第一部分 一個(gè)普通網(wǎng)絡(luò)模塊的接法的網(wǎng)絡(luò)模塊

　　大部分項(xiàng)目對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求都比較簡(jiǎn)單。主要需要滿足登錄、購(gòu)買、顯示背包物品等低頻的協(xié)議請(qǐng)求。面對(duì)這部分需求，只要一個(gè)普通的網(wǎng)絡(luò)模塊就可以搞定。

　　網(wǎng)絡(luò)模塊的接法我們就先從這一部分開(kāi)始，編寫(xiě)一個(gè)普通的網(wǎng)絡(luò)模塊。

　　1

　　模塊設(shè)計(jì)

　　1.1

　　重要

　　網(wǎng)絡(luò)模塊的重要性，無(wú)須多言。

　　1.2

　　神秘

　　一個(gè)項(xiàng)目的模塊很多，但是網(wǎng)絡(luò)模塊只有一個(gè)。再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模塊的重要性，所以，大部分新來(lái)的同學(xué)，都沒(méi)有機(jī)會(huì)做網(wǎng)絡(luò)模塊。

　　兩個(gè)項(xiàng)目的背包模塊幾乎無(wú)法相同，但是網(wǎng)絡(luò)模塊卻幾乎通用。繼續(xù)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模塊的重要性，所以一個(gè)項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)模塊大概只會(huì)在——曾經(jīng)做過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊的同學(xué)——手里不斷重構(gòu)和完善，最后幾乎可以與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)。于是，大部分已經(jīng)工作一段時(shí)間的同學(xué)，再也沒(méi)有機(jī)會(huì)做網(wǎng)絡(luò)模塊。

　　我遇到很多新老同學(xué)過(guò)來(lái)打聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的情況。大家覺(jué)得它很神秘，躍躍欲試，卻不知從何入手。

　　現(xiàn)在就有一個(gè)機(jī)會(huì)，我們一起來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊。

　　1.3

　　簡(jiǎn)單

　　其實(shí)網(wǎng)絡(luò)模塊沒(méi)有什么神秘。它的一般性框架是這樣的（火影手游的PVP網(wǎng)絡(luò)模塊是專用的網(wǎng)絡(luò)模塊，詳見(jiàn)我之前的文章，以及后續(xù)的教程）：

　　圖1 網(wǎng)絡(luò)模塊的一般性框架

　　看起來(lái)好像很簡(jiǎn)單，大致就分為兩大部分：連接管理器和協(xié)議管理器。而且這兩個(gè)管理器的實(shí)現(xiàn)也相當(dāng)簡(jiǎn)單。大致如下：

　　圖2 連接管理器與協(xié)議管理器的實(shí)現(xiàn)

　　ConnectManager。它維護(hù)一個(gè)Connection實(shí)例列表。這些實(shí)例根據(jù)底層通訊接口的不同，有多種類型。Connection封裝了數(shù)據(jù)的收發(fā)邏輯，它分別為Send和Receive提供Buffer。它主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　創(chuàng)建連接。

　　這部分功能主要在XXConnection類實(shí)現(xiàn)，不同的通訊接口，連接方式不同。比如Apollo的通訊接口，需要提供公司的一攬子參數(shù)。而B(niǎo)luetooth接口而需要提供BluetoothMacAddress。而采用底層的Socket實(shí)現(xiàn)的UDP通訊接口，則無(wú)須Connect過(guò)程，那么我們就給它虛擬一個(gè)假的Connect過(guò)程，以保持IConnection接口的統(tǒng)一性。等等等等。

　　收發(fā)數(shù)據(jù)。

　　大部分通訊接口對(duì)數(shù)據(jù)的Recv是通過(guò)輪詢實(shí)現(xiàn)的，在ConnectManager里將輪詢操作統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為事件方式。

　　斷線重連。

　　Connection分別為Send和Recv提供了Buffer，以便支持靜默重連，使上層邏輯在大部分情況下無(wú)須關(guān)心網(wǎng)絡(luò)是否斷開(kāi)，也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。比如，網(wǎng)絡(luò)突然斷開(kāi)了，假設(shè)A模塊不負(fù)責(zé)維護(hù)在線狀態(tài)，那么在它看來(lái)，它依然可以正常發(fā)送數(shù)據(jù)。假設(shè)B模塊負(fù)責(zé)維護(hù)在線狀態(tài)，那么它應(yīng)該監(jiān)聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，然后進(jìn)行重連，最后重連成功。在網(wǎng)絡(luò)重連成功后，緩存在Connection的數(shù)據(jù)，就可以發(fā)送出去了。整個(gè)過(guò)程，對(duì)A模塊是不可感知的。（是不是覺(jué)得斷線靜默重連也沒(méi)有想像中那么復(fù)雜了？）

　　ProtocolManager。相對(duì)ConnectManager，它簡(jiǎn)單得多。它維護(hù)一個(gè)從協(xié)議ID到協(xié)議類的映射（對(duì)于C#這種具有反射機(jī)制的語(yǔ)言，可以直接映射到協(xié)議類，但是對(duì)于C++則可以用其它方法來(lái)實(shí)現(xiàn)映射）。并且定義了協(xié)議格式。

　　到此為止，一個(gè)幾乎通用的網(wǎng)絡(luò)模塊框架基本上搭完了。是不是很簡(jiǎn)單？

　　1.4

　　模塊糖

　　模塊糖，這是我杜撰的一個(gè)詞。就像語(yǔ)法糖一樣。對(duì)于不同的項(xiàng)目，可以給ConnectManager和ProtocolManager加一些糖，讓它用起來(lái)更甜。比如將SendProtocol(pid, PTLObj, connId)包裝成SendDirProtocol(pid,PTLObj)和SendZoneProtocol(pid,PTLObj)等；將CreateConnection(connId,type,ip,port)包裝成CreateDirConnection(ip,port)和CreateZoneConnection(ip,port)等。Dir和Zone在網(wǎng)絡(luò)模塊中的含義大家應(yīng)該都知道。

　　等等等等。

　　2

　　連接層實(shí)現(xiàn)

　　上面聊了一下網(wǎng)絡(luò)模塊的一般性框架。下面從具體實(shí)現(xiàn)來(lái)聊聊相關(guān)技術(shù)。掌握了這些技術(shù)點(diǎn)，便可以輕松實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊的連接層。

　　2.1

　　關(guān)于Socket

　　Socket就是常說(shuō)的套接字。說(shuō)實(shí)話我對(duì)這個(gè)翻譯是很懵逼的。Socket就是我們正常網(wǎng)絡(luò)編程中能夠接觸到的最底層的通訊接口。對(duì)于它的原理，在這篇文章中，我們只意會(huì)，不言傳。

　　對(duì)于Socket，我們最需要關(guān)注的是它的工作方式。在客戶端Socket主要有2種工作方式：

　　同步方式。無(wú)論是UDP還是TCP，在用Socket進(jìn)行連接、發(fā)送、接收的時(shí)候，在未完成工作前代碼不再繼續(xù)往下執(zhí)行，處于等待狀態(tài)，直到該語(yǔ)句完成對(duì)應(yīng)個(gè)工作后才繼續(xù)執(zhí)行下一條語(yǔ)句。值得注意的是，UDP和TCP對(duì)于一件工作是否完成的定義不同，以Send為例，如下圖。

　　對(duì)于TCP來(lái)說(shuō)，未完成工作就是：

緩沖區(qū)滿了，數(shù)據(jù)無(wú)法寫(xiě)入，

或者數(shù)據(jù)寫(xiě)入了但是還沒(méi)輪到它發(fā)送，

或者數(shù)據(jù)發(fā)送了，但是未收到ACK確認(rèn)。

　　對(duì)于UDP來(lái)說(shuō)，未完成工作就是：緩沖區(qū)滿了，數(shù)據(jù)無(wú)法寫(xiě)入。

　　圖3 Socket同步方式時(shí)序圖

　　異步方式。即不論對(duì)應(yīng)工作是否完成，都會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行。當(dāng)工作完成后，是通過(guò)一個(gè)回調(diào)來(lái)通知調(diào)用者（千萬(wàn)注意：這個(gè)回調(diào)是在一個(gè)Socket內(nèi)部創(chuàng)建的子線程上下文中）。參照上圖，不需要單獨(dú)用時(shí)序圖來(lái)說(shuō)明了。

　　在同步方式中，可以理解為有一個(gè)Loop在不停地輪詢是否完成工作，直到工作完成才結(jié)束Loop。為了避免UI以及主邏輯被卡住，一般需要將以同步方式工作的操作都放在自制的子線程中。而在異步方式中，實(shí)質(zhì)上是Socket內(nèi)部創(chuàng)建了一個(gè)子線程。

　　那么綜合以上情況，在實(shí)際使用中，我們應(yīng)該選擇“同步方式”還是“異步方式”呢？我做的不完全性能測(cè)試的結(jié)論是，同步方式的性能大概是異步方式的4倍。這是很容易理解的，因?yàn)檫@里所謂的異步方式其實(shí)就是Socket內(nèi)部幫我們做了一個(gè)線程，而且它為了考慮到基礎(chǔ)組件的通用性，肯定在性能方面會(huì)有所損耗。

　　看看下表的對(duì)比：

　　對(duì)比

　　同步方式

　　異步方式

　　性能

　　高

　　低

　　復(fù)雜度

　　自制線程

　　內(nèi)置線程

　　靈活性

　　高

　　低

所以，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接沒(méi)有特別要求的情況下，比如獨(dú)立小游戲，可優(yōu)先考慮異步方式，省心省事。但是，我更愿意使用同步方式+

自制線程

，對(duì)于系列性能更加可控。

　　2.2

　　關(guān)于多線程

　　當(dāng)我們不得不使用子線程時(shí)，就要面對(duì)一個(gè)令很多新同學(xué)都感到陌生神秘的東西：線程。由于使用多線程的情況并不多，所以主要掌握以下幾點(diǎn)大概便可以在網(wǎng)絡(luò)編程中使用多線程了。

　　線程函數(shù)。

　　如果說(shuō)主線程是從Main函數(shù)開(kāi)始的（在Unity+C#里，你是看不到Main函數(shù)的。），那么子線程也是從一個(gè)函數(shù)開(kāi)始。為了防止主線程與子線程的代碼邏輯搞混，建議將線程函數(shù)定義在一個(gè)單獨(dú)的類里。由這個(gè)函數(shù)所調(diào)用的所有被調(diào)用函數(shù)都在這個(gè)類里。

　　前臺(tái)線程和后臺(tái)線程。

　　切記，系統(tǒng)默認(rèn)創(chuàng)建的子線程是前臺(tái)線程，它將帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是當(dāng)主線程已經(jīng)結(jié)束時(shí)，程序還會(huì)運(yùn)行。如果將它設(shè)置為后臺(tái)線程，則當(dāng)主線程結(jié)束時(shí)，所有后臺(tái)線程都會(huì)無(wú)異常中止。

　　線程同步。

　　當(dāng)主線程和子線程存在共用數(shù)據(jù)時(shí)，為了避免多線程同時(shí)操作同一數(shù)據(jù)，需要使用“鎖”。C#有多種鎖定方式，比較常用的是lock語(yǔ)句。建議不要直接lock需要操作的數(shù)據(jù)，而是為這個(gè)數(shù)據(jù)定義一個(gè)對(duì)應(yīng)的object，lock這個(gè)object。因?yàn)橛行╊愋偷臄?shù)據(jù)，比如int，是無(wú)法直接lock的。

　　異常處理。

　　使用Try/Catch進(jìn)行異常處理時(shí)，不要在線程的創(chuàng)建處TryCatch。一旦線程創(chuàng)建成功，線程執(zhí)行過(guò)程中的異常，是無(wú)法在其它線程中被捕獲的。正確的做法是在線程函數(shù)里TryCatch。

　　當(dāng)然關(guān)于多線程的其它知識(shí)，有很多專門的文章介紹。

　　2.3

　　關(guān)于TryCatch

　　對(duì)于C#來(lái)講，你使用或者不使用TryCatch，對(duì)于性能的消耗是一樣的。甚至你在離Exception最近的地方使用了TryCatch，還會(huì)提高性能。因?yàn)槿绻划?dāng)發(fā)生Exception，運(yùn)行時(shí)會(huì)依次向上遞歸尋找TryCatch代碼，最終會(huì)找到運(yùn)行時(shí)那一層去，然后成功被運(yùn)行時(shí)Catch到。與其如此，為什么不自己去Catch呢？所以，應(yīng)該積極地在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂肨ryCatch，但是一定要在Catch后進(jìn)行處理并且輸出日志，否則就隱藏了問(wèn)題！

　　2.4

　　關(guān)于連接

　　Connection是對(duì)底層或者基礎(chǔ)通訊接口以及可能使用的線程相關(guān)邏輯進(jìn)行封裝。一般情況下，按照所使用的通訊接口類型進(jìn)行封裝。

如果使用Apollo的通訊組件，可以封裝成ApolloConnection。

如果使用Socket，則封裝成TCPConnection/UDPConnection。

如果使用Bluetooth，則封裝一個(gè)BluetoothConnection。

如果使用RS232串口通訊，則封裝一個(gè)RS232Connection。

　　這個(gè)世界上有很多種通訊方式，你都可以封裝成對(duì)應(yīng)的Connection，以便統(tǒng)一它的通訊接口。除此之外，它主要還將提供Send和Recv的數(shù)據(jù)緩存。

　　2.5

　　關(guān)于數(shù)據(jù)包/數(shù)據(jù)流

　　從圖1中，我們看到，一個(gè)“協(xié)議實(shí)例”將轉(zhuǎn)換為一個(gè)“協(xié)議數(shù)據(jù)包”，然后“協(xié)議數(shù)據(jù)包”將以“數(shù)據(jù)流/數(shù)據(jù)包”的形式發(fā)送出去。

　　在不同的傳輸協(xié)議中，數(shù)據(jù)的發(fā)送形式是不同的。在TCP傳輸中，數(shù)據(jù)是以流的形式發(fā)送。而在UDP傳輸中，數(shù)據(jù)是以包的形式發(fā)送。

　　它們的區(qū)別在于，一個(gè)數(shù)據(jù)包里包含一個(gè)協(xié)議的完整數(shù)據(jù)。而一段數(shù)據(jù)流里可能包含的是多個(gè)協(xié)議的數(shù)據(jù)，或者一個(gè)不完整的協(xié)議數(shù)據(jù)。

　　2.6

　　關(guān)于輪詢

　　無(wú)論是使用同步方式還是異步方式，都會(huì)發(fā)生——主線程從子線程讀取數(shù)據(jù)——操作。有些同學(xué)喜歡采用拋事件的方式，但是，那樣只會(huì)使子線程的上下文擴(kuò)散得更廣泛更亂。如果有一天你發(fā)生在一個(gè)事件的回調(diào)函數(shù)里調(diào)用Time.realtimeSinceStartup一直莫名其妙報(bào)錯(cuò)，那么，這個(gè)回調(diào)函數(shù)一定是從一個(gè)子線程里調(diào)出來(lái)的。但是，你完全懵逼。

　　所以，建議采用輪詢這種古老的方式，將子線程的上下文限制在一個(gè)輪小的范圍里。

　　除了以上主要原因外，還有一個(gè)原因：

　　異常隔離。防止業(yè)務(wù)層模塊異常導(dǎo)致整個(gè)Connection的異常。因?yàn)镃onnection作為基礎(chǔ)功能，還有其它模塊在使用。

　　3

　　協(xié)議層實(shí)現(xiàn)

　　協(xié)議層相對(duì)連接層簡(jiǎn)單得多。它的主要相關(guān)技術(shù)如下。

　　3.1

　　協(xié)議格式

　　最基本的協(xié)議格式如下：

　　協(xié)議頭

PID: 協(xié)議ID

Index: 協(xié)議發(fā)送序列號(hào)

DataBuffSize: 協(xié)議體的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

CheckSum: 校驗(yàn)和

　　協(xié)議體

　　DataBuff: 協(xié)議數(shù)據(jù)Buffer。

　　以上協(xié)議格式定義了一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)包。其中DataBuff來(lái)自對(duì)協(xié)議實(shí)例的序列化。

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議實(shí)例的序列化，我們可以自定義一個(gè)IProtocolBase接口，讓具體協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。

　　但是，在實(shí)際應(yīng)用中，我們都是直接使用Google的ProtoBuf作為協(xié)議的基類。它已經(jīng)提供了非常高效的序列化和反序列化功能。

　　3.2

　　協(xié)議流

　　在章節(jié)2.4中得知，有些情況下，協(xié)議層收到來(lái)自連接層的數(shù)據(jù)，并不一定是一個(gè)恰好完整的協(xié)議數(shù)據(jù)包，而有可能一段數(shù)據(jù)流。于是，為了統(tǒng)一邏輯，不管收到的是數(shù)據(jù)包，還是數(shù)據(jù)流，我都將它們統(tǒng)一為協(xié)議流。

　　在ProtocolManager中，需要對(duì)協(xié)議流進(jìn)行合并或分割處理。其實(shí)很簡(jiǎn)單，它的邏輯流程如下所示。（需要注意的是，如果系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)Connection，需要為每一個(gè)Connection定義一個(gè)協(xié)議流。）

　　圖4 協(xié)議流處理邏輯

　　3.3

　　協(xié)議分類

　　一般情況下，協(xié)議可以分為這幾類：

只發(fā)送，不需要監(jiān)聽(tīng)回包。用于向服務(wù)器上報(bào)數(shù)值。

無(wú)發(fā)送，只需要監(jiān)聽(tīng)回包。用于服務(wù)器Push數(shù)值，或者觸發(fā)邏輯。

一處發(fā)送，多處監(jiān)聽(tīng)回包。用于基礎(chǔ)功能協(xié)議。

一處發(fā)送，一處監(jiān)聽(tīng)回包。用于具體功能協(xié)議。

　　ProtocolManager應(yīng)該對(duì)上面4種協(xié)議都能提供支持。

　　3.4

　　協(xié)議ID規(guī)則

　　后臺(tái)喜歡把協(xié)議ID叫CMD，或者CmdID。我一般直譯為PID。PID的規(guī)則一般有兩種：

　　同一條協(xié)議，發(fā)包和回包時(shí)，PID相同。因?yàn)榘l(fā)包和回包時(shí)，雖然協(xié)議體內(nèi)容不同，但卻是一回一答，是為同一個(gè)功能服務(wù)的。

　　同一條協(xié)議，發(fā)包和回包時(shí)，PID不同。因?yàn)榘l(fā)包和回包時(shí)，協(xié)議體的內(nèi)容不同。目前比較流行這種方式。為了使編程更方便，以及代碼容易理解，一般將回包的PID定義為發(fā)包的PID+1。

　　4

　　調(diào)試

　　無(wú)論做什么模塊開(kāi)發(fā)，都離不開(kāi)調(diào)試。而網(wǎng)絡(luò)模塊對(duì)于調(diào)試的要求更高。可以這么說(shuō)，你編寫(xiě)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊可能需要2天，但是將來(lái)花在調(diào)試它的時(shí)間可能是直到項(xiàng)目結(jié)束。

　　所以，在你完成網(wǎng)絡(luò)模塊的代碼編寫(xiě)之后，一定不要忘記，為了能夠高效地調(diào)試，做好一切準(zhǔn)備。

　　4.1

　　網(wǎng)絡(luò)日志系統(tǒng)

　　我相信，你的項(xiàng)目中一定已經(jīng)有了現(xiàn)成的日志系統(tǒng)。但是那遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。建議在其基礎(chǔ)上封裝一個(gè)網(wǎng)絡(luò)日志系統(tǒng)，并且為它提供一個(gè)專用面板。它會(huì)比在總?cè)罩疚谋纠锟淳W(wǎng)絡(luò)日志要高效得多，性能也可控得多。它應(yīng)該提供如下功能：

　　單獨(dú)輸出網(wǎng)絡(luò)模塊的日志。

　　以16進(jìn)制顯示每一個(gè)Connection的Send和Recv緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。這是你能夠接觸到的最底層接口的數(shù)據(jù)，后臺(tái)會(huì)經(jīng)常和你Check這些數(shù)據(jù)。

　　列出每一條被注冊(cè)的協(xié)議。

　　記錄發(fā)送和接收到的每一條協(xié)議的內(nèi)容。如果該協(xié)議是注冊(cè)的，則可以反序列化為結(jié)構(gòu)性信息，如果未注冊(cè)，則提示未注冊(cè)，并且顯示16進(jìn)制數(shù)據(jù)。

　　統(tǒng)計(jì)斷線重連次數(shù)，斷線時(shí)長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等。

　　4.2

　　網(wǎng)絡(luò)狀況模擬

　　在研發(fā)階段，這個(gè)功能是非常有用的?？梢詭椭愀咝y(cè)試網(wǎng)絡(luò)模塊在各種網(wǎng)絡(luò)情況下，是否正常工作。也可以為業(yè)務(wù)模塊提供網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的測(cè)試手段。比如，測(cè)試在線模塊，斷線重連邏輯（再也不需要撥網(wǎng)線了）等。

　　4.3

　　抓包工具

　　一般使用Wireshark和Fiddler。網(wǎng)絡(luò)編程必備工具。

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