为MMORPG添加离线模式和自定义服务器

# 为 MMORPG 添加离线模式和自定义服务器 来源：https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/ 最近，**Stop Killing Games** 运动获得了大量关注，也引发了许多争论（以及口水战）。虽然我并没有计划关闭我自制的 MMORPG *Trolddom*，但它启发我去研究如何让它“防关闭”——通过添加离线模式和支持自定义服务器。当时看来，这就像是一个有趣的小型夏日插曲项目。在这篇博客中，我将详细介绍最终达成目标所面临的挑战。 ## 我们自家的 WoW 先明确一下定义：所谓 *离线模式*，是指在没有联网的情况下，像单机游戏一样在本地 PC 上运行游戏。而 *自定义服务器*，则是指允许玩家自行运行整个服务器环境。 ## 先生，这可是个 MMORPG⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#sir-this-is-an-mmorpg) 如今，大多数多人游戏似乎都围绕着 *在线服务* 商业模式来设计。即使是那些本质上以短时多人对战为核心的游戏，现在也常常被做成强制在线游戏，不支持玩家自建服务器。这种情况已经持续很久了，因为在竞争日益激烈的游戏行业中，企业不断寻找盈利方式。随着这么多游戏与在线服务紧密绑定，许多玩家对整个局面感到相当失望。不过，我不想浪费宝贵的博客篇幅来过多抱怨这个话题，毕竟似乎已经被人说烂了。我的观点其实无关紧要。对我来说，这更多是一种技术挑战，触发了我“写一堆代码看看会怎样”的本能。 但为什么要在 MMORPG 中加上离线模式甚至自定义服务器呢？大多数人可能都会同意，MMORPG 正是那种强制在线才合理的一个游戏类型。从商业角度来看，很容易认为这是个相当愚蠢的主意。幸运（或不幸）的是，我并不太受“是否愚蠢”这种观念的束缚，所以让我们直接开始吧。 ## Trolddom 的架构⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#architecture-of-trolddom) 我从未打算让 Trolddom 能够“脱离在线服务”，因此在搭建整体结构时并未为此做准备。显然，这也适用于当今大多数在线游戏。根据各种因素，为现有在线游戏添加这些功能可能相当容易、几乎不可能，或者介于两者之间。我最初的假设是，它会更接近“容易”的那一端，主要是因为毕竟这只是个单人项目，复杂度远低于某些疯狂的 AAA 游戏。但结果通常比我想象的更复杂。 为了提供一个结构化的概述，我们先从 *在线服务* 的角度来看游戏的整体架构。 ### 微服务 整个流程最好通过（简化的）分步说明来解释：玩家（客户端）如何启动游戏并进入世界： 1. **客户端** 从 **Steam** 获取一个 *已加密的应用程序票据*。它包含玩家的唯一 *Steam ID*，并证明玩家拥有该游戏。 2. **客户端** 连接到 **网关**，使用 *已加密的应用程序票据* 进行身份验证。网关会解密票据，检查其有效性，并提取 *Steam ID*。然后它查询 **PostgreSQL** 数据库中的账户。如果账户不存在，则创建它。**网关** 创建一个加密的 *身份验证令牌*，其中包含与账户关联的 *账户 ID*，并将其返回给客户端。这个 *身份验证令牌* 用于客户端与其他微服务进行身份验证。 3. **客户端** 从 **网关** 获取领域列表，并展示给用户（如果只有一个领域，则自动选中）。 4. 当玩家选择了领域后，**客户端** 连接到托管该领域的 **领域** 服务。领域会话管理所有已连接客户端的列表。 5. 如果领域会话尚未激活，**领域** 会通过 **锁** 对领域数据施加锁定，然后从 **Blob** 加载数据。这些领域数据包含领域的持久状态，例如神祇的势力排名等。 6. **领域** 会在成功连接后通知 **客户端**（如果存在队列，可能不会立即通知）。 7. **客户端** 随后向 **网关** 请求与当前领域关联的角色列表。玩家可以看到选择或管理角色的选项。**客户端** 还会连接到 **消息** 交换中心，允许客户端之间传递异步消息（例如邀请）。 8. 玩家选择一个角色，这将使 **客户端** 向 **网关** 请求一个 *角色令牌*。该令牌包含关于角色的信息，例如当前地图和唯一的 *角色 ID*。 9. *角色令牌* 被提交给 **领域** 作为生成请求。服务器会尝试确定要将玩家分配到的请求地图的哪个实例。如果没有可用实例，或所有实例都已满载，则会在合适的 **游戏** 服务器上创建一个新实例。 10. **客户端** 连接到分配到的 **游戏** 服务器，并告知它想要的实例。为玩家创建一个会话。 11. 如果该实例当前未在 **游戏** 上激活且需要创建，服务器会先通过 **锁** 锁定实例数据，然后从 **Blob** 获取数据。这些实例数据包含持久信息，例如地下城的哪些首领已死亡。 12. **游戏** 通过 **锁** 锁定角色数据，并从 **Blob** 获取数据。 13. **客户端** 开始从 **游戏** 接收游戏更新。在玩家连接期间，服务器会定期将更新的角色数据保存回 **Blob**。 14. 当玩家登出时，**游戏** 会确保最新的角色数据被保存，然后通过 **锁** 解锁。 哇，即使大大简化，这也是一大堆内容。我还省略了一些用于监控和日志记录的微服务。主要结论是：我们有一堆微服务，以及遍布各处的连接。**Blob** 和 **Lock** 分别封装了 Jelly (https://github.com/demogorgon1/jelly) 的 blob 节点和锁节点。我之前在早些的博客文章 (https://plantbasedgames.io/blog/posts/01-mmorpg-data-storage-part-one/) 中详细讲述过数据存储。**Group** 处理玩家队伍、公会、团队等的持久状态。 如今使用微服务似乎是默认做法，但对于像 Trolddom 这样的游戏来说，很容易被认为是过度工程。另一种选择是只用一个不可扩展的单一服务器来处理一切，在同样的托管成本下，它仍然可以处理数千名并发玩家。不用说，我从未让这么多玩家同时在线过。不过，我喜欢用 *正确的方式* 做事，所以我把架构设计得相当可扩展。主要的限制因素是同一开放世界地图（或实例）上的并发玩家数量，这与其说是技术限制，不如说是游戏玩法限制。当一百名玩家试图争夺同一个怪物刷新点时，体验会很糟糕。 ## 微服务管理⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#microservice-management) 微服务究竟指什么？通常，一个微服务对应运行在云中某台虚拟机上的一个进程。通常你会在同一台虚拟机上运行多个微服务。如果你的玩家人数不多，你可能可以把所有东西都运行在同一台虚拟机上。后来，如果你足够幸运，玩家过多，你可以启动更多虚拟机并分散你的微服务。你可能还想运行同一个微服务的多个实例（例如更多的 **游戏** 服务器）。这都很好，但在部署微服务时，如果同一台机器上有大量不同的进程，可能会很麻烦。如果只有一个进程，事情会简单得多，而我喜欢简单，因为我懒。因此，我有了一个 *服务器模块管理器*，它实质上管理在同一个进程内运行的一组微服务。缺点是，如果一个微服务发生段错误，它会使所有其他微服务一起崩溃。如果我真的担心这个问题，我会把 **游戏**（最复杂也最容易崩溃的）微服务隔离到自己的进程中。到目前为止，这还不是什么大问题。 ### 单服务器进程 上面的图展示了这种 *单服务器进程* 方法，通过使用 *服务器模块管理器* 实现。那么，为什么这很重要？嗯，这样管理微服务的一个巨大好处是，在我的特殊 *开发模式* 游戏构建中，我可以在同一个进程中运行所有内容——客户端和所有后端。能够在 Visual Studio 中按 F5 启动并同时调试所有内容，这非常有用。 ## 那不就是离线模式吗？⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#isnt-that-already-an-offline-mode) 现在我们对工作原理有了一个不错的表面了解，是时候看看如何为游戏添加离线模式和自定义服务器支持了。 ### 开发模式客户端 乍一看，*开发模式* 构建的客户端就已经像是离线模式，但请注意，它需要一个 **PostgreSQL** 服务器才能运行。PostgreSQL 用于许多不同的数据，而不仅仅是账户：游戏内邮件、拍卖行、角色列表、公会名称、全局唯一 ID 的生成、实例锁定等等。我们不能要求想玩 Trolddom 的玩家都安装 **PostgreSQL**，所以我们需要以某种方式摆脱它。所有不同节点（进程内）之间的众多连接也有问题。虽然它仍然能工作，但一款单机游戏需要监听多个端口，这看起来有点奇怪。如果玩家有防火墙，可能会弹出令人困惑的提示，或者干脆静默地阻止连接。当然，有些微服务在单机环境下没有意义。你不会拥有公会成员，也不会有人在拍卖行购买你的东西。我们当然可以在离线模式下禁用很多功能，但不是全部。此外，这意味着需要更改或重构大量代码，并且需要到处进行“我们是否处于离线模式？”的检查。从一个懒惰的开发者角度来看，尽可能保持原样要方便得多。 ## 离线模式网络⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#offline-mode-networking) 然而，摆脱网络连接感觉是必不可少的。我们怎么做呢？如果我一开始就考虑到这一点，也许我会创建某种网络抽象层，网络上的节点可以通过它相互传递消息。对于像我这样喜欢过度工程化的人来说，这样的抽象层似乎有点酷。想象一下所有这些节点相互传递消息，却对实际传递方式一无所知。这对于没有真实网络的自动化测试也很有用。但话说回来，我在这里是为了拼凑一个完整的 MMORPG，而不仅仅是为了酷而写代码。 ### TCP 连接 大多数网络实现都是这样工作的。每个微服务都有对应的客户端代码，例如 **网关** 服务有一个 **GatewayClient**，它封装了与服务器通信所需的所有逻辑。**GatewayClient** 对象负责维护一个 **TCPConnection** 对象，该对象包装了一个消息流和一个连接到服务器的套接字。这非常直接简单。如果我们想抽象掉 **TCPConnection**，并用一个更高级的消息传递机制替换它，事情会变得复杂得多。但我们的离线模式呢？要消除这些真实连接，最小且最不侵入的更改是什么？对我来说，明显的解决方案是简单地将代码的最低层部分替换成其他东西。换句话说，使用某种假套接字。我四处看了看，没有找到我喜欢的，所以我最终创建了自己的小型 C 库：fake-socket (https://github.com/demogorgon1/fake-socket)。它基本上可以当作普通 Unix 套接字 API 的直接替代品。工作原理基本相同，但（假）套接字只能在同一个进程内连接。如果你想尝试这个库，请注意我只实现了 Trolddom 实际需要的功能（非阻塞 IPv4 TCP 套接字）。当我开始做这件事时，我天真地预测编写（和测试）*fake-socket* 会是整个过程中最耗时的一部分。当然，事实并非如此。 ## 数据库的乐趣⌗ (https://plantbasedgames.io/blog/posts/09-adding-offline-mode-and-custom-servers-to-an-mmorpg/#fun-with-databases) 嵌入 **SQLite** (https://www.sqlite.org/) 似乎是避免 **PostgreSQL** 的明显解决方案。它是一个非常简洁的小型数据库，可以直接嵌入到程序中。幸运的是，我已经将所有数据库查询抽象到单独的 C++ 模块中，所以我认为只需要两个实现：一个用于 **PostgreSQL**，一个用于 **SQLite** 就够了。然后我打开 SQL 表定义文件，发现里面有 14 个不同的表，包含各种奇怪的东西。如何将所有表转换为能在 SQLite 中工作的格式？一想到要费力地重新创建每个表为 SQLite 兼容的 SQL 定义，我就感到很不舒服。我还考虑到，游戏的后期版本可能需要对表定义进行更改。玩家会在本地 PC 上拥有离线模式的数据库，这基本上要求游戏能够自动将旧数据库升级到新的表定义。这将需要编写大量烦人的代码，我宁愿避免。是时候再走个捷径了。 基本上，*SQLite* 后端不需要那么优化。它不需要支持我对数千名并发玩家的不切实际的幻想。一个很好的简化方法是，对于所有列都使用文本字符串。这样，表定义可以（主要）简化为一个表示列名的字符串列表。在初始化时，它可以简单地添加任何尚未存在的列。*accounts* SQLite 表可以像这样在代码中定义： ``` m_sqliteAccounts = aSQLiteManager->GetTable("accounts"); m_sqliteAccounts->Init( "account_id", { "username", "steam_id", "create_time", "banned_until_time", "permaban", "ban_message", "super_user", "token_id", "password_hash", "password_salt" } ); ``` 主键列（此处为 *account_id*）得到特殊处理，总是自增整数。没有创建其他索引，因此某些查询可能会非常慢。不幸的是，我无法避免将每个查询转换为适用于 *SQLite* 的工作形式。有些查询非常……