Golang开源:leaf - 游戏服务器框架

Golang   2017-02-17 19:22:26 发布
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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 msg

import (
    "github.com/name5566/leaf/network"
)

var Processor network.Processor

func 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 msg

import (
    "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 Hello
    Processor.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 gate

import (
    "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 internal

import (
    "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 handleHello
    handler(&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:

  1. 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
  2. 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 main

import (
    "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 + data
    m := 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:

  1. 放置于一个目录中(例如 game 模块放置于 game 目录中)
  2. 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 game

import (
    "server/game/internal"
)

var (
    // 实例化 game 模块
    Module  = new(internal.Module)
    // 暴露 ChanRPC
    ChanRPC = 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 internal

import (
    "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 internal

import (
    "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:

  1. 同步模式,调用并等待 ChanRPC 返回
  2. 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
  3. 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 string

skeleton.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:

  1. Debug 日志,非关键日志
  2. Release 日志,关键日志
  3. Error 日志,错误日志
  4. 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。

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:

  1. 将 CSV 文件放置于 bin/gamedata 目录中
  2. 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

了解更多

阅读 Wiki 获取更多的帮助:https://github.com/name5566/leaf/wiki

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