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标题:
从零开始搭建游戏服务器 第一节 创建一个简单的服务器架构
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作者:
郭卫东
时间:
2024-7-23 16:19
标题:
从零开始搭建游戏服务器 第一节 创建一个简单的服务器架构
弁言
由于现在java web太卷了，所以各位偕行可以考虑换一个赛道，做游戏还是很开心的。
本篇教程给新人用于学习游戏服务器的根本知识，给新人们一些学习方向，有什么错误的地方欢迎各位偕行举行讨论。
技术选型
开发语言Java
目前主流的游戏服务器开发语言有C+lua(skynet)、C++、Python、Go、Java。
在广州有些公司习惯使用Erlang。
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缓存数据库Redis
基本上是唯一的选择，部分小公司制作滚服的游戏由于每个服务器人数不多所以不上Redis。
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持久化数据库MongoDB
也有部分使用MySQL，最近面试的公司比较多都从MySQL转到MongoDB。我进入公司后也着手将公司内的DB服改造成了使用MongoDB的存储服务。
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架构设计
团体服务器架构计划使用比较主流的 登录服 + 游戏服 的分布式架构。
登录服用来接收客户端连接，并将其上传的数据发送到对应的游戏服。
可以有多个登录服+多个游戏服用于负载平衡。
正文
本着先完成再完美的原则，从最简单的echo服务器开始。
Echo服务器就是，客户端发什么数据，服务端就原样返回归去。
创建底子架构
IDEA创建项目
我这边用Gradle举行依赖管理，使用的版本为 gradle8.1.1, openjdk17+.
我开发的时候习惯使用最新版本的，所以openjdk我已经升级到20了，不过根本不会用到17以上的特性，所以没有20的用17也足够。
修改build.gradle导入几个底子开发包。
同样的我用的包也都是导入最新的稳定包。
subprojects { // 使用多模块开发，主gradle配置加上subprojects
// ...
dependencies {
//spring
implementation 'org.springframework:spring-context:6.1.4'
//netty
implementation 'io.netty:netty-all:4.1.107.Final'
//日志
implementation group: 'org.slf4j', name: 'slf4j-api', version: '1.7.36'
implementation group: 'ch.qos.logback', name: 'logback-core', version: '1.4.12'
implementation group: 'ch.qos.logback', name: 'logback-access', version: '1.2.11'
implementation group: 'ch.qos.logback', name: 'logback-classic', version: '1.4.14'
implementation group: 'net.logstash.logback', name: 'logstash-logback-encoder', version: '7.4'
//Akka
implementation group: 'com.typesafe.akka', name: 'akka-actor-typed_3', version: '2.8.5'
//lombok
compileOnly 'org.projectlombok:lombok:1.18.30'
annotationProcessor 'org.projectlombok:lombok:1.18.30'
}
}
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配置多模块
将创建出来的src目次删除，然后按ctrl+alt+shift+s打开项目配置。
在Modules目次下为根项目添加多个module，分别为
client: 测试用的客户端程序
common: 通用模块，通用的代码放在这个模块下面
gameServer: 游戏服模块
loginServer: 登录服模块
前置开发
先在common模块配置一个服务启动器基类BaseMain
@Slf4j
public abstract class BaseMain {
public boolean shutdownFlag = false;
protected void init() {
initServer();
initListenConsoleInput();
}
/**
* 初始化控制台输入监听
*/
private void initListenConsoleInput() {
//region 处理控制台输入，每秒检查一遍 shutdownFlag，为true就跳出循环，执行关闭操作
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
while (true) {
if (this.shutdownFlag) {
log.info("收到kill-15信号,跳出while循环，准备停服");
break;
}
//线程休眠一秒
try {
Thread.sleep(1000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//处理控制台指令
try {
if (br.ready()) {
String str = br.readLine().trim();
log.info("后台指令: {}", str);
if ("stop".equals(str)) {
this.shutdownFlag = true;
} else {
handleBackGroundCmd(str);//子类实现
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
log.error("执行命令失败:遇到致命错误");
}
}
//endregion
//region 关闭服务器前执行的逻辑,加上try-catch防止异常导致无法关服
try {
onShutdown();
} catch (Exception e) {
log.error("执行关闭服务器逻辑出现异常了！！！！", e);
}
//endregion
}
/**
* 虚方法：处理控制台传过来的指令
* @param cmd 指令
*/
protected abstract void handleBackGroundCmd(String cmd);
/**
* 服务器关闭时的操作
*/
protected void onShutdown(){}
/**
* 各个服务初始化要做的事情
*/
protected abstract void initServer();
}
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这个抽象类规定了服务器生命周期需要实现的方法
并且实现了initListenConsoleInput()使得程序可以接收控制台中输入的指令。
创建一个SpringUtils，用于快速获取Spring中的bean
@Component
@Lazy(false)
public class SpringUtils implements ApplicationContextAware {
private static ApplicationContext context;
@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) {
context = applicationContext;
}
/**
* 通过字节码获取
* @param beanClass Class
* @return bean
*/
public static <T> T getBean(Class<T> beanClass) {
return context.getBean(beanClass);
}
public static <T> T getBean(String beanName) {
return (T) context.getBean(beanName);
}
}
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SpringUtils实现了ApplicationContextAware接口，在程序启动时会自动调用setApplicationContext加载applicationContext。
后面要获取某个bean就使用SpringUtils.getBean就可以。
日志系统配置logback.xml 这部分先不讲。
登录服开发
现在回到loginServer模块中举行开发。
先将common模块导入到loginServer的依赖中。
修改loginServer模块下的build.gradle
dependencies {
implementation project(path: ':common')
}
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创建Bean配置类
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = {"org.login", "org.common"}) // 扫描包需要包括login服和common模块的包名
public class LoginBeanConfig {
}
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创建主类
@Component
@Slf4j
public class LoginMain extends BaseMain{
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(LoginBeanConfig.class);
context.start();
LoginMain loginMain = SpringUtils.getBean(LoginMain.class);
loginMain.init();
System.exit(0);
}
@Override
protected void initServer() {
log.info("LoginServer start!");
}
@Override
protected void handleBackGroundCmd(String cmd) {}
@Override
protected void onShutdown() {
log.warn("LoginServer is ready to shutdown.");
}
}
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运行一下，正常输出LoginServer start！
运行Netty服务
要与客户端举行TCP连接，需要建立socket通道，然后通过socket通道举行数据交互。
传统BIO一个线程一个连接，有新的连接进来时就要创建一个线程，并持续读取数据流，当这个连接发送任何哀求时，会对性能造成严重浪费。
NIO一个线程通过多路复用器可以监听多个连接，通过轮询判断连接是否有数据哀求。
Netty对java原生NIO举行了封装，简化了代码，便于我们的使用。
Netty的包我们之前已经导入过了。
起首我们在common模块创建一个Netty自界说消息处置惩罚类。
package org.common.netty;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
/**
* netty消息处理器基类
*/
public abstract class BaseNettyHandler extends SimpleChannelInboundHandler<byte[]> {
}
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再创建一个NettyServer用来启动netty服务
package org.common.netty;
import ...
/**
* netty服务器
*/
@Slf4j
public class NettyServer {
private final BaseNettyHandler handler;
public NettyServer(BaseNettyHandler handler) {
this.handler = handler;
}
public void start(int port) {
final EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
final EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.group(boss, worker);
bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
bootstrap.option(ChannelOption.SO_REUSEADDR, true);//允许重用端口
bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 512);//允许多少个新请求进入等待
bootstrap.option(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);//是否使用内存池
bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
bootstrap.childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, false);
bootstrap.childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);//是否使用内存池
bootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
// ---------- 解码器 -------------
// 1. 读取数据的长度
pipeline.addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(10 * 1024 * 1024, 0, 4, 0, 4));
// 2. 将ByteBuf转成byte[]
pipeline.addLast(new ByteToMessageDecoder() {
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
if (in.isReadable()) {
byte[] bytes = new byte[in.readableBytes()];
in.readBytes(bytes);
out.add(bytes);
}
}
});
// ---------- 编码器 --------------
// 2. 添加数据的长度到数据头
pipeline.addLast(new LengthFieldPrepender(4));
// 1. 将打包好的数据由byte[]转成ByteBuf
pipeline.addLast(new MessageToByteEncoder<byte[]>() {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, byte[] msg, ByteBuf out) throws Exception {
out.writeBytes(msg);
}
});
// ---------- 自定义消息处理器 -----------
pipeline.addLast(handler);
}
});
bootstrap.bind(port).sync();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
boss.shutdownGracefully();
worker.shutdownGracefully();
}));
log.info("Start NettyServer ok!");
}
}
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要注意编码器和解码器的入栈顺序。
当接收到消息时，数据会重新向后流入解码器；当发送消息时，会从尾向前流入编码器。
回到loginServer模块，
我们先添加一个配置类用于配置绑定端口login.conf
player.port=8081
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创建配置类LoginConfig
/**
* 登录服配置文件
*/
@Getter
@Component
@PropertySource("classpath:login.conf")
public class LoginConfig {
@Value("${player.port}")
private int port;
}
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loginServer的自界说消息处置惩罚器LoginNettyHandler
@Slf4j
@ChannelHandler.Sharable
public class LoginNettyHandler extends BaseNettyHandler {
/**
* 收到协议数据
*/
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, byte[] msg) throws Exception {
log.info(new String(msg));
ctx.channel().writeAndFlush(msg);
}
/**
* 建立连接
*/
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
InetSocketAddress address = (InetSocketAddress) ctx.channel().remoteAddress();
String ip = address.getAddress().getHostAddress();
if (ctx.channel().isActive()) {
log.info("创建连接—成功:ip = {}", ip);
}
}
/**
* 连接断开
*/
@Override
public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
log.info("连接断开");
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
if (cause instanceof ClosedChannelException) {
return;
}
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
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这个自界说消息处置惩罚类将在接收到消息时，将byte[]数据还原成String。
在bean配置类中添加NettyServer的bean
@Bean
NettyServer socketServer() {
LoginNettyHandler handler = new LoginNettyHandler();
return new NettyServer(handler);
}
复制代码
修改LoginMain的initServer方法
protected void initServer() {
LoginConfig config = SpringUtils.getBean(LoginConfig.class);
// netty启动
NettyServer nettyServer = SpringUtils.getBean(NettyServer.class);
nettyServer.start(config.getPort());
log.info("LoginServer start!");
}
复制代码
我们当我们启动LoginMain时，创建了一个Netty服务器，同时绑定了端口8081。然后程序不绝循环监听控制台输入直到输入stop时停机。
我们要注意一下initChannel这块代码，添加了netty自带的长度编码器和解码器，他会在消息头部插入一个消息体的长度，方便程序知道一次协议发送的数据长度。然后添加了ByteBuf转byte[]解码器和byte[]转ByteBuf的编码器，因为我们后面的自界说消息处置惩罚使用byte[]，所以直接在这里举行转换。最后我们添加了一个自界说的消息处置惩罚器LoginNettyHandler用来将收到的信息打印。
至此服务端Netty接入完毕，我们下面编写一个客户端举行测试。
编写客户端举行测试
到client模块举行开发。
创建Netty客户端NettyClient
@Slf4j
@Component
public class NettyClient {
private Channel channel;
public void start(String host, int port) {
final EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group);
bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
// ---------- 解码器 -------------
// 1. 读取数据的长度
pipeline.addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(10 * 1024 * 1024, 0, 4, 0, 4));
// 2. 将ByteBuf转成byte[]
pipeline.addLast(new ByteToMessageDecoder() {
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
if (in.isReadable()) {
byte[] bytes = new byte[in.readableBytes()];
in.readBytes(bytes);
out.add(bytes);
}
}
});
// ---------- 编码器 --------------
// 2. 添加数据的长度到数据头
pipeline.addLast(new LengthFieldPrepender(4));
// 1. 将打包好的数据由byte[]转成ByteBuf
pipeline.addLast(new MessageToByteEncoder<byte[]>() {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, byte[] msg, ByteBuf out) throws Exception {
out.writeBytes(msg);
}
});
// ---------- 自定义消息处理器 -----------
pipeline.addLast(new SimpleChannelInboundHandler<byte[]>() {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, byte[] msg) throws Exception {
log.info(new String(msg));
ctx.channel().writeAndFlush(msg);
}
});
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.connect(new InetSocketAddress(host, port)).sync();
channel = future.channel();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(group::shutdownGracefully));
log.info("Start NettyClient ok!");
}
public void send(byte[] data) {
channel.writeAndFlush(data);
}
}
复制代码
与服务端的区别在于：
只有一个group用于数据处置惩罚。
使用的是Bootstrap而非ServerBootstrap。
最后使用的是bootstrap.connect创建连接到指定地址而非bootstrap.bind。
创建ClientMain类，继承BaseMain。
@Component
@Slf4j
public class ClientMain extends BaseMain {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ClientBeanConfig.class);
context.start();
ClientMain clientMain = SpringUtils.getBean(ClientMain.class);
clientMain.init();
System.exit(0);
}
@Override
protected void handleBackGroundCmd(String cmd) {
if (cmd.equals("test")) {
NettyClient nettyClient = SpringUtils.getBean(NettyClient.class);
nettyClient.send("test".getBytes());
}
}
@Override
protected void initServer() {
ClientConfig config = SpringUtils.getBean(ClientConfig.class);
//netty启动
NettyClient nettyClient = SpringUtils.getBean(NettyClient.class);
nettyClient.start(config.getHost(), config.getPort());
}
}
复制代码
测试一下，我们先运行服务器，再运行客户端。
在客户端控制台下输入test，就会向服务端发送数据“test”。
服务端收到消息后会原路返回给客户端。
可以乐成举行信息交互
总结
本节一共做了这么几件事：
项目的初步创建，通过build.gradle举行多模块依赖包的管理。
Netty服务器的启动，并且不绝监听控制台输入，客户端上行数据的读取。
编写测试用客户端，与服务器举行数据交互。
下一节将举行注册登录的开发，内容将会比较多，感兴趣的点点关注或者留言评论。
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