网络游戏核心技术与实战

第0章　[ 快速入门] 网络游戏编程网络和游戏编程的技术基础001

0.1 　网络游戏开发者所需了解的网络编程基础003

0.1.1 　网络编程是必需的003

第0章　[ 快速入门] 网络游戏编程网络和游戏编程的技术基础001

0.1 　网络游戏开发者所需了解的网络编程基础003

0.1.1 　网络编程是必需的003

0.1.2 　网络编程与互联网编程003

0.1.3 　互联网编程的历史和思想004

0.1.4 　OSI 参考模型——透明地处理标准和硬件的变化004

0.1.5 　网络游戏系统及其层次结构005

0.1.6 　套接字API 的基础知识006

0.1.7 　网络游戏和套接字API——使用第4 　层的套接字API007

专栏 网络编程的特性和游戏架构的关系008

0.2　 套接字编程入门——处理多个并发连接、追求性能010

0.2.1 　通信链路的确定（复习）010

0.2.2 　套接字API 基础—— 一个简单的ECHO 服务器、ECHO 客户端示例011

0.2.3 　TCP 通信链路的状态迁移和套接字API012

0.2.4 　处理多个并发连接——通向异步套接字API 之路015

0.2.5 　同步调用（阻塞）和线程016

0.2.6 　单线程、非阻塞、事件驱动——使用select 函数进行轮询017

0.2.7 　网络游戏输入输出的特点——单线程、事件驱动、非阻塞018

0.2.8 　网络游戏和实现语言018

0.2.9 　充分发挥性能和提高开发效率——从实现语言到底层结构018

0.2.10 　发挥多核服务器的性能020

专栏 输入输出的实现方针和未来提高性能的可能性020

0.2.11 　多核处理器与网络吞吐量——网络游戏与小数据包021

0.2.12 　简化服务器实现——libevent025

0.3 　RPC 指南——最简单的通信中间件026

0.3.1 　通信库的必要性026

0.3.2 　网络游戏中使用的RPC 的整体结构028

0.3.3 　［补充］ UDP 的使用030

0.4　游戏编程基础 031

0.4.1 　游戏编程的历史031

0.4.2 　采用“只要能画点就能做出游戏”的方针来开发入侵者游戏031

0.4.3 　游戏编程的基本剖析032

0.4.4 　游戏编程精粹——不使用线程的“任务系统”040

0.4.5 　两种编程方法的相似性——不使用线程040

0.5 　小结041

专栏 确保开发效率和各平台之间的可移植性041

第1章　网络游戏的历史和演化游戏进入了网络世界043

1.1 　网络游戏的技术历史 045

1.1.1 　网络游戏出现前的50 年045

1.1.2 　20 世纪50 年代前：计算机诞生045

1.1.3 　20 世纪50 年代：早期的电子游戏046

1.1.4 　20 世纪60 年代：各种颇具影响的机器登上历史舞台046

1.1.5 　20 世纪70 年代：网络游戏的基本要素050

1.1.6 　20 世纪80 年代：网络对战游戏登场051

1.1.7 　20 世纪90 年代：游戏市场扩大052

1.1.8 　本世纪前10 　年的前期：网络游戏商业化055

1.1.9 　本世纪前10 　年的后半期：基于Web 浏览器的MMOG 在商业上获得成功056

1.1.10 　2010 　年之后：究竟会出现怎么样的游戏呢？057

1.2 　从技术变迁看游戏文化和经济圈057

1.2.1 　解读技术发展图057

1.2.2 　3 　个圈（三大范畴）057

1.2.3 　两个游戏经济／文化圈059

1.2.4 　文化、经济与技术的关系061

1.3　 小结062

专栏 成为出色的网络游戏开发程序员的条件062

第2章　何为网络游戏网络游戏面面观063

2.1 　网络游戏术语的定义 065

网络游戏的4 　个层面065

2.2 　网络游戏的物理层面 066

2.2.1 　物理构成要素066

2.2.2 　物理模式/ 物理上的网络构成067

2.3　 网络游戏的概念层面 069

2.3.1 　网络游戏及其基本结构069

2.3.2 　游戏进行空间——进行游戏时所需的所有信息070

2.3.3 　游戏的进展——游戏进行空间的变化070

2.3.4 　共享相同的游戏进展071

2.4 　网络游戏的商业层面 072

2.4.1 　商业层面的要求072

2.4.2 　有效地招募测试玩家——网络游戏与测试073

2.4.3 　不断更新——网络游戏的运营和更新074

2.4.4 　节约服务器数量和带宽——网络游戏开支的特殊性076

2.4.5 　从小规模开始，确保可扩展性—— 将风险降到最低，不要错过取胜的机会077

2.4.6 　提供多种收费方式——收费结算方式的变化077

2.4.7 　低价、快速地根除攻击者——攻击、非法行为及其对策079

2.4.8 　减少服务器停止的次数和时间——不要让玩家失望080

2.4.9 　反馈游戏结果——日志分析和结果的可视化082

2.4.10 　更容易地与其他玩家相遇——玩家匹配084

2.5 　网络游戏的人员和组织 085

2.5.1 　与网络游戏服务的运营相关的人员085

2.5.2 　网络游戏服务运营的3 　项专门职责086

2.5.3 　开发团队087

2.5.4 　运维团队089

2.6 　网络游戏程序员所需的知识 090

2.6.1 　网络游戏程序员所需的技术和经验090

2.6.2 　各种网络游戏开发知识095

2.7　支持网络游戏的技术的大类 095支持网络游戏的技术的4 　种形式096

2.8　影响开发成本的技术要素 097

2.8.1 　网络游戏与如今的开发技术097

2.8.2 　支持网络游戏主体的3 　大核心098

2.9 　小结102

专栏 网络游戏编程的最大难点103

第3章　网络游戏的架构挑战游戏的可玩性和技术限制 109

3.1　游戏编程的特性——保持快速响应111

3.1.1 　响应速度的重要性——时间总是不够的111

3.1.2 　将数据存放在内存中的理由——游戏编程真的有三大痛苦吗111

3.1.3 　A 每16 　毫秒变化一次——处理的信息及其大小111

3.1.4 　B 大量对象的显示——CPU 的处理能力114

3.1.5 　C 无法预测玩家的操作——游戏状态千变万化117

3.1.6 　必须将游戏数据放在CPU 所在的机器上117

3.2 　网络游戏特有的要素 118

3.2.1 　通信延迟——延迟对游戏内容的限制118

3.2.2 　带宽——传输量的标准120

3.2.3 　服务器——成本、服务器数量的估算121

3.2.4 　安全性——网络游戏的弱点121

3.2.5 　辅助系统（相关系统）125

3.3 　物理架构详解——C/S 架构、P2P 架构125

3.3.1 　基本的网络拓扑结构125

3.3.2 　物理架构的种类127

3.3.3 　C/S 架构——纯服务器型、反射型127

3.3.4 　P2P 架构129

3.3.5 　C/S ＋ P2P 混合型架构130

3.3.6 　ad-hoc 模式131

专栏 游戏客户端是什么131

3.4 　逻辑架构详解——MO 架构132

3.4.1 　MO、MMO 是什么？——同时在线数的区别132

3.4.2 　MO 架构、MOG133

3.4.3 　同步方式——获得全体玩家的信息后，游戏才能继续133

3.4.4 　同步方式/ 全网状结构的实现——所有终端都拥有主数据133

3.4.5 　同步方式/ 星型结构——暂时将输入信息集中到服务器上139

3.4.6 　异步方式——接受各终端上游戏状态的不一致142

3.4.7 　三大基本要素：自己、对手、环境——异步实现的指导方针143

3.4.8 　A 自己和对手——对战游戏和玩家之间往来数据的抽象程度144

3.4.9 　保持结果一致性的方法——两种覆盖方式148

3.4.10 　B 自己和环境——可使用物品的格斗游戏和互斥控制151

3.4.11 　互斥控制的实现——采用与同步方式类似的机制来实现异步方式152

3.4.12 　状态会自动变化的环境——静态环境和动态环境158

3.4.13 　C 对手和环境的关系162

3.5　逻辑架构详解——MMO 架构 163

3.5.1 　MMO 架构、MMOG——在大量玩家之间共享长期存在的游戏过程164

3.5.2 　MMOG 的结构165

3.5.3 　大型多人网络游戏（MMO）168

3.6　小结168

专栏 设法改善网页游戏的画面显示间隔169

第4章　[ 实践] C/S MMO 游戏开发长期运行的游戏服务器171

4.1　网络游戏开发的基本流程 173

4.1.1 　项目文档/ 交付物173

4.1.2 　开发的进行和文档准备的流程175

4.1.3 　技术人员的文档/ 交付物176

4.2　C/S MMO 游戏的发展趋势和对策177

4.2.1 　C/S MMO 游戏的特点177

4.2.2 　C/S MMO 架构（MMO 架构）特有的游戏内容177

4.3　策划文档和5 　种设计文档——从虚构游戏K Online 的开发中学习179

4.3.1 　考虑示例游戏的题材179

4.3.2 　详细设计文档180

4.3.3 　MMOG 庞大的游戏设定181

4.3.4 　5 　种设计文档182

4.3.5 　设计上的重要判断182

4.4　 系统基本结构图的制定184

4.4.1 　系统基本结构图的基础184

4.4.2 　服务器必须具有可扩展性——商业模式的确认184

4.4.3 　各种瓶颈——扩展方式的选择184

专栏 MMO 客户端特有的渲染性能瓶颈186

4.4.4 　解决游戏服务器/ 数据库的瓶颈187

4.4.5 　什么都不做的情况（1 　台服务器负责整个游戏世界）188

4.4.6 　空间分割法——解决游戏服务器的瓶颈189

4.4.7 　实例法——解决游戏服务器的瓶颈190

4.4.8 　平行世界方式——解决数据库瓶颈191

4.4.9 　同时采用多种方法——应对越来越多的玩家193

4.4.10 　各种方式的引入难度194

4.4.11 　各个世界中数据库（游戏数据库）服务器的绝对性能的提高194

4.4.12 　K Online 的设计估算——首先从同时在线数开始195

4.4.13 　根据游戏逻辑的处理成本来估算——敌人的行动算法需要消耗多少CPU196

4.1.14 　根据游戏数据库的处理负荷进行估算——找到“角色数据的保存频率”与“数据库负荷”的关系198

4.4.15 　可扩展性的最低讨论结果，追求进一步的用户体验199

4.4.16 　服务器的基本结构， 制定系统基本结构图200

4.5　 进程关系图的制定201

4.5.1 　进程关系图的准备201

4.5.2 　服务器连接的结构——只用空间分割法202

4.5.3 　服务器连接的结构——使用平行世界方式和空间分割法203

4.5.4 　使用平行世界方式进行扩展的关键点204

4.6　 带宽/ 服务器资源估算文档的制定205

4.6.1 　以进程列表为基础估算服务器资源205

4.6.2 　以CPU 为中心的服务器和以存储为中心的服务器208

4.6.3 　服务器资源的成本估算——首先从初期费用开始208

4.6.4 　带宽成本的估算209

4.6.5 　带宽减半的方针——首先是调整策划，然后在程序上下功夫210

4.6.6 　策划内容的分析对带宽的降低很有效211

4.7　 协议定义文档的制定——协议的基本性质211

4.7.1 　协议定义文档基础212

4.7.2 　“协议的基本性质”的要点212

4.7.3 　协议的种类、以及进程之间关系的种类213

4.7.4 　8 　种类型的协议213

4.7.5 　C/S MMO 采用TCP214

4.7.6 　与“协议的基本性质”的对应214

4.8　 协议定义文档——协议的API 规范（概要）217

4.8.1 　协议的实现原则217

4.8.2 　8 　种协议的功能/ 形式概述221

4.9　 协议定义文档——协议的API 规范（详细）223

4.9.1 　协议API 规范（详细）的制定224

4.9.2 　API 的函数定义224

4.9.3 　常量定义229

4.9.4 　API 的调用时序230

4.9.5 　时序图制定的要点238

4.10 　协议定义文档——数据包的格式238

4.10.1 　C/S MMO 主要采用TCP（复习）238

4.10.2 　C/S MMO 使用包含专用字节数组的二进制协议239

4.10.3 　二进制协议的实现——首先从术语的整理开始239

专栏 C/S MMO 的压缩和加密242

4.11 　数据库设计图242

4.11.1 　要在编程之前进行对重要的表进行设计242

4.11.2 　C/S MMO 中的数据库实现的历史变迁243

4.11.3 　整理K Online 所需的表245

专栏 百花缭乱的KVS246

4.11.4 　数据库性能预测250

4.12 　服务器/ 客户端软件 + 中间件——实践中不可或缺的开发基础254

4.12.1 　网络游戏的中间件254

4.12.2 　开发的基础软件——可以立刻尝试的C/S MMO 开发体验256

4.13 　程序开发中的基本原则 258

4.13.1 　如何开始编程、如何继续编程258

4.13.2 　数据结构优先原则——基本原则 　259

4.13.3 　实现数据结构之前的讨论——出现在画面上和不出现在画面上的元素262

4.13.4 　维持可玩状态的原则——基本原则 　263

4.13.5 　后端服务器的延后原则——基本原则 　264

4.13.6 　持续测定的原则——基本原则 　264

4.14 　C/S MMO 游戏K Online 的实现——编程开始！266

4.14.1 　开发的安排266

4.14.2 　K Online 中的分工计划267

4.14.3 　K Online 中“框架阶段”和“原型阶段”的区别268

4.14.4 　[ 步骤1～2] 框架～原型阶段269

专栏 每一步的进度管理形式272

4.14.5 　“不实际运行起来是不会理解的！”——游戏开发的特殊性274

专栏 C/C++ 以外的语言275

4.14.6 　框架的整体结构276

专栏 VCE 是什么278

4.14.7 　以怎样的顺序来编写代码280

4.14.8 　首先编写协议定义文件k.xml——开发流程 　280

4.14.9 　协议定义的要点281

4.14.10 　通信连通确认：ping 函数281

4.14.11 　账户登录和账户认证：signup 函数、authentication 函数283

4.14.12 　角色创建：createCharacter 函数284

4.14.13 　登录：login 函数285

4.14.14 　在地面上移动：move 函数、moveNotify286

4.14.15 　编写gmsv/Makefile——开发流程 　293

4.14.16 　从示例中复制gmsv/climain.cpp 和gmsvmain.cpp——开发流程 　.293

专栏 dbsv 服务器代码的自动生成297

4.14.17 　自动测试客户端autocli 的实现——开发流程 　300

专栏 gmsv 中线程的使用305

4.14.18 　图形客户端cli 的创建和运行确认——开发流程 　307

4.14.19 　框架之后的开发——开发流程、后续事项310

4.15 　总结310

第5章　 [ 实践] P2P MO 游戏开发

没有专用服务器的动作类游戏的实现 311

5.1　 P2P MO 游戏的特点和开发策略313

5.1.1 　P2P MO 和动作类游戏——游戏的状态频繁发生改变313

5.1.2 　RPC 和共享内存313

5.1.3 　P2P MO 游戏的特点——和c/s MMO 游戏的比较和难点314

5.1.4 　P2P MO 游戏的优点316

5.1.5 　从概要设计开始考虑［多人游戏模式］316

5.2 　J Multiplayer 游戏开发案例的学习——和K Online 的不同316

5.2.1 　J Multiplayer ——和K Online 的比较317

5.2.2 　P2P MO 游戏开发的基本流程317

5.2.3 　P2P MO 游戏开发的交付产品——开发各个阶段需要提交的资料317

5.2.4 　和C/S MMO 的数据量／规模的比较319

5.3 　P2P MO 游戏的设计资料 319

5.3.1 　系统基本结构图320

5.3.2 　进程关系图320

5.3.3 　带宽/ 服务器资源计算资料323

5.3.4 　通信协议定义资料和API 规格323

专栏 什么是“游戏逻辑”324

5.3.5 　带宽消耗量的估算327

5.3.6 　其他资料331

5.4　客户端/ 服务器软件+ 中间件、基本原则332

5.4.1 　P2P MO 开发的最终交付产品332

5.4.2 　P2P MO 中使用的中间件333

5.4.3 　编程时应该注意的基本原则——针对P2P MO 游戏333

5.5　 P2P MO 游戏J Multiplayer 的实现——正式开始编程334

5.5.1 　J Multiplayer 的编程计划334

5.5.2 　开发流程——K Online 的回顾334

5.5.3 　J Multiplayer 开发阶段——开发顺序和内容335

5.5.4 　第1 　阶段的要点335

5.5.5 　客户端程序的开发案例336

5.5.6 　“共享内存方式”的实现——开始编码337

5.5.7 　P2P MO 游戏开发中该如何防止发生竞争状态339

5.5.8 　共享内存开发方式该如何编码——共享内存开发方式和RPC 开发方式的比较343

5.5.9 　SyncValue 类347

专栏 数据中心的地理位置分布352

5.6　 支持C/S MO 游戏的技术[ 补充]353

5.6.1 　C/S MO 和NAT 问题353

5.6.2 　什么是NAT 问题353

5.6.3 　NAT 遍历——解决NAT 问题建立通信路径的技术353

5.6.4 　NAT 问题的实际解决方法355

5.6.5 　中继服务器356

5.6.6 　中继服务器的折衷方案356

5.7　 总结358

第6章　网络游戏的辅助系统完善游戏服务的必要机制....359

6.1　 辅助系统需要的各种功能 361

6.1.1 　现有服务提供的辅助系统功能361

6.1.2 　现有服务的功能一览363

6.1.3 　网页游戏开发方法和客户端游戏的开发方法365

6.2　 交流/ 通信功能 365

6.2.1 　玩家匹配 P2P MO 　365

6.2.2 　游戏大厅 P2P MO 　369

6.2.3 　中继服务器 P2P MO 　370

6.2.4 　聊天 P2P MO C/S MMO 　371

6.2.5 　邮件 P2P MO C/S MMO 　374

6.2.6 　好友列表 P2P MO C/S MMO 　374

6.2.7 　玩家状态 P2P MO C/S MMO 　375

6.2.8 　加锁服务器 P2P MO C/S MMO 　376

6.2.9 　黑名单 P2P MO C/S MMO 　377

6.2.10 　语音聊天 P2P MO C/S MMO 　378

6.3 　游戏客户端实现相关的辅助系统378

6.3.1 　玩家成绩管理 P2P MO C/S MMO 　378

6.3.2 　存储功能 P2P MO 　379

6.3.3 　（游戏客户端）更新 P2P MO C/S MMO 　380

6.3.4 　排行榜 P2P MO C/S MMO 　381

6.4　 运营辅助系统383

新闻发布 P2P MO C/S MMO 　383

6.5　付费相关的辅助系统 384

6.5.1 　付费认证 P2P MO C/S MMO 　384

6.5.2 　虚拟货币管理 P2P MO C/S MMO 　387

专栏 C/S MMO 游戏的收入388

6.6　 其他辅助功能390

6.6.1 　游戏数据浏览／查询工具 P2P MO C/S MMO 　390

6.6.2 　敏感词过滤 P2P MO C/S MMO 　392

6.7　 本章小结392

第7章　支持网络游戏运营的基础设施架构、负荷测试和运营393

7.1　基础设施架构的基础知识 395

7.1.1 　C/S MMO 和P2P MO 的基础设施（概要）395

7.1.2 　基础设施架构需要进行的工作 ——从开发整体来看395

7.1.3 　基础设施的成本估算396

7.1.4 　成本的概念、单位397

7.1.5 　网络游戏服务器在一定程度上可以接收的条件398

7.1.6 　硬件、信息设备398

7.1.7 　软件399

7.1.8 　数据中心相关的成本401

7.1.9 　服务费（数据中心以外）403

7.1.10 　网络带宽费403

7.1.11 　电费404

7.2　 开发者需要知道的基础设施架构技巧404

7.2.1 　服务规模的扩大/ 缩小——用户数和需要的基础设施规模404

7.2.2 　典型的环境404

7.2.3 　负荷曲线405

7.2.4 　面向开发者的基础设施架构要点407

7.2.5 　服务器部署407

7.2.6 　登台环境409

7.2.7 　服务器的监控、生死监控410

7.2.8 　日志输出/ 管理411

7.3　 K Online 、J Multiplayer 游戏的基础设施架构412

7.3.1 　K Online 的基础设施413

7.3.2 　J Multiplayer 的基础设施414

7.4　 负荷测试417

7.4.1 　负荷测试的准备417

7.4.2 　K Online 在生产环境的负荷测试417

7.4.3 　负荷测试时使用的服务器监控命令418

7.4.4 　J Multiplayer 在生产环境下的负荷测试422

7.5　 游戏上线423

7.5.1 　游戏上线前——从确认安全设定开始423

7.5.2 　游戏上线后——系统监控424

7.5.3 　服务器的组群化425

7.5.4 　故障发生时的应对427

7.6　 本章小结428

第8章　网络游戏的开发体制团队管理的挑战429

8.1　 游戏的策划内容和开发团队 网络游戏特有的挑战431

8.1.1 　游戏的策划内容是团队管理的关键431

8.1.2 　游戏数据的持久化431

8.1.3 　游戏中玩家之间的关系432

8.1.4 　游戏结果的共享范围433

8.1.5 　聊天系统的内容434

8.1.6 　维护和升级的计划434

8.1.7 　代码规模——如果需要迭代的代码过多就会遇到问题435

8.2　 网络游戏开发团队的实际情况——和一般软件开发相同的地方436

8.2.1 　工作分配436

8.2.2 　持续提升网络游戏程序员技能的方法438

8.2.3 　项目管理术——游戏开发和Scrum440

8.2.4 　开发环境的选择440

8.2.5 　项目的移交——理所当然的事情也需要仔细归纳总结441

8.3　 本章小结442

专栏 网络游戏开发的成本443

...

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