golang Leaf 遊戲伺服器框架簡介

大囚長發表於2019-01-04

Golang遊戲伺服器框架

Leaf 是一個由 Go 語言（golang）編寫的開發效率和執行效率並重的開源遊戲伺服器框架。Leaf 適用於各類遊戲伺服器的開發，包括 H5（HTML5）遊戲伺服器。

Leaf 的關注點：

良好的使用體驗。Leaf 總是儘可能的提供簡潔和易用的介面，儘可能的提升開發的效率
穩定性。Leaf 總是儘可能的恢復執行過程中的錯誤，避免崩潰
多核支援。Leaf 通過模組機制和 leaf/go 儘可能的利用多核資源，同時又儘量避免各種副作用
模組機制。

Leaf 的模組機制

一個 Leaf 開發的遊戲伺服器由多個模組組成（例如 LeafServer），模組有以下特點：

每個模組執行在一個單獨的 goroutine 中
模組間通過一套輕量的 RPC 機制通訊（leaf/chanrpc）

Leaf 不建議在遊戲伺服器中設計過多的模組。

遊戲伺服器在啟動時進行模組的註冊，例如：

leaf.Run(
	game.Module,
	gate.Module,
	login.Module,
)

這裡按順序註冊了 game、gate、login 三個模組。每個模組都需要實現介面：

type Module interface {
	OnInit()
	OnDestroy()
	Run(closeSig chan bool)
}

Leaf 首先會在同一個 goroutine 中按模組註冊順序執行模組的 OnInit 方法，等到所有模組 OnInit 方法執行完成後則為每一個模組啟動一個 goroutine 並執行模組的 Run 方法。最後，遊戲伺服器關閉時（Ctrl + C 關閉遊戲伺服器）將按模組註冊相反順序在同一個 goroutine 中執行模組的 OnDestroy 方法。

Leaf 原始碼概覽

leaf/chanrpc 提供了一套基於 channel 的 RPC 機制，用於遊戲伺服器模組間通訊
leaf/db 資料庫相關，目前支援 MongoDB
leaf/gate 閘道器模組，負責遊戲客戶端的接入
leaf/go 用於建立能夠被 Leaf 管理的 goroutine
leaf/log 日誌相關
leaf/network 網路相關，使用 TCP 和 WebSocket 協議，可自定義訊息格式，預設 Leaf 提供了基於 protobuf 和 JSON 的訊息格式
leaf/recordfile 用於管理遊戲資料
leaf/timer 定時器相關
leaf/util 輔助庫

使用 Leaf 開發遊戲伺服器

LeafServer 是一個基於 Leaf 開發的遊戲伺服器，我們以 LeafServer 作為起點。

獲取 LeafServer：

git clone https://github.com/name5566/leafserver

設定 leafserver 目錄到 GOPATH 環境變數後獲取 Leaf：

go get github.com/name5566/leaf

編譯 LeafServer：

go install server

如果一切順利，執行 server 你可以獲得以下輸出：

2015/08/26 22:11:27 [release] Leaf 1.1.2 starting up

敲擊 Ctrl + C 關閉遊戲伺服器，伺服器正常關閉輸出：

2015/08/26 22:12:30 [release] Leaf closing down (signal: interrupt)

Hello Leaf

現在，在 LeafServer 的基礎上，我們來看看遊戲伺服器如何接收和處理網路訊息。

首先定義一個 JSON 格式的訊息（protobuf 類似）。開啟 LeafServer msg/msg.go 檔案可以看到如下程式碼：

package msg

import (
“github.com/name5566/leaf/network”
)

var Processor network.Processor

func init() {

}

Processor 為訊息的處理器（可由使用者自定義），這裡我們使用 Leaf 預設提供的 JSON 訊息處理器並嘗試新增一個名字為 Hello 的訊息：

package msg

import (
“github.com/name5566/leaf/network/json”
)

// 使用預設的 JSON 訊息處理器（預設還提供了 protobuf 訊息處理器）
var Processor = json.NewProcessor()

func init() {
// 這裡我們註冊了一個 JSON 訊息 Hello
Processor.Register(&Hello{})
}

// 一個結構體定義了一個 JSON 訊息的格式
// 訊息名為 Hello
type Hello struct {
Name string
}

客戶端傳送到遊戲伺服器的訊息需要通過 gate 模組路由，簡而言之，gate 模組決定了某個訊息具體交給內部的哪個模組來處理。這裡，我們將 Hello 訊息路由到 game 模組中。開啟 LeafServer gate/router.go，敲入如下程式碼：

package gate

import (
“server/game”
“server/msg”
)

func init() {
// 這裡指定訊息 Hello 路由到 game 模組
// 模組間使用 ChanRPC 通訊，訊息路由也不例外
msg.Processor.SetRouter(&msg.Hello{}, game.ChanRPC)
}

一切就緒，我們現在可以在 game 模組中處理 Hello 訊息了。開啟 LeafServer game/internal/handler.go，敲入如下程式碼：

package internal

import (
“github.com/name5566/leaf/log”
“github.com/name5566/leaf/gate”
“reflect”
“server/msg”
)

func init() {
// 向當前模組（game 模組）註冊 Hello 訊息的訊息處理函式 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 訊息
m := args[0].(*msg.Hello)
// 訊息的傳送者
a := args[1].(gate.Agent)

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 輸出收到的訊息的內容</span>
log.<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">Debug</span>(<span class="pl-s" style="color:rgb(3,47,98);"><span class="pl-pds">"</span>hello <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">%v</span><span class="pl-pds">"</span></span>, m.<span class="pl-smi">Name</span>)

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 給傳送者回應一個 Hello 訊息</span>
a.<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">WriteMsg</span>(&amp;msg.<span class="pl-smi">Hello</span>{
	Name: <span class="pl-s" style="color:rgb(3,47,98);"><span class="pl-pds">"</span>client<span class="pl-pds">"</span></span>,
})

}

到這裡，一個簡單的範例就完成了。為了更加清楚的瞭解訊息的格式，我們從 0 編寫一個最簡單的測試客戶端。

Leaf 中，當選擇使用 TCP 協議時，在網路中傳輸的訊息都會使用以下格式：


--------------
| len | data |
--------------

其中：

len 表示了 data 部分的長度（位元組數）。len 本身也有長度，預設為 2 位元組（可配置），len 本身的長度決定了單個訊息的最大大小
data 部分使用 JSON 或者 protobuf 編碼（也可自定義其他編碼方式）

測試客戶端同樣使用 Go 語言編寫：

package main

import (
“encoding/binary”
“net”
)

func main() {
conn, err := net.Dial(“tcp”, “127.0.0.1:3563”)
if err != nil {
panic(err)
}

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> Hello 訊息（JSON 格式）</span>
<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 對應遊戲伺服器 Hello 訊息結構體</span>
<span class="pl-smi">data</span> <span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">:=</span> []<span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">byte</span>(<span class="pl-s" style="color:rgb(3,47,98);"><span class="pl-pds">`</span>{</span>

“Hello”: {
“Name”: “leaf”
}
}`)

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> len + data</span>
<span class="pl-smi">m</span> <span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">:=</span> <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">make</span>([]<span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">byte</span>, <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">2</span>+<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">len</span>(data))

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 預設使用大端序</span>
binary.<span class="pl-smi">BigEndian</span>.<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">PutUint16</span>(m, <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">uint16</span>(<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">len</span>(data)))

<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">copy</span>(m[<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">2</span>:], data)

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 傳送訊息</span>
conn.<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">Write</span>(m)

}

執行此測試客戶端，遊戲伺服器輸出：


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.

測試客戶端傳送完訊息以後就退出了，此時和遊戲伺服器的連線斷開，相應的，遊戲伺服器輸出連線斷開的提示日誌（第二條日誌，日誌的具體內容和 Go 語言版本有關）。

除了使用 TCP 協議外，還可以選擇使用 WebSocket 協議（例如開發 H5 遊戲）。Leaf 可以單獨使用 TCP 協議或 WebSocket 協議，也可以同時使用兩者，換而言之，伺服器可以同時接受 TCP 連線和 WebSocket 連線，對開發者而言訊息來自 TCP 還是 WebSocket 是完全透明的。現在，我們來編寫一個對應上例的使用 WebSocket 協議的客戶端：

<script type=“text/javascript”>

var ws = new WebSocket(‘ws://127.0.0.1:3653’)



ws.onopen = function() {

    // 傳送 Hello 訊息

    ws.send(JSON.stringify({Hello: {

        Name: ‘leaf’

    }}))

}

</script>

儲存上述程式碼到某 HTML 檔案中並使用（任意支援 WebSocket 協議的）瀏覽器開啟。在開啟此 HTML 檔案前，首先需要配置一下 LeafServer 的 bin/conf/server.json 檔案，增加 WebSocket 監聽地址（WSAddr）：

{

“LogLevel”: “debug”,

“LogPath”: “”,

“TCPAddr”: “127.0.0.1:3563”,

“WSAddr”: “127.0.0.1:3653”,

“MaxConnNum”: 20000

}

重啟遊戲伺服器後，方可接受 WebSocket 訊息：

2015/09/25 07:50:03 [debug  ] hello leaf

在 Leaf 中使用 WebSocket 需要注意的一點是：Leaf 總是傳送二進位制訊息而非文字訊息。

Leaf 模組詳解

LeafServer 中包含了 3 個模組，它們分別是：

gate 模組，負責遊戲客戶端的接入
login 模組，負責登入流程
game 模組，負責遊戲主邏輯

一般來說（而非強制規定），從程式碼結構上，一個 Leaf 模組：

放置於一個目錄中（例如 game 模組放置於 game 目錄中）
模組的具體實現放置於 internal 包中（例如 game 模組的具體實現放置於 game/internal 包中）

每個模組下一般有一個 external.go 的檔案，顧名思義表示模組對外暴露的介面，這裡以 game 模組的 external.go 檔案為例：

package game

import (
“server/game/internal”
)

var (
// 例項化 game 模組
Module = new(internal.Module)
// 暴露 ChanRPC
ChanRPC = internal.ChanRPC
)

首先，模組會被例項化，這樣才能註冊到 Leaf 框架中（詳見 LeafServer main.go），另外，模組暴露的 ChanRPC 被用於模組間通訊。

進入 game 模組的內部（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() {

}

模組中最關鍵的就是 skeleton（骨架），skeleton 實現了 Module 介面的 Run 方法並提供了：

ChanRPC
goroutine
定時器

Leaf ChanRPC

由於 Leaf 中，每個模組跑在獨立的 goroutine 上，為了模組間方便的相互呼叫就有了基於 channel 的 RPC 機制。一個 ChanRPC 需要在遊戲伺服器初始化的時候進行註冊（註冊過程不是 goroutine 安全的），例如 LeafServer 中 game 模組註冊了 NewAgent 和 CloseAgent 兩個 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 來註冊 ChanRPC。RegisterChanRPC 的第一個引數是 ChanRPC 的名字，第二個引數是 ChanRPC 的實現。這裡的 NewAgent 和 CloseAgent 會被 LeafServer 的 gate 模組在連線建立和連線中斷時呼叫。ChanRPC 的呼叫方有 3 種呼叫模式：

同步模式，呼叫並等待 ChanRPC 返回
非同步模式，呼叫並提供回撥函式，回撥函式會在 ChanRPC 返回後被呼叫
Go 模式，呼叫並立即返回，忽略任何返回值和錯誤

gate 模組這樣呼叫 game 模組的 NewAgent ChanRPC（這僅僅是一個示例，實際的程式碼細節複雜的多）：

game.ChanRPC.Go(“NewAgent”, a)

這裡呼叫 NewAgent 並傳遞引數 a，我們在 rpcNewAgent 的引數 args[0] 中可以取到 a（args[1] 表示第二個引數，以此類推）。

更加詳細的用法可以參考 leaf/chanrpc。需要注意的是，無論封裝多麼精巧，跨 goroutine 的呼叫總不能像直接的函式呼叫那樣簡單直接，因此除非必要我們不要構建太多的模組，模組間不要太頻繁的互動。模組在 Leaf 中被設計出來最主要是用於劃分功能而非利用多核，Leaf 認為在模組內按需使用 goroutine 才是多核利用率問題的解決之道。

Leaf Go

善用 goroutine 能夠充分利用多核資源，Leaf 提供的 Go 機制解決了原生 goroutine 存在的一些問題：

能夠恢復 goroutine 執行過程中的錯誤
遊戲伺服器會等待所有 goroutine 執行結束後才關閉
非常方便的獲取 goroutine 執行的結果資料
在一些特殊場合保證 goroutine 按建立順序執行

我們來看一個例子（可以在 LeafServer 的模組的 OnInit 方法中測試）：

log.Debug(“1”)

// 定義變數 res 接收結果
var res string

skeleton.Go(func() {
// 這裡使用 Sleep 來模擬一個很慢的操作
time.Sleep(1 * time.Second)

<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 假定得到結果</span>
res = <span class="pl-s" style="color:rgb(3,47,98);"><span class="pl-pds">"</span>3<span class="pl-pds">"</span></span>

}, func() {
log.Debug(res)
})

log.Debug(“2”)

上面程式碼執行結果如下：

2015/08/27 20:37:17 [debug  ] 1

2015/08/27 20:37:17 [debug  ] 2

2015/08/27 20:37:18 [debug  ] 3

這裡的 Go 方法接收 2 個函式作為引數，第一個函式會被放置在一個新建立的 goroutine 中執行，在其執行完成之後，第二個函式會在當前 goroutine 中被執行。由此，我們可以看到變數 res 同一時刻總是隻被一個 goroutine 訪問，這就避免了同步機制的使用。Go 的設計使得 CPU 得到充分利用，避免操作阻塞當前 goroutine，同時又無需為共享資源同步而憂心。

更加詳細的用法可以參考 leaf/go。

Leaf timer

Go 語言標準庫提供了定時器的支援：

func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timer

AfterFunc 會等待 d 時長後呼叫 f 函式，這裡的 f 函式將在另外一個 goroutine 中執行。Leaf 提供了一個相同的 AfterFunc 函式，相比之下，f 函式在 AfterFunc 的呼叫 goroutine 中執行，這樣就避免了同步機制的使用：

skeleton.AfterFunc(5 * time.Second, func() {

// …

})

另外，Leaf timer 還支援 cron 表示式，用於實現諸如“每天 9 點執行”、“每週末 6 點執行”的邏輯。

更加詳細的用法可以參考 leaf/timer。

Leaf log

Leaf 的 log 系統支援多種日誌級別：

Debug 日誌，非關鍵日誌
Release 日誌，關鍵日誌
Error 日誌，錯誤日誌
Fatal 日誌，致命錯誤日誌

Debug < Release < Error < Fatal（日誌級別高低）

在 LeafServer 中，bin/conf/server.json 可以配置日誌級別，低於配置的日誌級別的日誌將不會輸出。Fatal 日誌比較特殊，每次輸出 Fatal 日誌之後遊戲伺服器程式就會結束，通常來說，只在遊戲伺服器初始化失敗時使用 Fatal 日誌。

我們還可以通過配置 LeafServer conf/conf.go 的 LogFlag 來在日誌中輸出檔名和行號：

LogFlag = log.Lshortfile

可用的 LogFlag 見：https://golang.org/pkg/log/#pkg-constants

更加詳細的用法可以參考 leaf/log。

Leaf recordfile

Leaf 的 recordfile 是基於 CSV 格式（範例見這裡）。recordfile 用於管理遊戲配置資料。在 LeafServer 中使用 recordfile 非常簡單：

將 CSV 檔案放置於 bin/gamedata 目錄中
在 gamedata 模組中呼叫函式 readRf 讀取 CSV 檔案

範例：

// 確保 bin/gamedata 目錄中存在 Test.txt 檔案

// 檔名必須和此結構體名稱相同（大小寫敏感）

// 結構體的一個例項對映 recordfile 中的一行

type Test struct {

// 將第一列按 int 型別解析

// “index” 表明在此列上建立唯一索引

Id  int “index”

// 將第二列解析為長度為 4 的整型陣列

Arr [4]int

// 將第三列解析為字串

Str string

}

// 讀取 recordfile Test.txt 到記憶體中
// RfTest 即為 Test.txt 的記憶體映象
var RfTest = readRf(Test{})

func init() {
// 按索引查詢
// 獲取 Test.txt 中 Id 為 1 的那一行
r := RfTest.Index(1)

<span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">if</span> r != <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">nil</span> {
	<span class="pl-smi">row</span> <span class="pl-k" style="color:rgb(215,58,73);">:=</span> r.(*Test)

	<span class="pl-c" style="color:rgb(106,115,125);"><span class="pl-c">//</span> 輸出此行的所有列的資料</span>
	log.<span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">Debug</span>(<span class="pl-s" style="color:rgb(3,47,98);"><span class="pl-pds">"</span><span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">%v</span> <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">%v</span> <span class="pl-c1" style="color:rgb(0,92,197);">%v</span><span class="pl-pds">"</span></span>, row.<span class="pl-smi">Id</span>, row.<span class="pl-smi">Arr</span>, row.<span class="pl-smi">Str</span>)
}

}

更加詳細的用法可以參考 leaf/recordfile。

				<script>
					(function(){
						function setArticleH(btnReadmore,posi){
							var winH = $(window).height();
							var articleBox = $("div.article_content");
							var artH = articleBox.height();
							if(artH > winH*posi){
								articleBox.css({
									'height':winH*posi+'px',
									'overflow':'hidden'
								})
								btnReadmore.click(function(){
									articleBox.removeAttr("style");
									$(this).parent().remove();
								})
							}else{
								btnReadmore.parent().remove();
							}
						}
						var btnReadmore = $("#btn-readmore");
						if(btnReadmore.length>0){
							if(currentUserName){
								setArticleH(btnReadmore,3);
							}else{
								setArticleH(btnReadmore,1.2);
							}
						}
					})()
				</script>
				</article>

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