具体描述
9787111595472 9787111589402
游戏服务器架构与优化
基本信息
作者: 蔡能
丛书名: 游戏开发与设计技术丛书
出版社:机械工业出版社
ISBN:9787111595472
出版日期:2018 年4月
开本:16开
版次:1-1
目录
前 言
一部分 网络和服务器
1章 Python网络编程模块 2
1.1 Python Socket 3
1.1.1 Socket套接字 3
1.1.2 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 4
1.1.3 阻塞和非阻塞模式 5
1.2 服务器端其他Socket方法 7
1.2.1 bind和listen 7
1.2.2 setsockopt 8
1.3 客户端Socket 10
1.4 通用的Socket方法 12
1.4.1 recv和send 12
1.4.2 recvfrom和sendto 13
1.5 SimpleHTTPServer和BaseHTTPServer 14
1.5.1 SimpleHTTPServer 15
1.5.2 BaseHTTPServer 15
1.6 urllib和urllib2 17
1.6.1 urllib.urlopen和urllib2.urlopen 18
1.6.2 urllib2中的GET和POST方法 19
1.7 事件驱动框架Twisted 20
1.7.1 Reactor模式 21
1.7.2 run、stop和callLater 23
1.7.3 Transports、Protocols、Protocol Factoies以及Deferred 24
2章 通信加密 26
2.1 软件、通信加密的几种常用方案 27
2.1.1 异或位运算加密 27
2.1.2 其他对称加密 29
2.1.3 非对称加密 30
2.2 OpenSSL 33
2.2.1 生成证书 35
2.2.2 公钥和私钥的配置 40
2.3 SSL/TLS通信 43
2.3.1 SSL/TLS连接 45
2.3.2 SSL/TLS HTTPS通信 46
2.4 其他加密方式 49
2.4.1 散列算法 49
2.4.2 BASE64 52
2.4.3 多国语言 53
3章 服务器实作 55
3.1 构建Python Websocket服务器 55
3.1.1 Websocket的应用场景 57
3.1.2 实作Websocket握手协议 59
3.1.3 MAGIC_STRING在Websocket中的作用 60
3.1.4 Websocket 启动 62
3.1.5 Websocket消息拆分和读取 63
3.2 多线程服务器 64
3.2.1 Python的多线程模式 65
3.2.2 锁 68
3.2.3 Python GIL 70
3.2.4 multiprocess的解决思路 72
3.2.5 给Websocket加上多线程 73
3.3 线程池 75
3.3.1 默认线程池和进程池 75
3.3.2 协程 76
3.3.3 三方库 78
3.3.4 gevent的数据结构 85
二部分 存储与数据库
4章 基础内容存储 94
4.1 数据库存储的种类 95
4.2 SQL与NoSQL 96
4.2.1 SQL 96
4.2.2 SQL语句语法 97
4.2.3 NoSQL 101
4.2.4 NoSQL语句语法 106
4.3 内存与IO读写速度 108
4.4 同步内存数据 109
4.4.1 Redis数据库的持久性 111
4.4.2 Redis主从数据库复制 112
4.5 数据备份和恢复 113
4.5.1 备份的类型 114
4.5.2 使用Python编写备份代码 115
4.6 不可或缺的SQLite 117
5章 存储方案 121
5.1 高并发服务器的存储方案 121
5.1.1 网站高并发服务器的策略 122
5.1.2 数据库的锁 125
5.2 高速缓存 127
5.2.1 Memcached 127
5.2.2 大文件缓存 129
5.2.3 分布式和集群 130
5.3 二进制存储方案 132
5.3.1 磁盘IO和缓存 133
5.3.2 图片和影音文件 134
5.4 大规模计算 135
5.4.1 图片服务器的架构 136
5.4.2 读取和写入文本 137
5.4.3 文本搜索方案 138
5.5 区块链技术 139
三部分 服务器架构及其方案
6章 游戏服务器初探 144
6.1 服务器消息和轮询 144
6.1.1 卡牌游戏和弱连接 145
6.1.2 消息的轮询 147
6.2 游戏服务器架构演变 149
6.2.1 “上古时代”的游戏服务器 149
6.2.2 近代的网络游戏服务器 153
6.2.3 近现代经典游戏服务器模型 155
6.3 地图的无缝连接 157
6.3.1 无缝连接的分析 158
6.3.2 无缝地图更深层次的问题 160
7章 游戏服务器的交互 165
7.1 无状态和有状态的服务器设计方案 165
7.1.1 无状态的服务器设计方案 166
7.1.2 有状态的服务器设计方案 167
7.2 轮询 169
7.3 集群方案 171
7.3.1 集群的几种方式 171
7.3.2 集群的方案 172
7.3.3 数据库方案 173
7.3.4 Web服务和数据库 174
7.3.5 其他方案 176
7.4 定时任务 178
8章 游戏大厅 181
8.1 大厅登录流程 181
8.1.1 登录和选择游戏区 182
8.1.2 注册和登录 183
8.2 中间件 185
8.2.1 中间件的相关概念 186
8.2.2 ElasticSearch 191
8.2.3 在Python中使用ES 193
8.3 聊天服务 195
8.3.1 聊天服务器的搭建 195
8.3.2 聊天内容的获取和分发 196
8.4 大厅与游戏的对接 198
8.4.1 创建房间 198
8.4.2 与游戏的对接 199
9章 实时交互服务器 202
9.1 长连接和强交互 202
9.1.1 TCP连接 203
9.1.2 多线程 205
9.1.3 异步控制 206
9.1.4 加入队列 207
9.2 使用UDP的方案 210
9.2.1 什么是UDP协议 210
9.2.2 TCP协议和UDP协议的区别 212
9.2.3 使用Python编写UDP服务 214
9.2.4 加入多线程 216
9.3 协议包的设计和实现 218
9.3.1 协议包头和包身 219
9.3.2 协议包完整性 221
9.3.3 协议的加密和压缩 222
9.3.4 协议包混淆 223
9.4 断线重连 224
10章 天梯和经济 227
10.1 什么是天梯 227
10.1.1 天梯的框架 229
10.1.2 数据载入 230
10.2 天梯层级 231
10.3 经济 234
10.3.1 经济简介 234
10.3.2 经济的设计 235
10.3.3 通货膨胀 236
10.4 预留接口和热更新 238
10.4.1 如何预留接口 238
10.4.2 代码热更新 241
11章 服务器承载量和客户端优化方案 243
11.1 心跳服务 243
11.1.1 应用层的心跳服务 245
11.1.2 心跳包协议 246
11.2 同步校验 247
11.2.1 服务器数据包同步 248
11.2.2 游戏世界的同步 248
11.3 服务器承载 251
11.3.1 Python的多线程并发 251
11.3.2 混合C/C++之一 253
11.3.3 混合C/C++之二 257
11.4 守护者进程 266
11.4.1 Windows下的守护者进程 266
11.4.2 监控和重启进程 268
11.5 客户端优化方案 270
11.5.1 优化解决方案 270
11.5.2 游戏引擎 271
12章 分布式服务器 273
12.1 什么是分布式 273
12.1.1 分布式文件 275
12.1.2 分布式服务 277
12.1.3 Python实现 278
12.2 流式处理 280
12.2.1 Storm 280
12.2.2 Spark 284
12.2.3 Samza 288
12.2.4 Flink 290
12.2.5 Trident 293
12.3 Python分布式框架 294
附录A 不同语言之间的区别 297
游戏AI开发实用指南 内容简介
智能和多样化是一个成功游戏的重要元素。本书将通过不同游戏类型的人工智能示例帮助读者进入游戏AI编程,通过C#语言实现新、前沿的算法,终使游戏通过有趣的人工智能设计增加的玩家体验。同时,本书将带领读者以不同的方式思考人工智能。
目录
前言
关于作者
1章 不同的问题需要不同的解决方案 1
1.1 游戏AI解决方案的历史简述 1
1.2 电子游戏中的敌人AI 2
1.3 从简单到聪明的类人AI 3
1.4 视觉和声音的感知 4
1.5 总结 5
2章 可能性图与概率图 6
2.1 游戏状态 6
2.2 可能性图 7
2.2.1 怎样使用可能性图 7
2.2.2 准备一个可能性图(FPS游戏) 8
2.2.3 创建一个可能性图(FPS游戏) 9
2.3 定义状态 10
2.3.1 防守状态 12
2.3.2 进攻状态 13
2.3.3 可能性图小结 16
2.4 概率图 16
2.4.1 怎样使用概率图 17
2.4.2 接下来做什么 19
2.5 总结 19
3章 产生式 20
3.1 自动有限状态机 22
3.2 基于效用的函数 26
3.3 游戏AI的动态平衡 36
3.4 总结 37
4章 环境与人工智能 38
4.1 视觉交互 39
4.2 基本环境交互 40
4.2.1 移动环境中的物体 40
4.2.2 环境中的障碍物 48
4.2.3 用区域阻断环境 52
4.3 环境交互 54
4.3.1 适应不稳定的地形 55
4.3.2 使用射线检测评估决策 56
4.4 总结 58
5章 动画行为 59
5.1 2D动画与3D动画的对比 59
5.1.1 2D动画-精灵 59
5.1.2 3D动画-骨骼结构 61
5.2 动画状态机 62
5.3 平滑过渡 78
5.4 总结 79
6章 导航行为和寻路 80
6.1 导航行为 80
6.1.1 选择新的方向 80
6.1.2 点到点的移动 90
6.2 总结 123
7章 寻路 124
7.1 简单寻路与寻路 124
7.2 A*搜索算法 126
7.3 总结 149
8章 群体交互 150
8.1 什么是群体交互 150
8.2 电子游戏与群体交互 151
8.2.1 《刺客信条》 151
8.2.2 《侠盗猎车》(GTA) 152
8.2.3 《模拟人生》 152
8.2.4 FIFA/实况足球 153
8.3 规划群体交互 154
8.3.1 小组战斗 154
8.3.2 通信(警告区域) 157
8.3.3 通信(与其他AI角色交谈) 160
8.3.4 团队竞技 161
8.4 群体碰撞避免 169
8.5 总结 171
9章 AI规划与碰撞避免 172
9.1 搜索 172
9.2 总结 189
10章 感知 190
10.1 潜入类游戏 190
10.2 关于战术 190
10.3 关于感知 191
10.4 实现视觉感知 191
10.5 总结 225
一、 游戏服务器架构与优化 引言: 在瞬息万变的数字娱乐领域,游戏产业的蓬勃发展对底层技术提出了前所未有的挑战。尤其是日益复杂的在线多人游戏,其流畅度、稳定性、可扩展性和用户体验,很大程度上取决于其背后强大的服务器架构。本书旨在深入剖析现代游戏服务器架构的设计理念、关键技术以及优化策略,为读者构建一个全面而深刻的理解框架,使其能够设计、部署和维护能够承载高并发、低延迟、大规模在线玩家的稳定、高效的游戏服务器系统。 第一部分:游戏服务器架构基础 游戏服务器的演进与分类: 从早期简单的P2P模式到如今复杂的分布式、微服务架构,游戏服务器技术经历了怎样的发展历程? 根据游戏类型(MMO、MOBA、FPS、SLG等)和玩家规模,不同的服务器架构有何特点和适用场景? 权威服务器、客户端预测、状态同步等核心概念的详解。 核心组件与模块设计: 网络通信层: TCP/UDP协议的选择与应用,高性能网络库(如libuv, Boost.Asio, Netty)的原理和实践,粘包、分包、丢包的处理策略,流量控制与拥塞控制。 会话管理: 用户登录、鉴权、离线处理、并发登录限制、会话保持与恢复机制。 游戏逻辑层: 游戏状态的管理、业务逻辑的封装、事件驱动模型、多线程与协程的应用。 数据持久化层: 数据库(关系型、NoSQL)的选择与优化,缓存策略(Redis, Memcached),热点数据处理,数据一致性保证。 服务发现与注册: 如何实现不同服务之间的解耦和动态发现,ZooKeeper, etcd等注册中心的原理与应用。 配置管理: 动态配置加载、配置版本控制、配置下发机制。 分布式架构模式: 单服模式的局限性与挑战。 多服模式的演进: 分区服、分线服、跨服机制(如跨服副本、跨服战场)。 微服务架构: 如何将庞大的游戏服务器拆分成独立、可独立部署的服务单元,服务间的通信(RESTful, gRPC),API Gateway的设计。 Actor模型: Akka, Orleans等框架在游戏服务器开发中的应用,Actor模型如何解决并发与状态管理问题。 基于消息队列的异步处理: RabbitMQ, Kafka等在游戏服务器中的应用,如何解耦服务,处理高并发的事件。 高可用性与容错设计: 负载均衡: L4/L7负载均衡,DNS负载均衡,实现玩家请求的均匀分配。 故障转移与自动恢复: 心跳检测,主备切换,服务异常时的快速响应与恢复。 数据备份与恢复: 定期备份策略,异地容灾方案。 灰度发布与滚动升级: 如何在不影响用户体验的情况下更新和维护服务器。 第二部分:游戏服务器性能优化 性能瓶颈分析与定位: 性能监控指标: CPU、内存、网络I/O、磁盘I/O、请求响应时间、并发连接数等。 性能分析工具: profiler、tracer、load testing tools(如JMeter, Locust)。 日志分析与故障排查: 有效的日志记录策略,日志收集与分析平台(如ELK stack)。 网络性能优化: 减少网络通信开销: 数据协议的精简与压缩,消息合并,心跳包优化。 提高网络吞吐量: 使用高性能网络库,多路复用(epoll, kqueue),零拷贝技术。 降低网络延迟: 合理的网络拓扑设计,CDN加速,就近部署。 防 DDoS 攻击: 限流、IP封禁、流量清洗。 CPU与内存优化: 算法优化: 选择高效的算法和数据结构。 多线程/协程模型优化: 合理的线程池配置,避免线程锁竞争,协程的优势与适用场景。 内存管理: 避免内存泄漏,对象池复用,垃圾回收(GC)调优。 缓存策略优化: 热点数据缓存,缓存失效策略,缓存一致性。 数据库与存储优化: SQL优化: 索引设计,SQL查询优化,避免全表扫描。 NoSQL优化: 根据业务场景选择合适的NoSQL数据库,数据模型设计。 读写分离: 提高数据库的并发处理能力。 分库分表: 应对海量数据存储的挑战。 SSD优化: 利用SSD的优势加速数据读写。 架构级优化: 服务拆分: 将重度消耗资源的模块独立部署,独立扩展。 消息队列的合理使用: 异步化高并发操作,削峰填谷。 CDN与边缘计算: 靠近用户,降低延迟。 游戏逻辑的轻量化: 将复杂计算转移到客户端(需结合安全考虑)或专门的计算服务。 第三部分:游戏服务器运维与监控 自动化部署与配置: CI/CD流程: Jenkins, GitLab CI等持续集成/持续部署工具的应用。 配置管理工具: Ansible, SaltStack, Chef等。 容器化技术: Docker, Kubernetes在游戏服务器部署中的应用。 系统监控与报警: 全面的监控系统: Prometheus, Zabbix, Nagios等。 关键指标的监控: 服务器负载、网络流量、错误率、响应时间。 智能报警机制: 阈值报警,异常检测报警,降级报警。 日志管理与分析: 集中式日志收集: ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana)。 日志格式化与标准化: 方便分析和检索。 利用日志进行故障排查与性能调优。 安全加固: 访问控制: 防火墙,SSH密钥认证,最小权限原则。 数据加密: 传输加密(SSL/TLS),存储加密。 漏洞扫描与修复。 反外挂与防作弊机制。 灾难恢复计划: 制定详细的灾难恢复预案。 定期进行灾难恢复演练。 结论: 构建一个稳定、高效、可扩展的游戏服务器架构是一项系统工程,它需要深刻理解网络通信、分布式系统、并发编程、数据库技术以及系统优化等多个领域的知识。本书系统地梳理了游戏服务器架构的各个层面,从基础概念到高级优化,从设计理念到落地实践,旨在为开发者和技术管理者提供一套完整的指导体系。通过学习本书,读者将能够更好地应对游戏开发中遇到的技术挑战,打造出令人印象深刻的游戏体验。 --- 二、 游戏AI开发实用指南 引言: 人工智能(AI)已不再是科幻小说的情节,而是深刻影响着各行各业,尤其是在游戏开发领域,AI的应用更是为游戏带来了前所未有的沉浸感、挑战性和智能化。一个出色的游戏AI不仅能让NPC(非玩家角色)行为更加逼真、富有策略,还能驱动游戏世界的动态生成、优化玩家体验,甚至在游戏设计和测试中扮演重要角色。本书将深入浅出地讲解游戏AI开发中的核心技术、主流算法以及实用开发技巧,帮助读者掌握构建智能游戏AI的能力,为您的游戏注入灵魂。 第一部分:游戏AI基础与核心概念 游戏AI概述: AI在游戏中的作用与价值: 提升玩家体验,增加游戏趣味性,实现动态交互,降低开发成本。 游戏AI的分类: 表现性AI(如寻路、感知)、决策性AI(如行为选择)、生成性AI(如内容生成)。 AI的局限性与挑战: 计算资源限制,可控性,不可预测性,可玩性与AI强度平衡。 AI数据流与生命周期: 感知(Perception): 角色如何“看见”和“听到”周围环境,视觉、听觉、触觉的模拟。 思考(Thinking): 决策过程,信息处理,规划。 行动(Action): 角色如何做出反应,移动、攻击、互动等。 学习(Learning)(可选): AI如何通过经验改进自身行为。 游戏AI设计的关键原则: 可控性与预期性: AI行为应在一定程度上可预测,但又不能过于僵化。 表现力与真实感: 让AI行为看起来自然、智能。 性能与效率: AI计算不应过度消耗游戏性能。 可扩展性: 方便添加新的AI行为和能力。 游戏性平衡: AI强度应与玩家能力相匹配,提供挑战而不至于令人沮丧。 第二部分:经典游戏AI算法与技术 寻路(Pathfinding): A算法: 原理、启发式函数设计、优化方法(如Jump Point Search)。 Dijkstra算法: 适用于无权图或权值非负的情况。 导航网格(NavMesh): 概念、生成、使用方法,及其在3D游戏中的应用。 本地避障: FLOCKING(群集)、Steering Behaviors(转向行为)等。 状态机(State Machines): 有限状态机(FSM): 状态、转移、事件,如何设计NPC的各种行为状态(如巡逻、攻击、逃跑)。 层级状态机(Hierarchical State Machines): 组织更复杂行为,提高可维护性。 状态机在游戏引擎中的实现。 行为树(Behavior Trees): 基本节点类型: 序列(Sequence)、选择(Selector)、并行(Parallel)、装饰器(Decorator)、条件(Condition)、动作(Action)。 行为树的设计模式: 任务驱动、响应式设计。 行为树与状态机的对比与结合。 常用行为树框架介绍(如Unity的Unity-Behavior-Tree)。 效用系统(Utility Systems): 效用函数的设计: 评估不同行动的“价值”或“效用”。 基于效用的决策: 选择效用最高的行动。 在策略游戏和复杂NPC行为中的应用。 决策树(Decision Trees): 原理与构建方法。 在简单条件判断中的应用。 群集AI(Flocking)与群体模拟: Boids模型: 分离(Separation)、对齐(Alignment)、聚集(Cohesion)。 在模拟动物群、军队行进中的应用。 模糊逻辑(Fuzzy Logic): 模糊集合与隶属度函数。 模糊推理规则。 在AI的“模糊”决策和情感模拟中的应用。 机器学习在游戏AI中的初步应用: 监督学习: 模仿玩家行为。 强化学习: 训练AI进行自主学习和改进(如AlphaGo)。 生成对抗网络(GAN): 用于内容生成(如纹理、关卡)。 当前阶段的优势与局限性。 第三部分:游戏AI开发实践与技巧 AI的性能优化: 避免过多的AI计算: 限制AI每帧的更新次数。 LOD(Level of Detail)策略: 远处AI的简化计算。 缓存AI结果: 避免重复计算。 使用高效的数据结构与算法。 AI的调试与测试: 可视化调试工具: 观察AI的决策过程、状态、目标。 日志记录: 记录AI的关键行为和决策。 单元测试与集成测试: 针对AI模块进行测试。 玩家反馈收集与AI迭代。 AI与游戏设计的融合: AI作为关卡设计工具: 动态生成关卡、敌人 배치。 AI作为叙事驱动力: 影响剧情走向,创造个性化故事。 AI作为玩家交互对象: 成为游戏中的重要伙伴或对手。 不同游戏类型中的AI设计: FPS/TPS中的敌人AI: 射击、掩体、战术配合。 RPG中的NPC AI: 对话、任务、社交关系。 策略游戏中的AI: 资源管理、军事策略、外交。 休闲游戏中的AI: 挑战性、趣味性。 AI的工具链与引擎集成: Unity/Unreal Engine中的AI系统: NavMeshAgent, AIController, Behavior Tree插件等。 自定义AI框架的设计与实现。 AI伦理与负责任的AI开发: 避免生成有害或歧视性内容。 AI的可解释性与透明度。 玩家对AI的期望与担忧。 结论: 游戏AI的开发是一个充满创造力和技术挑战的领域。本书从基础概念出发,系统地介绍了各种经典和前沿的游戏AI算法与技术,并结合实际开发经验,提供了许多实用的技巧与建议。掌握了这些知识,你将能够为游戏世界赋予生命,创造出更具吸引力和深度的游戏体验。无论是想让你的NPC更聪明、更具挑战性,还是希望利用AI驱动游戏内容生成,本书都将是你不可或缺的指南。