Mangos魔獸世界服務端初探(1)--遊戲服務端主體結構與消息分發

魔獸時間是暴雪著名的網絡遊戲，我之前也玩過一段時間的戰士，這款遊戲目前已進入晚年時期，不過裏面各類豐富的遊戲系統和遊戲內容都很是讓人印象深入。開源的Mangos項目模擬魔獸服務器端很是成功，目前國內外也有很多基於Mangos模擬器而搭建的私服，多數服務端運轉良好，很是穩定。國外有一個叫作MonsterWOW的魔獸私服，單服承載5000人，總共有幾組服務器，幾萬人同時在線，這是我在網站上親眼看到的實時數據，通常來說，若是對MMORPG遊戲服務端稍微熟悉都知道，5000人同服在線，並且容許遊戲邏輯的是一臺單獨的服務器，支撐這麼龐大一個遊戲世界，確定有很是過人之處，至少據我所知國內的單服性能與之相比都有較大差距，國內分佈式的服務端架構基本也是將遊戲邏輯分散到多臺服務器上，單一世界承載數量也不算很高。幾年前的Eve Online單一世界能夠承載兩萬多玩家同時在線、實時交互。我想國內多數MMORPG服務端的承載人數應該都是在七八百、一兩千這個數量級的。Mangos的源代碼下載下來很久了，一直沒時間研究，它目前是C++寫成的，個人主要方向是C#，不過我一直有將C#作遊戲服務端的打算，因此既然它有那麼多過人之處，就算不能掌握所有也應該研究學習一下。

     今天粗略地看了一下，服務端主要又三大塊組成，數據庫、服務端邏輯、腳本。數據庫用的MySQL，這裏不是很關鍵暫且不說，腳本有本身的腳步引擎，簡單的任務、戰鬥等均可以經過數據庫配置相應條目來完成，複雜的戰鬥AI等在腳步庫中由C++直接寫成，這個腳本庫是要被編譯爲機器代碼的，執行效率至關高效，例如巫妖王的戰鬥比較複雜就用C++寫，其它簡單的就配置在數據庫中由腳步引擎來驅動執行。國內很多服務端都是很是老式的C++早期服務端結構，很多嵌入了lua解釋器，大量的寫lua腳本，甚至用lua寫邏輯。我我的很不理解這種方式，你說效率高吧，lua再快能多塊，解釋執行和編譯執行不是一個數量級的，看看服務端的承載人數就知道了，lua JIT即時編譯都不靠譜。或許有人會說lua簡單，策劃均可以學習以後寫腳本，事實上倒是寫腳本的人寫出一大堆的不敢說垃圾代碼，也算是低質量代碼，這樣更加拖累服務端的性能了。爲什麼不學學一些比較優秀的項目，也來想辦法搞一個腳本引擎，而後寫出工具就可讓策劃配置大量的任務、戰鬥這些遊戲內容，複雜的邏輯直接由遊戲程序員來編寫，用C++、C#多好，搞不懂爲何lua已經成爲好多公司的標準了，就算不是lua也是python。就說劍網3這個遊戲吧，我玩了兩年多的劍純陽，對這款遊戲的體驗有足夠的瞭解。咱們不和其它遊戲的遊戲比，至少在國內算優秀做品，也取得了必定的成功，雖說抄魔獸也有點多。之前玩遊戲的時候，二十多我的進個副本放些技能卡得要命，人多了在一個地圖直接卡到爆，後來一個好朋友和我說，劍網3服務端用lua寫了好多東西，能lua的多半都用lua了，一個天子峯老6，這個Boss的lua腳本竟有好幾個lua文件，每一個文件幾百行代碼，我想啊，服務端徹底充斥着這種低質量的腳本，還談什麼效率，談什麼承載人數，能跑起來就不錯了。關鍵是那個Boss的戰鬥並不複雜，和魔獸不少Boss比起來就算是很是簡單的Boss了，mangos服務端一個複雜Boss的代碼都比這個簡單不少，代碼總數也僅兩百多行，執行效率更不是一個數量級的。這裏發發牢騷，不用較真，言歸正傳。

     Mangos服務端是一個多線程、邏輯單線程的服務端。每一個線程內部都採用循環結構，主線程啓動後將建立多個工做線程，主要包括負責遊戲世界運做的核心線程，具備處理用戶請求，執行定時器的能力。其它幾個工做線程還有網絡Io，該線程啓動後其內部將使用線程池進行網絡Io操做，不間斷地接收數據包，並存儲到相關玩家的消息隊列中，由世界線程進行處理，其它幾個工做線程先不討論，由於今天也是第一次看mangos的源代碼.務端啓動後這些線程將永不停息地工做。世界線程是服務器的核心，負責處理全部玩家操做請求，定時器、AI等。如下是世界線程啓動後執行的代碼：

 /// Heartbeat for the World
void WorldRunnable::run()
{
    ///- Init new SQL thread for the world database
    WorldDatabase.ThreadStart();                            // let thread do safe mySQL requests (one connection call enough)
    sWorld.InitResultQueue();
    uint32 realCurrTime = 0;
    uint32 realPrevTime = WorldTimer::tick();
    uint32 prevSleepTime = 0;                               // used for balanced full tick time length near WORLD_SLEEP_CONST
    ///- While we have not World::m_stopEvent, update the world
    while (!World::IsStopped())
    {
        ++World::m_worldLoopCounter;
        realCurrTime = WorldTimer::getMSTime();
        uint32 diff = WorldTimer::tick();
        sWorld.Update(diff);
        realPrevTime = realCurrTime;
        // diff (D0) include time of previous sleep (d0) + tick time (t0)
        // we want that next d1 + t1 == WORLD_SLEEP_CONST
        // we can't know next t1 and then can use (t0 + d1) == WORLD_SLEEP_CONST requirement
        // d1 = WORLD_SLEEP_CONST - t0 = WORLD_SLEEP_CONST - (D0 - d0) = WORLD_SLEEP_CONST + d0 - D0
        if (diff <= WORLD_SLEEP_CONST + prevSleepTime)
        {
            prevSleepTime = WORLD_SLEEP_CONST + prevSleepTime - diff;
            ACE_Based::Thread::Sleep(prevSleepTime);
        }
        else
            prevSleepTime = 0;
#ifdef WIN32
        if (m_ServiceStatus == 0) World::StopNow(SHUTDOWN_EXIT_CODE);
        while (m_ServiceStatus == 2) Sleep(1000);
#endif
    }
    sWorld.CleanupsBeforeStop();
    sWorldSocketMgr->StopNetwork();
    MapManager::Instance().UnloadAll();                     // unload all grids (including locked in memory)
    ///- End the database thread
    WorldDatabase.ThreadEnd();                              // free mySQL thread resources
}

由於是直接粘貼的，看上去比較亂，這裏先做一下說明，這是世界線程的根循環結構，在while(!World::IsStopped())內部只有一個核心函數調用，其餘都是一些控制更新時間之類的代碼，不用太關注：

sWorld.Update(diff);

sWorld是單一實例的World對象，它表明了整個遊戲世界，和多數MMORPG同樣，啓動後進入根循環，在運行內部一直調用更新整個遊戲世界的Update函數，服務端不停的Update遊戲世界，每次Update能在100毫秒內完成，則客戶端會感到很是流暢。在根循環退出後，清理服務器相關資源，線程結束被回收。Mangos使用的是開源跨平臺的網絡、線程處理庫ACE,這個東西粗略的看了一下，比較複雜，若是要研究透徹是很困難的事，這裏提一下，不對ACE探討。到這裏咱們僅僅須要關注一個函數了，就是World的Update方法內部到底在幹什麼？

void World::Update(uint32 diff)
{
    ///- Update the different timers
    for (int i = 0; i < WUPDATE_COUNT; ++i)
    {
        if (m_timers[i].GetCurrent() >= 0)
            m_timers[i].Update(diff);
        else
            m_timers[i].SetCurrent(0);
    }
    ///- Update the game time and check for shutdown time
    _UpdateGameTime();
    ///-Update mass mailer tasks if any
    sMassMailMgr.Update();
    /// Handle daily quests reset time
    if (m_gameTime > m_NextDailyQuestReset)
        ResetDailyQuests();
    /// Handle weekly quests reset time
    if (m_gameTime > m_NextWeeklyQuestReset)
        ResetWeeklyQuests();
    /// Handle monthly quests reset time
    if (m_gameTime > m_NextMonthlyQuestReset)
        ResetMonthlyQuests();
    /// Handle monthly quests reset time
    if (m_gameTime > m_NextCurrencyReset)
        ResetCurrencyWeekCounts();
    /// <ul><li> Handle auctions when the timer has passed
    if (m_timers[WUPDATE_AUCTIONS].Passed())
    {
        m_timers[WUPDATE_AUCTIONS].Reset();
        ///- Update mails (return old mails with item, or delete them)
        //(tested... works on win)
        if (++mail_timer > mail_timer_expires)
        {
            mail_timer = 0;
            sObjectMgr.ReturnOrDeleteOldMails(true);
        }
        ///- Handle expired auctions
        sAuctionMgr.Update();
    }
    /// <li> Handle AHBot operations
    if (m_timers[WUPDATE_AHBOT].Passed())
    {
        sAuctionBot.Update();
        m_timers[WUPDATE_AHBOT].Reset();
    }
    /// <li> Handle session updates
    UpdateSessions(diff);
    /// <li> Handle weather updates when the timer has passed
    if (m_timers[WUPDATE_WEATHERS].Passed())
    {
        ///- Send an update signal to Weather objects
        for (WeatherMap::iterator itr = m_weathers.begin(); itr != m_weathers.end();)
        {
            ///- and remove Weather objects for zones with no player
            // As interval > WorldTick
            if (!itr->second->Update(m_timers[WUPDATE_WEATHERS].GetInterval()))
            {
                delete itr->second;
                m_weathers.erase(itr++);
            }
            else
                ++itr;
        }
        m_timers[WUPDATE_WEATHERS].SetCurrent(0);
    }
    /// <li> Update uptime table
    if (m_timers[WUPDATE_UPTIME].Passed())
    {
        uint32 tmpDiff = uint32(m_gameTime - m_startTime);
        uint32 maxClientsNum = GetMaxActiveSessionCount();
        m_timers[WUPDATE_UPTIME].Reset();
        LoginDatabase.PExecute("UPDATE uptime SET uptime = %u, maxplayers = %u WHERE realmid = %u AND starttime = " UI64FMTD, tmpDiff, maxClientsNum, realmID, uint64(m_startTime));
    }
    /// <li> Handle all other objects
    ///- Update objects (maps, transport, creatures,...)
    sMapMgr.Update(diff);
    sBattleGroundMgr.Update(diff);
    sOutdoorPvPMgr.Update(diff);
    ///- Delete all characters which have been deleted X days before
    if (m_timers[WUPDATE_DELETECHARS].Passed())
    {
        m_timers[WUPDATE_DELETECHARS].Reset();
        Player::DeleteOldCharacters();
    }
    // execute callbacks from sql queries that were queued recently
    UpdateResultQueue();
    ///- Erase corpses once every 20 minutes
    //每20分鐘清除屍體
    if (m_timers[WUPDATE_CORPSES].Passed())
    {
        m_timers[WUPDATE_CORPSES].Reset();
        sObjectAccessor.RemoveOldCorpses();
    }
    ///- Process Game events when necessary
    //處理遊戲事件
    if (m_timers[WUPDATE_EVENTS].Passed())
    {
        m_timers[WUPDATE_EVENTS].Reset();                   // to give time for Update() to be processed
        uint32 nextGameEvent = sGameEventMgr.Update();
        m_timers[WUPDATE_EVENTS].SetInterval(nextGameEvent);
        m_timers[WUPDATE_EVENTS].Reset();
    }
    /// </ul>
    ///- Move all creatures with "delayed move" and remove and delete all objects with "delayed remove"
    sMapMgr.RemoveAllObjectsInRemoveList();
    // update the instance reset times
    sMapPersistentStateMgr.Update();
    // And last, but not least handle the issued cli commands
    ProcessCliCommands();
    // cleanup unused GridMap objects as well as VMaps
    sTerrainMgr.Update(diff);
}

這是World::Update函數的所有代碼，服務器循環執行這些代碼，每一次執行就能更新一次遊戲世界。這個函數看似比較長，實際上不算很長，其中的關鍵之處在於首先是根據定時器來執行特定的任務，而執行這些任務則是經過調用各個模塊的Manager來完成，好比遊戲世界裏面的屍體每20分鐘清除一次，就檢測相關的定時器是否超時，超時則清理屍體，而後重置定時器。經過這些定時器，來執行遊戲中由服務器主動完成的任務，這些任務基本上是經過定時器來啓動的。遊戲中的天氣系統、PvP系統、地形系統等等都根據定時器指定的頻率進行更新。除了更新各個模塊以外，其中還有個很是重要的調用：

UpdateSessions(diff);

若是翻譯過來就是更新全部會話，服務器端爲每個客戶端創建一個Session，即會話，它是客戶端與服務端溝通的通道，取數據、發數據都得經過這條通道，這樣客戶端和服務端才能溝通。在mangos的構架中,Session的做用很是重要，但其功能不只僅取客戶端發過來的數據、將服務端數據發給客戶端那麼簡單，後面會繼續結束這個Session,很關鍵的東西，下面是UpdateSessions的具體實現：

void World::UpdateSessions(uint32 diff)
{
    ///- Add new sessions
    WorldSession* sess;
    while (addSessQueue.next(sess))
        AddSession_(sess);
    ///- Then send an update signal to remaining ones
    for (SessionMap::iterator itr = m_sessions.begin(), next; itr != m_sessions.end(); itr = next)
    {
        next = itr;
        ++next;
        ///- and remove not active sessions from the list
        WorldSession* pSession = itr->second;
        WorldSessionFilter updater(pSession);
        if (!pSession->Update(updater))
        {
            RemoveQueuedSession(pSession);
            m_sessions.erase(itr);
            delete pSession;
        }
    }
}

其內部結構很簡單，主要遍歷全部會話，移除不活動的會話，並調用每一個Session的Update函數，達到更新全部Session的目的，有1000玩家在線就會更新1000個會話，前面提到了Session，每一個會話的內部都掛載有一個消息隊列，這裏隊列存儲着從客戶端發過來的數據包，1000個會話就會有1000個數據包隊列，隊列是由網絡模塊收到數據包後，將其掛載到相應Sesson的接收隊列中,客戶端1發來的數據包被掛載到Session1的隊列，客戶端2的就掛載到Session2的隊列中。mangos的架構中Session不止是收發數據的入口，一樣也是處理客戶端數據的入口，即處理客戶端請求的調度中心。每次Update Session的時候，這個Update 函數的內部會取出隊列中全部的請求數據，循環地對每個數據包調用數據包對應的處理代碼，即根據數據包的類型（操做碼OpCode)調用相應的函數進行處理，而這些「相應的函數」是Session內部的普通成員函數，以HandleXXXXXX開頭，爲了便於理解，我將Session的Update函數主體核心代碼寫在這裏：

bool WorldSession::Update(PacketFilter& updater)

{

    ///- Retrieve packets from the receive queue and call the appropriate handlers

    /// not process packets if socket already closed

    WorldPacket* packet = NULL;

    while (m_Socket && !m_Socket->IsClosed() && _recvQueue.next(packet, updater))

    {

        OpcodeHandler const& opHandle = opcodeTable[packet->GetOpcode()];

        ExecuteOpcode(opHandle, packet);

    }

}

這樣看起了比較清楚了，Session在Update的時候，取出全部數據包，每一個數據包都有一個操做碼，opcode,魔獸模擬器有1600多個操做碼，玩家或者服務器的每一個操做都有一個對應的操做碼，好比攻擊某個目標、拾取一件東西、使用某個物品都有操做碼，被追加到數據包頭部，這樣每次取數據包的操做碼，就能夠查找相應的處理代碼來處理這個數據包。

從代碼裏面能夠看到opHandle就是根據操做碼查找到的數據處理程序，內部有相應數據處理函數的指針，ExecuteOpcode便是經過這個函數指針調用該函數來處理數據包。而處理函數實際上都是 Session的普通成員函數，固然調度處理代碼的時候並不是根據操做碼進行switch判斷來調用相應處理函數，這樣會寫一個很是巨大的switch結構，mangos的方式是經過硬編碼將這些處理函數的地址存在opcodeTable這個全局的表結構中，使用OpCode做爲索引，迅速地定位到相應的處理函數，即找到改數據包對應的Handler，並執行他們。

void HandleGroupInviteOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleGroupInviteResponseOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleGroupUninviteOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleGroupUninviteGuidOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleGroupSetLeaderOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleGroupDisbandOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleOptOutOfLootOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleSetAllowLowLevelRaidOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleLootMethodOpcode(WorldPacket& recvPacket);

void HandleLootRoll(WorldPacket& recv_data);

void HandleRequestPartyMemberStatsOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleRaidTargetUpdateOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleRaidReadyCheckOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleRaidReadyCheckFinishedOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleGroupRaidConvertOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleGroupChangeSubGroupOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandleGroupAssistantLeaderOpcode(WorldPacket& recv_data);

void HandlePartyAssignmentOpcode(WorldPacket& recv_data);

上面是極小部分的處理函數，他們都是Session的成員函數，這些函數並不是是最終處理數據的，每每一個函數對應一個邏輯模塊，與這個模塊相關的操做碼有不少，好比聊天系統客戶端發來的操做碼多是密聊、隊聊、地圖聊天，可是在Session收到數據包時，會將這個模塊的這些操做碼都調用HandleMessage函數，這些Handle函數內部會根據具體的操做碼再調用相應模塊的處理函數，就是說消息的調度是兩級的。先從入口點，經過查找OpCodeTabel找到一級調度函數、數據包傳過去後又進行二級調度，分發到更小的子模塊，直到分發的具體模塊爲止。

今天暫時寫到這裏，還有不少想說的，之後繼續慢慢吹，下次繼續今天沒完善的內容、談一談mangos的二進制協議、數據通訊機制等內容，長期研究下mangos，確定有好處的。