golang Leaf 游戏服务器框架简介
Leaf 是一个由 Go 语言(golang)编写的开发效率和执行效率并重的开源游戏服务器框架。Leaf 适用于各类游戏服务器的开发,包括 H5(HTML5)游戏服务器。
Leaf 的关注点:
- 良好的使用体验。Leaf 总是尽可能的提供简洁和易用的接口,尽可能的提升开发的效率
- 稳定性。Leaf 总是尽可能的恢复运行过程中的错误,避免崩溃
- 多核支持。Leaf 通过模块机制和 leaf/go 尽可能的利用多核资源,同时又尽量避免各种副作用
- 模块机制。
Leaf 的模块机制
一个 Leaf 开发的游戏服务器由多个模块组成(例如 LeafServer),模块有以下特点:
- 每个模块运行在一个单独的 goroutine 中
- 模块间通过一套轻量的 RPC 机制通讯(leaf/chanrpc)
Leaf 不建议在游戏服务器中设计过多的模块。
游戏服务器在启动时进行模块的注册,例如:
leaf.Run(game.Module,gate.Module,login.Module, )
这里按顺序注册了 game、gate、login 三个模块。每个模块都需要实现接口:
type Module interface {OnInit()OnDestroy()Run(closeSig chan bool) }
Leaf 首先会在同一个 goroutine 中按模块注册顺序执行模块的 OnInit 方法,等到所有模块 OnInit 方法执行完成后则为每一个模块启动一个 goroutine 并执行模块的 Run 方法。最后,游戏服务器关闭时(Ctrl + C 关闭游戏服务器)将按模块注册相反顺序在同一个 goroutine 中执行模块的 OnDestroy 方法。
Leaf 源码概览
- leaf/chanrpc 提供了一套基于 channel 的 RPC 机制,用于游戏服务器模块间通讯
- leaf/db 数据库相关,目前支持 MongoDB
- leaf/gate 网关模块,负责游戏客户端的接入
- leaf/go 用于创建能够被 Leaf 管理的 goroutine
- leaf/log 日志相关
- leaf/network 网络相关,使用 TCP 和 WebSocket 协议,可自定义消息格式,默认 Leaf 提供了基于 protobuf 和 JSON 的消息格式
- leaf/recordfile 用于管理游戏数据
- leaf/timer 定时器相关
- leaf/util 辅助库
使用 Leaf 开发游戏服务器
LeafServer 是一个基于 Leaf 开发的游戏服务器,我们以 LeafServer 作为起点。
获取 LeafServer:
git clone https://github.com/name5566/leafserver
设置 leafserver 目录到 GOPATH 环境变量后获取 Leaf:
go get github.com/name5566/leaf
编译 LeafServer:
go install server
如果一切顺利,运行 server 你可以获得以下输出:
2015/08/26 22:11:27 [release] Leaf 1.1.2 starting up
敲击 Ctrl + C 关闭游戏服务器,服务器正常关闭输出:
2015/08/26 22:12:30 [release] Leaf closing down (signal: interrupt)
Hello Leaf
现在,在 LeafServer 的基础上,我们来看看游戏服务器如何接收和处理网络消息。
首先定义一个 JSON 格式的消息(protobuf 类似)。打开 LeafServer msg/msg.go 文件可以看到如下代码:
package msgimport ("github.com/name5566/leaf/network" )var Processor network.Processorfunc init() {}
Processor 为消息的处理器(可由用户自定义),这里我们使用 Leaf 默认提供的 JSON 消息处理器并尝试添加一个名字为 Hello 的消息:
package msgimport ("github.com/name5566/leaf/network/json" )// 使用默认的 JSON 消息处理器(默认还提供了 protobuf 消息处理器) var Processor = json.NewProcessor()func init() {// 这里我们注册了一个 JSON 消息 HelloProcessor.Register(&Hello{}) }// 一个结构体定义了一个 JSON 消息的格式 // 消息名为 Hello type Hello struct {Name string }
客户端发送到游戏服务器的消息需要通过 gate 模块路由,简而言之,gate 模块决定了某个消息具体交给内部的哪个模块来处理。这里,我们将 Hello 消息路由到 game 模块中。打开 LeafServer gate/router.go,敲入如下代码:
package gateimport ("server/game""server/msg" )func init() {// 这里指定消息 Hello 路由到 game 模块// 模块间使用 ChanRPC 通讯,消息路由也不例外msg.Processor.SetRouter(&msg.Hello{}, game.ChanRPC) }
一切就绪,我们现在可以在 game 模块中处理 Hello 消息了。打开 LeafServer game/internal/handler.go,敲入如下代码:
package internalimport ("github.com/name5566/leaf/log""github.com/name5566/leaf/gate""reflect""server/msg" )func init() {// 向当前模块(game 模块)注册 Hello 消息的消息处理函数 handleHellohandler(&msg.Hello{}, handleHello) }func handler(m interface{}, h interface{}) {skeleton.RegisterChanRPC(reflect.TypeOf(m), h) }func handleHello(args []interface{}) {// 收到的 Hello 消息m := args[0].(*msg.Hello)// 消息的发送者a := args[1].(gate.Agent)// 输出收到的消息的内容log.Debug("hello %v", m.Name)// 给发送者回应一个 Hello 消息a.WriteMsg(&msg.Hello{Name: "client",}) }
到这里,一个简单的范例就完成了。为了更加清楚的了解消息的格式,我们从 0 编写一个最简单的测试客户端。
Leaf 中,当选择使用 TCP 协议时,在网络中传输的消息都会使用以下格式:
-------------- | len | data | --------------
其中:
- len 表示了 data 部分的长度(字节数)。len 本身也有长度,默认为 2 字节(可配置),len 本身的长度决定了单个消息的最大大小
- data 部分使用 JSON 或者 protobuf 编码(也可自定义其他编码方式)
测试客户端同样使用 Go 语言编写:
package mainimport ("encoding/binary""net" )func main() {conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:3563")if err != nil {panic(err)}// Hello 消息(JSON 格式)// 对应游戏服务器 Hello 消息结构体data := []byte(`{ "Hello": { "Name": "leaf" } }`)// len + datam := make([]byte, 2+len(data))// 默认使用大端序binary.BigEndian.PutUint16(m, uint16(len(data)))copy(m[2:], data)// 发送消息conn.Write(m) }
执行此测试客户端,游戏服务器输出:
2015/09/25 07:41:03 [debug ] hello leaf 2015/09/25 07:41:03 [debug ] read message: read tcp 127.0.0.1:3563->127.0.0.1:54599: wsarecv: An existing connection was forcibly closed by the remote host.
测试客户端发送完消息以后就退出了,此时和游戏服务器的连接断开,相应的,游戏服务器输出连接断开的提示日志(第二条日志,日志的具体内容和 Go 语言版本有关)。
除了使用 TCP 协议外,还可以选择使用 WebSocket 协议(例如开发 H5 游戏)。Leaf 可以单独使用 TCP 协议或 WebSocket 协议,也可以同时使用两者,换而言之,服务器可以同时接受 TCP 连接和 WebSocket 连接,对开发者而言消息来自 TCP 还是 WebSocket 是完全透明的。现在,我们来编写一个对应上例的使用 WebSocket 协议的客户端:
<script type="text/javascript"> var ws = new WebSocket('ws://127.0.0.1:3653') ws.onopen = function() { // 发送 Hello 消息 ws.send(JSON.stringify({Hello: { Name: 'leaf' }})) } </script>
保存上述代码到某 HTML 文件中并使用(任意支持 WebSocket 协议的)浏览器打开。在打开此 HTML 文件前,首先需要配置一下 LeafServer 的 bin/conf/server.json 文件,增加 WebSocket 监听地址(WSAddr):
{"LogLevel": "debug","LogPath": "","TCPAddr": "127.0.0.1:3563","WSAddr": "127.0.0.1:3653","MaxConnNum": 20000 }
重启游戏服务器后,方可接受 WebSocket 消息:
2015/09/25 07:50:03 [debug ] hello leaf
在 Leaf 中使用 WebSocket 需要注意的一点是:Leaf 总是发送二进制消息而非文本消息。
Leaf 模块详解
LeafServer 中包含了 3 个模块,它们分别是:
- gate 模块,负责游戏客户端的接入
- login 模块,负责登录流程
- game 模块,负责游戏主逻辑
一般来说(而非强制规定),从代码结构上,一个 Leaf 模块:
- 放置于一个目录中(例如 game 模块放置于 game 目录中)
- 模块的具体实现放置于 internal 包中(例如 game 模块的具体实现放置于 game/internal 包中)
每个模块下一般有一个 external.go 的文件,顾名思义表示模块对外暴露的接口,这里以 game 模块的 external.go 文件为例:
package gameimport ("server/game/internal" )var (// 实例化 game 模块Module = new(internal.Module)// 暴露 ChanRPCChanRPC = internal.ChanRPC )
首先,模块会被实例化,这样才能注册到 Leaf 框架中(详见 LeafServer main.go),另外,模块暴露的 ChanRPC 被用于模块间通讯。
进入 game 模块的内部(LeafServer game/internal/module.go):
package internalimport ("github.com/name5566/leaf/module""server/base" )var (skeleton = base.NewSkeleton()ChanRPC = skeleton.ChanRPCServer )type Module struct {*module.Skeleton }func (m *Module) OnInit() {m.Skeleton = skeleton }func (m *Module) OnDestroy() {}
模块中最关键的就是 skeleton(骨架),skeleton 实现了 Module 接口的 Run 方法并提供了:
- ChanRPC
- goroutine
- 定时器
Leaf ChanRPC
由于 Leaf 中,每个模块跑在独立的 goroutine 上,为了模块间方便的相互调用就有了基于 channel 的 RPC 机制。一个 ChanRPC 需要在游戏服务器初始化的时候进行注册(注册过程不是 goroutine 安全的),例如 LeafServer 中 game 模块注册了 NewAgent 和 CloseAgent 两个 ChanRPC:
package internalimport ("github.com/name5566/leaf/gate" )func init() {skeleton.RegisterChanRPC("NewAgent", rpcNewAgent)skeleton.RegisterChanRPC("CloseAgent", rpcCloseAgent) }func rpcNewAgent(args []interface{}) {}func rpcCloseAgent(args []interface{}) {}
使用 skeleton 来注册 ChanRPC。RegisterChanRPC 的第一个参数是 ChanRPC 的名字,第二个参数是 ChanRPC 的实现。这里的 NewAgent 和 CloseAgent 会被 LeafServer 的 gate 模块在连接建立和连接中断时调用。ChanRPC 的调用方有 3 种调用模式:
- 同步模式,调用并等待 ChanRPC 返回
- 异步模式,调用并提供回调函数,回调函数会在 ChanRPC 返回后被调用
- Go 模式,调用并立即返回,忽略任何返回值和错误
gate 模块这样调用 game 模块的 NewAgent ChanRPC(这仅仅是一个示例,实际的代码细节复杂的多):
game.ChanRPC.Go("NewAgent", a)
这里调用 NewAgent 并传递参数 a,我们在 rpcNewAgent 的参数 args[0] 中可以取到 a(args[1] 表示第二个参数,以此类推)。
更加详细的用法可以参考 leaf/chanrpc。需要注意的是,无论封装多么精巧,跨 goroutine 的调用总不能像直接的函数调用那样简单直接,因此除非必要我们不要构建太多的模块,模块间不要太频繁的交互。模块在 Leaf 中被设计出来最主要是用于划分功能而非利用多核,Leaf 认为在模块内按需使用 goroutine 才是多核利用率问题的解决之道。
Leaf Go
善用 goroutine 能够充分利用多核资源,Leaf 提供的 Go 机制解决了原生 goroutine 存在的一些问题:
- 能够恢复 goroutine 运行过程中的错误
- 游戏服务器会等待所有 goroutine 执行结束后才关闭
- 非常方便的获取 goroutine 执行的结果数据
- 在一些特殊场合保证 goroutine 按创建顺序执行
我们来看一个例子(可以在 LeafServer 的模块的 OnInit 方法中测试):
log.Debug("1")// 定义变量 res 接收结果 var res stringskeleton.Go(func() {// 这里使用 Sleep 来模拟一个很慢的操作time.Sleep(1 * time.Second)// 假定得到结果res = "3" }, func() {log.Debug(res) })log.Debug("2")
上面代码执行结果如下:
2015/08/27 20:37:17 [debug ] 1 2015/08/27 20:37:17 [debug ] 2 2015/08/27 20:37:18 [debug ] 3
这里的 Go 方法接收 2 个函数作为参数,第一个函数会被放置在一个新创建的 goroutine 中执行,在其执行完成之后,第二个函数会在当前 goroutine 中被执行。由此,我们可以看到变量 res 同一时刻总是只被一个 goroutine 访问,这就避免了同步机制的使用。Go 的设计使得 CPU 得到充分利用,避免操作阻塞当前 goroutine,同时又无需为共享资源同步而忧心。
更加详细的用法可以参考 leaf/go。
Leaf timer
Go 语言标准库提供了定时器的支持:
func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timer
AfterFunc 会等待 d 时长后调用 f 函数,这里的 f 函数将在另外一个 goroutine 中执行。Leaf 提供了一个相同的 AfterFunc 函数,相比之下,f 函数在 AfterFunc 的调用 goroutine 中执行,这样就避免了同步机制的使用:
skeleton.AfterFunc(5 * time.Second, func() {// ... })
另外,Leaf timer 还支持 cron 表达式,用于实现诸如“每天 9 点执行”、“每周末 6 点执行”的逻辑。
更加详细的用法可以参考 leaf/timer。
Leaf log
Leaf 的 log 系统支持多种日志级别:
- Debug 日志,非关键日志
- Release 日志,关键日志
- Error 日志,错误日志
- Fatal 日志,致命错误日志
Debug < Release < Error < Fatal(日志级别高低)
在 LeafServer 中,bin/conf/server.json 可以配置日志级别,低于配置的日志级别的日志将不会输出。Fatal 日志比较特殊,每次输出 Fatal 日志之后游戏服务器进程就会结束,通常来说,只在游戏服务器初始化失败时使用 Fatal 日志。
我们还可以通过配置 LeafServer conf/conf.go 的 LogFlag 来在日志中输出文件名和行号:
LogFlag = log.Lshortfile
可用的 LogFlag 见:https://golang.org/pkg/log/#pkg-constants
更加详细的用法可以参考 leaf/log。
Leaf recordfile
Leaf 的 recordfile 是基于 CSV 格式(范例见这里)。recordfile 用于管理游戏配置数据。在 LeafServer 中使用 recordfile 非常简单:
- 将 CSV 文件放置于 bin/gamedata 目录中
- 在 gamedata 模块中调用函数 readRf 读取 CSV 文件
范例:
// 确保 bin/gamedata 目录中存在 Test.txt 文件 // 文件名必须和此结构体名称相同(大小写敏感) // 结构体的一个实例映射 recordfile 中的一行 type Test struct {// 将第一列按 int 类型解析// "index" 表明在此列上建立唯一索引Id int "index"// 将第二列解析为长度为 4 的整型数组Arr [4]int// 将第三列解析为字符串Str string }// 读取 recordfile Test.txt 到内存中 // RfTest 即为 Test.txt 的内存镜像 var RfTest = readRf(Test{})func init() {// 按索引查找// 获取 Test.txt 中 Id 为 1 的那一行r := RfTest.Index(1)if r != nil {row := r.(*Test)// 输出此行的所有列的数据log.Debug("%v %v %v", row.Id, row.Arr, row.Str)} }
更加详细的用法可以参考 leaf/recordfile。
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