游戏开发笔记 - 通信协议

2023-02-27

全文 ≈ 767字 | 预计阅读时长 3分钟

在网络游戏中，通信协议是其中必不可少的组成部分。一个通信协议的大小、结构将与服务器负载及客户端延迟息息相关。

前言

游戏的通信协议，一般需要考虑 2 个部分：

网络传输协议
数据交换格式

网络传输协议

根据游戏类型的不同，网络传输协议选择也有些许不同。比如：

弱联网类型

单工/半双工通信协议：HTTP1.0、HTTP1.1

强联网、强交互类型

全双工通信协议：WebSocket、TCP

强联网、实时交互类型

UDP

单工、半双工及全双工通信协议的区别用 3 张图来表示一下，具体内容留到下篇学习笔记再水…

单工
drawing

半双工
drawing

全双工
drawing

数据交换格式

对于数据交换格式来说，需要解决的最主要的问题就是内容语义清晰，结构稳定，通俗地说不同的程序都可以稳定的解析并且知道怎样去处理它们。

对于数据结构，一般有以下几个选择：

可读性高，解析难度高

JSON

可读性高、易解析、体积小

Protocol Buffers

可读性差、易解析、体积特别小

在确定数据交换协议后，还需要制定数据交换的格式，保证数据不会出现歧义。比如下图这样的格式（未考虑加密）。

从左向右结构：头字节表示协议名称的长度、中间部分是协议名称、最后是协议的具体数据（可以是XML、JSON、PB等）。

实现逻辑

使用 WebSocket + PB 来实现一套通信协议，实现一个简易登录协议。

协议文件

syntax = "proto3";

package test;
option go_package = "./pb";

message C2S_Login {
    string username = 1;
    string password = 2;
}

message S2C_UserInfo {
    string username = 1;
    string message = 2;
}

服务端核心逻辑

agent := &Agent{
    Id:   conn.GetConnID(),
    Conn: conn,
}
for {
    // 读取消息
    msg, err := agent.Conn.Receive()
    if err != nil {
        break
    }
    switch msg.MessageType {
    case ws.BinaryMessage:
        cmd, p := packet.Decode(msg.Data)
        if cmd != "C2S_Login" {
            fmt.Println("非法协议", cmd)
            continue
        }
        req := &pb.C2S_Login{}
        proto.Unmarshal(p, req)
        fmt.Printf("登录用户: %s \n", req.Username)

        resp := &pb.S2C_UserInfo{
            Username: req.Username,
            Message:  "你好, " + req.Username,
        }
        agent.Send("S2C_UserInfo", resp)
    default:
        fmt.Printf("消息类型不支持: %d \n", msg.MessageType)
    }
}

packet/packet.go

package packet

import (
    "bytes"
    "encoding/binary"
)

func Encode(cmd string, p []byte) []byte {
    buffer := &bytes.Buffer{}
    // 2字节，协议名称长度
    buffer.Write(shortBytes(uint16(len(cmd))))
    // 协议名称
    buffer.WriteString(cmd)
    // 协议内容
    buffer.Write(p)
    return buffer.Bytes()
}

func Decode(p []byte) (string, []byte) {
    buffer := bytes.NewBuffer(p)
    // 2字节，协议名称长度
    headLen := make([]byte, 2)
    buffer.Read(headLen)
    // 协议名称
    cmdLen := readShort(headLen)
    cmd := make([]byte, cmdLen)
    buffer.Read(cmd)
    // 协议内容
    var bytes []byte
    if l := buffer.Len(); l > 0 {
        bytes = make([]byte, l)
        buffer.Read(bytes)
    }
return string(cmd), bytes
}

func readShort(b []byte) uint16 {
    return binary.BigEndian.Uint16(b)
}

func shortBytes(i uint16) []byte {
    bytes := make([]byte, 2)
    binary.BigEndian.PutUint16(bytes, i)
    return bytes
}

附上完整实现：
protocol-demo