Unity【Multiplayer 多人在线】- Socket 通用客户端网络模块（一）、Connect 连接服务端

介绍

在阅读了罗培羽著作的Unity3D网络游戏实战一书后，博主综合自己的开发经验与考虑进行部分修改和调整，将通用的客户端网络模块和通用的服务端框架进行提取，形成专栏，介绍Socket网络编程，希望对其他人有所帮助。目录如下：

一、通用服务端框架

（一）、定义套接字和多路复用

（二）、客户端信息类和通用缓冲区结构

（三）、Protobuf 通信协议

（四）、数据处理和关闭连接

（五）、Messenger 事件发布、订阅系统

（六）、单点发送和广播数据

（七）、时间戳和心跳机制

二、通用客户端网络模块

（一）、Connect 连接服务端

（二）、Receive 接收并处理数据

（三）、Send 发送数据

（四）、Close 关闭连接

本篇内容：

客户端网络模块中同样使用服务端框架中的通用缓冲区结构ByteArray，和消息的发布、订阅系统Messenger，以及通信协议工具类ProtoUtility，代码分别如下：

using System;namespace SK.Framework.Sockets
{public class ByteArray{//默认大小private const int DEFAULT_SIZE = 1024;//初始大小private readonly int initSize = 0;//缓冲区public byte[] bytes;//读取位置public int readIdx = 0;//写入位置public int writeIdx = 0;//容量private int capacity = 0;//剩余空间public int remain { get { return capacity - writeIdx; } }//数据长度public int length { get { return writeIdx - readIdx; } }//构造函数public ByteArray(int size = DEFAULT_SIZE){bytes = new byte[size];capacity = size;initSize = size;writeIdx = 0;readIdx = 0;}//构造函数public ByteArray(byte[] defaultBytes){bytes = defaultBytes;capacity = defaultBytes.Length;initSize = defaultBytes.Length;readIdx = 0;writeIdx = defaultBytes.Length;}//重设尺寸public void ReSize(int size){if (size < length) return;if (size < initSize) return;int n = 1;while (n < size){n *= 2;}capacity = n;byte[] newBytes = new byte[capacity];Array.Copy(bytes, readIdx, newBytes, 0, writeIdx - readIdx);bytes = newBytes;writeIdx = length;readIdx = 0;}//检查并移动数据public void CheckAndMoveBytes(){if (length < 8){MoveBytes();}}//移动数据public void MoveBytes(){if (length > 0){Array.Copy(bytes, readIdx, bytes, 0, length);}writeIdx = length;readIdx = 0;}//写入数据public int Write(byte[] bs, int offset, int count){if (remain < count){ReSize(length + count);}Array.Copy(bs, offset, bytes, writeIdx, count);writeIdx += count;return count;}//读取数据public int Read(byte[] bs, int offset, int count){count = Math.Min(count, length);Array.Copy(bytes, readIdx, bs, offset, count);readIdx += count;CheckAndMoveBytes();return count;}//读取Int16public Int16 ReadInt16(){if (length < 2) return 0;Int16 ret = (Int16)((bytes[readIdx + 1]) << 8 | bytes[readIdx]);readIdx += 2;CheckAndMoveBytes();return ret;}//读取Int32public Int32 ReadInt32(){if (length < 4) return 0;Int32 ret = (Int32)((bytes[readIdx + 3] << 24) |(bytes[readIdx + 2] << 16) |(bytes[readIdx + 1] << 8) |bytes[readIdx + 0]);readIdx += 4;CheckAndMoveBytes();return ret;}}
}

using System.Collections.Generic;namespace SK.Framework.Sockets
{/// <summary>/// 消息发布、订阅系统/// </summary>public class Messenger{public delegate void MessageEvent(params object[] args);private static readonly Dictionary<string, MessageEvent> msgDic = new Dictionary<string, MessageEvent>();/// <summary>/// 发布消息/// </summary>/// <param name="msgKey">消息Key值</param>/// <param name="arg">参数</param>public static void Publish(string msgKey, params object[] args){if (msgDic.ContainsKey(msgKey)){msgDic[msgKey].Invoke(args);}}/// <summary>/// 订阅消息/// </summary>/// <param name="msgKey">消息Key值</param>/// <param name="messageEvent">订阅事件</param>public static void Subscribe(string msgKey, MessageEvent messageEvent){if (msgDic.ContainsKey(msgKey)){msgDic[msgKey] += messageEvent;}else{msgDic[msgKey] = messageEvent;}}/// <summary>/// 取消订阅/// </summary>/// <param name="msgKey">消息Key值</param>/// <param name="messageEvent">订阅事件</param>public static void Unsubscribe(string msgKey, MessageEvent messageEvent){if (msgDic.ContainsKey(msgKey)){msgDic[msgKey] -= messageEvent;if (msgDic[msgKey] == null){msgDic.Remove(msgKey);}}}}
}

using System;
using ProtoBuf;
using System.IO;
using System.Text;namespace SK.Framework.Sockets
{/// <summary>/// 协议工具/// </summary>public static class ProtoUtility{/// <summary>/// 协议编码/// </summary>/// <param name="proto">协议</param>/// <returns>返回编码后的字节数据</returns>public static byte[] Encode(IExtensible proto){using (MemoryStream ms = new MemoryStream()){Serializer.Serialize(ms, proto);return ms.ToArray();}}/// <summary>/// 协议解码/// </summary>/// <param name="protoName">协议名</param>/// <param name="bytes">要解码的byte数组</param>/// <param name="offset">协议体所在起始位置</param>/// <param name="count">协议体长度</param>/// <returns>返回解码后的协议</returns>public static IExtensible Decode(string protoName, byte[] bytes, int offset, int count){using (MemoryStream ms = new MemoryStream(bytes, offset, count)){Type type = Type.GetType(protoName);return (IExtensible)Serializer.NonGeneric.Deserialize(type, ms);}}/// <summary>/// 协议名编码/// </summary>/// <param name="proto">协议</param>/// <returns>返回编码后的字节数据</returns>public static byte[] EncodeName(IExtensible proto){//名字bytes和长度byte[] nameBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(proto.GetType().FullName);Int16 length = (Int16)nameBytes.Length;//申请bytes数值byte[] bytes = new byte[length + 2];//组装2字节的长度信息bytes[0] = (byte)(length % 256);bytes[1] = (byte)(length / 256);//组装名字bytesArray.Copy(nameBytes, 0, bytes, 2, length);return bytes;}/// <summary>/// 协议名解码/// </summary>/// <param name="bytes">要解码的byte数组</param>/// <param name="offset">起始位置</param>/// <param name="length">长度</param>/// <returns>返回解码后的协议名</returns>public static string DecodeName(byte[] bytes, int offset, out int length){length = 0;//必须大于2字节if (offset + 2 > bytes.Length) return string.Empty;//获取长度Int16 l = (Int16)((bytes[offset + 1] << 8) | bytes[offset]);if (l <= 0) return string.Empty;//长度必须足够if (offset + 2 + l > bytes.Length) return string.Empty;//解析length = 2 + l;string name = Encoding.UTF8.GetString(bytes, offset + 2, l);return name;}}
}

Connect 连接服务端：

创建网络管理类NetworkManager，定义Socket套接字、读缓冲区、以及正在连接和关闭的标志位等字段，封装Connect连接函数，接收两个参数，参数一ip代表服务端的IP地址，参数二port代表端口：

using System;
using UnityEngine;
using System.Net.Sockets;
using System.Collections.Generic;namespace SK.Framework.Sockets
{public class NetworkManager : MonoBehaviour{//定义套接字private static Socket socket;//接收缓冲区private static ByteArray readBuff;//是否正在连接private static bool isConnecting = false;//是否正在关闭private static bool isClosing = false;/// <summary>/// 连接服务端/// </summary>/// <param name="ip">服务器IP地址</param>/// <param name="port">端口</param>public static void Connect(string ip, int port){//状态判断if ((socket != null && socket.Connected) || isConnecting) return;//初始化Init();//参数设置socket.NoDelay = true;//连接isConnecting = true;socket.BeginConnect(ip, port, ConnectCallback, socket);} //初始化状态private static void Init(){//Socketsocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//接收缓冲区readBuff = new ByteArray();//是否正在连接isConnecting = false;//是否正在关闭isClosing = false;}//Connect回调private static void ConnectCallback(IAsyncResult ar){try{Socket socket = (Socket)ar.AsyncState;socket.EndConnect(ar);isConnecting = false;Debug.Log($"成功连接服务端.");//发布消息Messenger.Publish("连接服务端", true);//TODO：开始接收数据               }catch (SocketException error){Debug.Log($"连接服务端失败：{error}");isConnecting = false;//发布消息Messenger.Publish("连接服务端", false);}}}
}

NoDelay参数含义：

将其设为true时，表示不使用Nagle算法，什么是Nagle算法？

Nagle 算法旨在通过使套接字缓冲小数据包，然后在特定情况下将它们合并并发送到一个数据包，从而减少网络流量。 TCP 数据包包含40字节的标头以及要发送的数据。当使用 TCP 发送小型数据包时，TCP 标头产生的开销可能会成为网络流量的重要部分。在负载较重的网络上，由于这种开销导致的拥塞会导致丢失数据报和重新传输，以及拥塞导致的传播时间过大。如果在连接上以前传输的数据保持未确认的情况，则 Nagle 算法将禁止发送新的 TCP 段。

启用Nagle算法可以提升网络传输效率，但它要收集到一定长度的数据后才会把它们一起发送出去。这样就会降低网络的实时性，本套框架里我们关闭Nagle算法，将socket.NoDelay设为true。

参考资料：《Unity3D网络游戏实战》（第2版）罗培羽著

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