應(yīng)盡的責(zé)任

場(chǎng)景線程模型

我們通過以上對(duì)于游戲中的場(chǎng)景單位，單位行為，場(chǎng)景，場(chǎng)景運(yùn)行器，以及場(chǎng)景調(diào)度器的分析，最后，我們得到一個(gè)這樣的線程模型。當(dāng)然了，這肯定也不是最優(yōu)的游戲場(chǎng)景線程模型，這只能說是其中一種能夠高效利用多核CPU的場(chǎng)景線程模型。一個(gè)問題肯定會(huì)有著不同的解答，這才是設(shè)計(jì)模式的魅力所在

場(chǎng)景線程模型

后話

不知道這篇文章下來，我有沒有把游戲中的場(chǎng)景線程模型通過這樣一個(gè)白話文講清楚。寫這篇文章的最初，只是因?yàn)槲矣X得，任何一門技術(shù)都不是單獨(dú)存在的，在開發(fā)中，有很多的設(shè)計(jì)模型，其實(shí)都是來源于生活，或者說有很多開發(fā)中的設(shè)計(jì)模型，其實(shí)也能應(yīng)用于生活中。

仔細(xì)想想，如果是商店，銀行，游樂場(chǎng)，是否也可以用類似的模型來設(shè)計(jì)一套接待系統(tǒng)？