本篇是遊戲開發系列第一篇，如若你有興趣，請持續關注，後期會持續更新。其他文章列表如下:
通俗地說，協議就是通訊雙方能夠理解的一種資料格式。維基百科這麼定義網路協議：
網路協議為計算機網路中進行資料交換而建立的規則、標準或約定的集合。
協議設計包含三要素：
語法：語法是使用者資料與控制資訊的結構與格式，以及資料出現的順序。
語義：解釋控制資訊每個部分的意義。它規定了需要發出何種控制資訊，以及完成的動作與做出什麼樣的響應。
時序：時序是對事件發生順序的詳細說明
也就是說，語義表示要做什麼，語法表示要怎麼做，時序表示做的順序。我們要基於此來設計我的協議。
通常遊戲有一些特殊性，比如流量要儘量的少，安全性要求更高，以及對平臺支援足夠多等等。這一切的需求就要求遊戲協議設計，儘量簡單、通用，以及程式碼層上易擴充套件、解析效率足夠高等特點。
基於此，我需要從以下幾個層次來考慮遊戲協議的設計方案。
一、知識圖譜
因為知識點比較多，建議先讀知識圖譜，對整體結構有一個清晰的綜括。
二、協議三個層次
應用層
應用層主要是常用是解析方式定義和解析，主要的選型，主要是看你基於什麼需求了，適用於實際需求就好。我們常用的協議型別，主要有這兩種：文字協議、二進位制協議
1、文字協議：
文字協議設計的目的就是方便人們理解，讀懂。如常見的http協議，一般的常見http協議如下：
GET/sample.Jsp HTTP/1.1
Accept:image/gif.image/jpeg,*/*
Accept-Language:zh-cn
Connection:Keep-Alive
Host:localhost
User-Agent:Mozila/4.0(compatible;MSIE5.01;Window NT5.0)
Accept-Encoding:gzip,deflate
username=test&password=1234複製程式碼這種格式非常貼近我們的文字描述，方便閱讀，而且目前HTTP也是客戶端瀏覽器或其他程式與Web服務器之間的應用層通訊協議，適用非常廣泛。但你也看到，有時候基於一個很簡單應答，就要帶上很多其他的頭資訊，這對於對流量有要求的遊戲應用來說，還是很浪費的。
優點：
1、通用，適用廣泛
2、方便理解，可讀性好
缺點:
1、基於行讀，解析效率一般
2、攜帶附帶資訊過多，傳輸的效率低下
3、無狀態，伺服器不知道客戶端的狀態，必須基於客戶端的請求來回應，實時性低
4、很難嵌入其他資料，對二進位制支援差
如果你的遊戲對實時性要求不高，而且對流量要求不也是太高，文字協議也是個不錯的方式。一般短連線遊戲多適用這個。
2、二進位制協議
二進位制協議就是一串位元組流，是一個典型的Ip協議，一般通常包括訊息頭(header)和變長的訊息體(body)，訊息頭的長度固定，訊息體長度不固定，包含主要的內容主體。一般訊息頭會包含訊息體的長度，這樣就能基於頭資訊從資料流中解析出一個完整的二機制訊息了。
一般的格式如下：
我們看到head部分定義包含:
cmd:命令字
sign：驗證串
content-leg:訊息體長度
HeaderCRC：頭驗證（不是必須）
其中命令字是雙方協議文件中規定好的，比如0x01表示登陸，0x02表示註冊等等，這些就是一個命令號。
sign是一個驗證字串，對訊息體資料進行一定加密驗證，保證資料安全。
content-leg是本次訊息體的長度。
body部分，比如我們如下定義:
message:login{
string username;
int64 passwoard;
}
我們看到，因為欄位的資料型別有定義，順序也有定義（第一個是string,第二個是int64），整個二進位制流讀取的的時候，基於順序讀取就可以很快的取出了。
優點：
1、沒有冗餘欄位，傳輸高效，耗費流量小
2、解析速度快，基於基礎資料型別操作
缺點:
1、可讀性差，不利於除錯
2、擴充套件性差，對複雜資料結構支援不夠
如果你的遊戲，對實時性要求比較高，流量有要求，用二進位制比較好，一般大型多人網遊，使用二進位制協議來設計。
3、資料格式
以上我們看到了兩種協議型別，但對於訊息體的解析介紹很少，訊息體的格式決定了的他的語義和時序，格式不同資料的序列化和反序列化也是不同。比如message:login，你可以基於json來定義，也可以基於xml來定義，定義不同解析方式也各不相同。
一般的訊息體格式主要有以下幾種:json、protocolBuff、xml、自定義
json
json 是一種輕量級的資料交換格式,網際網路應用的很廣泛了。常用的框架也很多，推薦fastJson,解析速度還是不錯的。json的好處是，開源，格式統一，解析速度也還可以。缺點就是會有一些冗餘字元，不夠簡潔。
protocolBuff
protocolBuff是是google提供的一個開源序列化框架，類似於XML，JSON這樣的資料表示語言。但是比這些佔用空間都小，沒有冗餘欄位。而且好處是靈活，解析速度快，易於開發（基於配置自動生成程式碼），可支援語言也比較多。一條訊息資料，用protobuf序列化後的大小是json的10分之一，xml格式的20分之一，是二進位制序列化的10分之一
xml
不多解釋了，大家都用有過，強烈不建議使用這種，除了無效字元過多（標籤），而且解析效率比上面兩種都是很低的。
自定義
自己定義就是自己定義解析方式，比如通過文件定義好一個訊息的結構，第一個欄位是什麼型別，第二個欄位什麼型別...等等，基於此自己寫工具解析。好處是對外協議不透明，解析效率和傳送效率都還不錯，缺點就是開發難度高，不容易維護。
各種格式優缺點如下:
二、安全層
遊戲通訊，安全也很重要，不然協議被破解，使用者刷資源，整個遊戲的平衡性就被破壞了，輕者影響其他玩家體驗，重則遊戲直接被廢。
一般的安全處理就是對協議進行加密。一般有以下幾種:
1、常規加密
採用對稱加密或者hash加密來對訊息內容進行加密，兩端採用同一種加密演算法，基於同一個金鑰對訊息體進行加密換算，以此來檢視資料是否一致。
金鑰可以使用者登陸的時候獲取一次。還有一種是基於每個使用者金鑰不同，以此防止金鑰洩露大範圍影響全服玩家。
2、動態加密
動態加密，可以提前設定一個私有金鑰庫，裡面包含一定數量的金鑰，每次客戶端請求的時候，基於協議號來設計一個演算法獲取其中一個金鑰。每個協議的金鑰都是在協議到達的時候時時獲取的，這樣即便某一個協議的金鑰被破解，對其他協議依然無效。
3、其他
採用非對稱加密，或者加鹽處理。非對稱加密速度太慢了，不建議。
三、傳送層
考慮服務端的承載成本，以及手機遊戲上網路環境差，原則上UDP是比TCP更適合的方式。但是由於遊戲對於資料完整性、安全性要求比較高，採用TCP的又可靠與安全。
目前採用netty作為推送伺服器的也有支援上百萬連線的應用了，tcp這塊效能對於一般遊戲支援足夠了。長連結遊戲多采用分割槽分服來應對高併發壓力，短連結多采用分散式來應對。
四、一些問題
1、位元組序
二進位制協議中，位元組序需要注意，跨語言、平臺通訊的時候會出現亂碼問題。目前的位元組序主要有，Little endian和Big endian之分，也就是常說的大頭和小頭之分。
具體是大頭在前還是小頭在前，這個和主機的cpu有關係PowerPC系列採用big endian方式儲存資料，而x86系列則採用little endian方式儲存資料。這個在手機主機上也會出現。
應對方案是：
客戶端和服務端強制採用一種位元組序，一般採用網路位元組序（big endian）
2、浮點數
協議中出現浮點型別要特別注意，浮點型別的傳送上面位元組序處理OK了，還得注意浮點數的多平臺運算不一致問題。
比如遊戲中要對尋路、戰鬥等公式計算，牽扯到浮點數了，有可能前後端算出的不一致，以Arm為例，Arm的浮點數就有軟模擬、硬體IEEE-754相容、SIMD下IEEE-754不相容三種情況。
此時解決方案，
1、統一一種格式，比如前後端都採用軟模擬，或者強制採用硬體IEEE-754（軟模擬速度慢）
2、轉換為定點數，也就是浮點轉換為整數（速度快）
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