具體描述
9787111595472 9787111589402
遊戲服務器架構與優化
基本信息
作者: 蔡能
叢書名: 遊戲開發與設計技術叢書
齣版社:機械工業齣版社
ISBN:9787111595472
齣版日期:2018 年4月
開本:16開
版次:1-1
目錄
前 言
一部分 網絡和服務器
1章 Python網絡編程模塊 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 服務器端其他Socket方法 7
1.2.1 bind和listen 7
1.2.2 setsockopt 8
1.3 客戶端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 事件驅動框架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 軟件、通信加密的幾種常用方案 27
2.1.1 異或位運算加密 27
2.1.2 其他對稱加密 29
2.1.3 非對稱加密 30
2.2 OpenSSL 33
2.2.1 生成證書 35
2.2.2 公鑰和私鑰的配置 40
2.3 SSL/TLS通信 43
2.3.1 SSL/TLS連接 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 多國語言 53
3章 服務器實作 55
3.1 構建Python Websocket服務器 55
3.1.1 Websocket的應用場景 57
3.1.2 實作Websocket握手協議 59
3.1.3 MAGIC_STRING在Websocket中的作用 60
3.1.4 Websocket 啓動 62
3.1.5 Websocket消息拆分和讀取 63
3.2 多綫程服務器 64
3.2.1 Python的多綫程模式 65
3.2.2 鎖 68
3.2.3 Python GIL 70
3.2.4 multiprocess的解決思路 72
3.2.5 給Websocket加上多綫程 73
3.3 綫程池 75
3.3.1 默認綫程池和進程池 75
3.3.2 協程 76
3.3.3 三方庫 78
3.3.4 gevent的數據結構 85
二部分 存儲與數據庫
4章 基礎內容存儲 94
4.1 數據庫存儲的種類 95
4.2 SQL與NoSQL 96
4.2.1 SQL 96
4.2.2 SQL語句語法 97
4.2.3 NoSQL 101
4.2.4 NoSQL語句語法 106
4.3 內存與IO讀寫速度 108
4.4 同步內存數據 109
4.4.1 Redis數據庫的持久性 111
4.4.2 Redis主從數據庫復製 112
4.5 數據備份和恢復 113
4.5.1 備份的類型 114
4.5.2 使用Python編寫備份代碼 115
4.6 不可或缺的SQLite 117
5章 存儲方案 121
5.1 高並發服務器的存儲方案 121
5.1.1 網站高並發服務器的策略 122
5.1.2 數據庫的鎖 125
5.2 高速緩存 127
5.2.1 Memcached 127
5.2.2 大文件緩存 129
5.2.3 分布式和集群 130
5.3 二進製存儲方案 132
5.3.1 磁盤IO和緩存 133
5.3.2 圖片和影音文件 134
5.4 大規模計算 135
5.4.1 圖片服務器的架構 136
5.4.2 讀取和寫入文本 137
5.4.3 文本搜索方案 138
5.5 區塊鏈技術 139
三部分 服務器架構及其方案
6章 遊戲服務器初探 144
6.1 服務器消息和輪詢 144
6.1.1 卡牌遊戲和弱連接 145
6.1.2 消息的輪詢 147
6.2 遊戲服務器架構演變 149
6.2.1 “上古時代”的遊戲服務器 149
6.2.2 近代的網絡遊戲服務器 153
6.2.3 近現代經典遊戲服務器模型 155
6.3 地圖的無縫連接 157
6.3.1 無縫連接的分析 158
6.3.2 無縫地圖更深層次的問題 160
7章 遊戲服務器的交互 165
7.1 無狀態和有狀態的服務器設計方案 165
7.1.1 無狀態的服務器設計方案 166
7.1.2 有狀態的服務器設計方案 167
7.2 輪詢 169
7.3 集群方案 171
7.3.1 集群的幾種方式 171
7.3.2 集群的方案 172
7.3.3 數據庫方案 173
7.3.4 Web服務和數據庫 174
7.3.5 其他方案 176
7.4 定時任務 178
8章 遊戲大廳 181
8.1 大廳登錄流程 181
8.1.1 登錄和選擇遊戲區 182
8.1.2 注冊和登錄 183
8.2 中間件 185
8.2.1 中間件的相關概念 186
8.2.2 ElasticSearch 191
8.2.3 在Python中使用ES 193
8.3 聊天服務 195
8.3.1 聊天服務器的搭建 195
8.3.2 聊天內容的獲取和分發 196
8.4 大廳與遊戲的對接 198
8.4.1 創建房間 198
8.4.2 與遊戲的對接 199
9章 實時交互服務器 202
9.1 長連接和強交互 202
9.1.1 TCP連接 203
9.1.2 多綫程 205
9.1.3 異步控製 206
9.1.4 加入隊列 207
9.2 使用UDP的方案 210
9.2.1 什麼是UDP協議 210
9.2.2 TCP協議和UDP協議的區彆 212
9.2.3 使用Python編寫UDP服務 214
9.2.4 加入多綫程 216
9.3 協議包的設計和實現 218
9.3.1 協議包頭和包身 219
9.3.2 協議包完整性 221
9.3.3 協議的加密和壓縮 222
9.3.4 協議包混淆 223
9.4 斷綫重連 224
10章 天梯和經濟 227
10.1 什麼是天梯 227
10.1.1 天梯的框架 229
10.1.2 數據載入 230
10.2 天梯層級 231
10.3 經濟 234
10.3.1 經濟簡介 234
10.3.2 經濟的設計 235
10.3.3 通貨膨脹 236
10.4 預留接口和熱更新 238
10.4.1 如何預留接口 238
10.4.2 代碼熱更新 241
11章 服務器承載量和客戶端優化方案 243
11.1 心跳服務 243
11.1.1 應用層的心跳服務 245
11.1.2 心跳包協議 246
11.2 同步校驗 247
11.2.1 服務器數據包同步 248
11.2.2 遊戲世界的同步 248
11.3 服務器承載 251
11.3.1 Python的多綫程並發 251
11.3.2 混閤C/C++之一 253
11.3.3 混閤C/C++之二 257
11.4 守護者進程 266
11.4.1 Windows下的守護者進程 266
11.4.2 監控和重啓進程 268
11.5 客戶端優化方案 270
11.5.1 優化解決方案 270
11.5.2 遊戲引擎 271
12章 分布式服務器 273
12.1 什麼是分布式 273
12.1.1 分布式文件 275
12.1.2 分布式服務 277
12.1.3 Python實現 278
12.2 流式處理 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
附錄A 不同語言之間的區彆 297
遊戲AI開發實用指南 內容簡介
智能和多樣化是一個成功遊戲的重要元素。本書將通過不同遊戲類型的人工智能示例幫助讀者進入遊戲AI編程,通過C#語言實現新、前沿的算法,終使遊戲通過有趣的人工智能設計增加的玩傢體驗。同時,本書將帶領讀者以不同的方式思考人工智能。
目錄
前言
關於作者
1章 不同的問題需要不同的解決方案 1
1.1 遊戲AI解決方案的曆史簡述 1
1.2 電子遊戲中的敵人AI 2
1.3 從簡單到聰明的類人AI 3
1.4 視覺和聲音的感知 4
1.5 總結 5
2章 可能性圖與概率圖 6
2.1 遊戲狀態 6
2.2 可能性圖 7
2.2.1 怎樣使用可能性圖 7
2.2.2 準備一個可能性圖(FPS遊戲) 8
2.2.3 創建一個可能性圖(FPS遊戲) 9
2.3 定義狀態 10
2.3.1 防守狀態 12
2.3.2 進攻狀態 13
2.3.3 可能性圖小結 16
2.4 概率圖 16
2.4.1 怎樣使用概率圖 17
2.4.2 接下來做什麼 19
2.5 總結 19
3章 産生式 20
3.1 自動有限狀態機 22
3.2 基於效用的函數 26
3.3 遊戲AI的動態平衡 36
3.4 總結 37
4章 環境與人工智能 38
4.1 視覺交互 39
4.2 基本環境交互 40
4.2.1 移動環境中的物體 40
4.2.2 環境中的障礙物 48
4.2.3 用區域阻斷環境 52
4.3 環境交互 54
4.3.1 適應不穩定的地形 55
4.3.2 使用射綫檢測評估決策 56
4.4 總結 58
5章 動畫行為 59
5.1 2D動畫與3D動畫的對比 59
5.1.1 2D動畫-精靈 59
5.1.2 3D動畫-骨骼結構 61
5.2 動畫狀態機 62
5.3 平滑過渡 78
5.4 總結 79
6章 導航行為和尋路 80
6.1 導航行為 80
6.1.1 選擇新的方嚮 80
6.1.2 點到點的移動 90
6.2 總結 123
7章 尋路 124
7.1 簡單尋路與尋路 124
7.2 A*搜索算法 126
7.3 總結 149
8章 群體交互 150
8.1 什麼是群體交互 150
8.2 電子遊戲與群體交互 151
8.2.1 《刺客信條》 151
8.2.2 《俠盜獵車》(GTA) 152
8.2.3 《模擬人生》 152
8.2.4 FIFA/實況足球 153
8.3 規劃群體交互 154
8.3.1 小組戰鬥 154
8.3.2 通信(警告區域) 157
8.3.3 通信(與其他AI角色交談) 160
8.3.4 團隊競技 161
8.4 群體碰撞避免 169
8.5 總結 171
9章 AI規劃與碰撞避免 172
9.1 搜索 172
9.2 總結 189
10章 感知 190
10.1 潛入類遊戲 190
10.2 關於戰術 190
10.3 關於感知 191
10.4 實現視覺感知 191
10.5 總結 225
一、 遊戲服務器架構與優化 引言: 在瞬息萬變的數字娛樂領域,遊戲産業的蓬勃發展對底層技術提齣瞭前所未有的挑戰。尤其是日益復雜的在綫多人遊戲,其流暢度、穩定性、可擴展性和用戶體驗,很大程度上取決於其背後強大的服務器架構。本書旨在深入剖析現代遊戲服務器架構的設計理念、關鍵技術以及優化策略,為讀者構建一個全麵而深刻的理解框架,使其能夠設計、部署和維護能夠承載高並發、低延遲、大規模在綫玩傢的穩定、高效的遊戲服務器係統。 第一部分:遊戲服務器架構基礎 遊戲服務器的演進與分類: 從早期簡單的P2P模式到如今復雜的分布式、微服務架構,遊戲服務器技術經曆瞭怎樣的發展曆程? 根據遊戲類型(MMO、MOBA、FPS、SLG等)和玩傢規模,不同的服務器架構有何特點和適用場景? 權威服務器、客戶端預測、狀態同步等核心概念的詳解。 核心組件與模塊設計: 網絡通信層: TCP/UDP協議的選擇與應用,高性能網絡庫(如libuv, Boost.Asio, Netty)的原理和實踐,粘包、分包、丟包的處理策略,流量控製與擁塞控製。 會話管理: 用戶登錄、鑒權、離綫處理、並發登錄限製、會話保持與恢復機製。 遊戲邏輯層: 遊戲狀態的管理、業務邏輯的封裝、事件驅動模型、多綫程與協程的應用。 數據持久化層: 數據庫(關係型、NoSQL)的選擇與優化,緩存策略(Redis, Memcached),熱點數據處理,數據一緻性保證。 服務發現與注冊: 如何實現不同服務之間的解耦和動態發現,ZooKeeper, etcd等注冊中心的原理與應用。 配置管理: 動態配置加載、配置版本控製、配置下發機製。 分布式架構模式: 單服模式的局限性與挑戰。 多服模式的演進: 分區服、分綫服、跨服機製(如跨服副本、跨服戰場)。 微服務架構: 如何將龐大的遊戲服務器拆分成獨立、可獨立部署的服務單元,服務間的通信(RESTful, gRPC),API Gateway的設計。 Actor模型: Akka, Orleans等框架在遊戲服務器開發中的應用,Actor模型如何解決並發與狀態管理問題。 基於消息隊列的異步處理: RabbitMQ, Kafka等在遊戲服務器中的應用,如何解耦服務,處理高並發的事件。 高可用性與容錯設計: 負載均衡: L4/L7負載均衡,DNS負載均衡,實現玩傢請求的均勻分配。 故障轉移與自動恢復: 心跳檢測,主備切換,服務異常時的快速響應與恢復。 數據備份與恢復: 定期備份策略,異地容災方案。 灰度發布與滾動升級: 如何在不影響用戶體驗的情況下更新和維護服務器。 第二部分:遊戲服務器性能優化 性能瓶頸分析與定位: 性能監控指標: CPU、內存、網絡I/O、磁盤I/O、請求響應時間、並發連接數等。 性能分析工具: profiler、tracer、load testing tools(如JMeter, Locust)。 日誌分析與故障排查: 有效的日誌記錄策略,日誌收集與分析平颱(如ELK stack)。 網絡性能優化: 減少網絡通信開銷: 數據協議的精簡與壓縮,消息閤並,心跳包優化。 提高網絡吞吐量: 使用高性能網絡庫,多路復用(epoll, kqueue),零拷貝技術。 降低網絡延遲: 閤理的網絡拓撲設計,CDN加速,就近部署。 防 DDoS 攻擊: 限流、IP封禁、流量清洗。 CPU與內存優化: 算法優化: 選擇高效的算法和數據結構。 多綫程/協程模型優化: 閤理的綫程池配置,避免綫程鎖競爭,協程的優勢與適用場景。 內存管理: 避免內存泄漏,對象池復用,垃圾迴收(GC)調優。 緩存策略優化: 熱點數據緩存,緩存失效策略,緩存一緻性。 數據庫與存儲優化: SQL優化: 索引設計,SQL查詢優化,避免全錶掃描。 NoSQL優化: 根據業務場景選擇閤適的NoSQL數據庫,數據模型設計。 讀寫分離: 提高數據庫的並發處理能力。 分庫分錶: 應對海量數據存儲的挑戰。 SSD優化: 利用SSD的優勢加速數據讀寫。 架構級優化: 服務拆分: 將重度消耗資源的模塊獨立部署,獨立擴展。 消息隊列的閤理使用: 異步化高並發操作,削峰填榖。 CDN與邊緣計算: 靠近用戶,降低延遲。 遊戲邏輯的輕量化: 將復雜計算轉移到客戶端(需結閤安全考慮)或專門的計算服務。 第三部分:遊戲服務器運維與監控 自動化部署與配置: CI/CD流程: Jenkins, GitLab CI等持續集成/持續部署工具的應用。 配置管理工具: Ansible, SaltStack, Chef等。 容器化技術: Docker, Kubernetes在遊戲服務器部署中的應用。 係統監控與報警: 全麵的監控係統: Prometheus, Zabbix, Nagios等。 關鍵指標的監控: 服務器負載、網絡流量、錯誤率、響應時間。 智能報警機製: 閾值報警,異常檢測報警,降級報警。 日誌管理與分析: 集中式日誌收集: ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana)。 日誌格式化與標準化: 方便分析和檢索。 利用日誌進行故障排查與性能調優。 安全加固: 訪問控製: 防火牆,SSH密鑰認證,最小權限原則。 數據加密: 傳輸加密(SSL/TLS),存儲加密。 漏洞掃描與修復。 反外掛與防作弊機製。 災難恢復計劃: 製定詳細的災難恢復預案。 定期進行災難恢復演練。 結論: 構建一個穩定、高效、可擴展的遊戲服務器架構是一項係統工程,它需要深刻理解網絡通信、分布式係統、並發編程、數據庫技術以及係統優化等多個領域的知識。本書係統地梳理瞭遊戲服務器架構的各個層麵,從基礎概念到高級優化,從設計理念到落地實踐,旨在為開發者和技術管理者提供一套完整的指導體係。通過學習本書,讀者將能夠更好地應對遊戲開發中遇到的技術挑戰,打造齣令人印象深刻的遊戲體驗。 --- 二、 遊戲AI開發實用指南 引言: 人工智能(AI)已不再是科幻小說的情節,而是深刻影響著各行各業,尤其是在遊戲開發領域,AI的應用更是為遊戲帶來瞭前所未有的沉浸感、挑戰性和智能化。一個齣色的遊戲AI不僅能讓NPC(非玩傢角色)行為更加逼真、富有策略,還能驅動遊戲世界的動態生成、優化玩傢體驗,甚至在遊戲設計和測試中扮演重要角色。本書將深入淺齣地講解遊戲AI開發中的核心技術、主流算法以及實用開發技巧,幫助讀者掌握構建智能遊戲AI的能力,為您的遊戲注入靈魂。 第一部分:遊戲AI基礎與核心概念 遊戲AI概述: AI在遊戲中的作用與價值: 提升玩傢體驗,增加遊戲趣味性,實現動態交互,降低開發成本。 遊戲AI的分類: 錶現性AI(如尋路、感知)、決策性AI(如行為選擇)、生成性AI(如內容生成)。 AI的局限性與挑戰: 計算資源限製,可控性,不可預測性,可玩性與AI強度平衡。 AI數據流與生命周期: 感知(Perception): 角色如何“看見”和“聽到”周圍環境,視覺、聽覺、觸覺的模擬。 思考(Thinking): 決策過程,信息處理,規劃。 行動(Action): 角色如何做齣反應,移動、攻擊、互動等。 學習(Learning)(可選): AI如何通過經驗改進自身行為。 遊戲AI設計的關鍵原則: 可控性與預期性: AI行為應在一定程度上可預測,但又不能過於僵化。 錶現力與真實感: 讓AI行為看起來自然、智能。 性能與效率: AI計算不應過度消耗遊戲性能。 可擴展性: 方便添加新的AI行為和能力。 遊戲性平衡: AI強度應與玩傢能力相匹配,提供挑戰而不至於令人沮喪。 第二部分:經典遊戲AI算法與技術 尋路(Pathfinding): A算法: 原理、啓發式函數設計、優化方法(如Jump Point Search)。 Dijkstra算法: 適用於無權圖或權值非負的情況。 導航網格(NavMesh): 概念、生成、使用方法,及其在3D遊戲中的應用。 本地避障: FLOCKING(群集)、Steering Behaviors(轉嚮行為)等。 狀態機(State Machines): 有限狀態機(FSM): 狀態、轉移、事件,如何設計NPC的各種行為狀態(如巡邏、攻擊、逃跑)。 層級狀態機(Hierarchical State Machines): 組織更復雜行為,提高可維護性。 狀態機在遊戲引擎中的實現。 行為樹(Behavior Trees): 基本節點類型: 序列(Sequence)、選擇(Selector)、並行(Parallel)、裝飾器(Decorator)、條件(Condition)、動作(Action)。 行為樹的設計模式: 任務驅動、響應式設計。 行為樹與狀態機的對比與結閤。 常用行為樹框架介紹(如Unity的Unity-Behavior-Tree)。 效用係統(Utility Systems): 效用函數的設計: 評估不同行動的“價值”或“效用”。 基於效用的決策: 選擇效用最高的行動。 在策略遊戲和復雜NPC行為中的應用。 決策樹(Decision Trees): 原理與構建方法。 在簡單條件判斷中的應用。 群集AI(Flocking)與群體模擬: Boids模型: 分離(Separation)、對齊(Alignment)、聚集(Cohesion)。 在模擬動物群、軍隊行進中的應用。 模糊邏輯(Fuzzy Logic): 模糊集閤與隸屬度函數。 模糊推理規則。 在AI的“模糊”決策和情感模擬中的應用。 機器學習在遊戲AI中的初步應用: 監督學習: 模仿玩傢行為。 強化學習: 訓練AI進行自主學習和改進(如AlphaGo)。 生成對抗網絡(GAN): 用於內容生成(如紋理、關卡)。 當前階段的優勢與局限性。 第三部分:遊戲AI開發實踐與技巧 AI的性能優化: 避免過多的AI計算: 限製AI每幀的更新次數。 LOD(Level of Detail)策略: 遠處AI的簡化計算。 緩存AI結果: 避免重復計算。 使用高效的數據結構與算法。 AI的調試與測試: 可視化調試工具: 觀察AI的決策過程、狀態、目標。 日誌記錄: 記錄AI的關鍵行為和決策。 單元測試與集成測試: 針對AI模塊進行測試。 玩傢反饋收集與AI迭代。 AI與遊戲設計的融閤: AI作為關卡設計工具: 動態生成關卡、敵人 배치。 AI作為敘事驅動力: 影響劇情走嚮,創造個性化故事。 AI作為玩傢交互對象: 成為遊戲中的重要夥伴或對手。 不同遊戲類型中的AI設計: FPS/TPS中的敵人AI: 射擊、掩體、戰術配閤。 RPG中的NPC AI: 對話、任務、社交關係。 策略遊戲中的AI: 資源管理、軍事策略、外交。 休閑遊戲中的AI: 挑戰性、趣味性。 AI的工具鏈與引擎集成: Unity/Unreal Engine中的AI係統: NavMeshAgent, AIController, Behavior Tree插件等。 自定義AI框架的設計與實現。 AI倫理與負責任的AI開發: 避免生成有害或歧視性內容。 AI的可解釋性與透明度。 玩傢對AI的期望與擔憂。 結論: 遊戲AI的開發是一個充滿創造力和技術挑戰的領域。本書從基礎概念齣發,係統地介紹瞭各種經典和前沿的遊戲AI算法與技術,並結閤實際開發經驗,提供瞭許多實用的技巧與建議。掌握瞭這些知識,你將能夠為遊戲世界賦予生命,創造齣更具吸引力和深度的遊戲體驗。無論是想讓你的NPC更聰明、更具挑戰性,還是希望利用AI驅動遊戲內容生成,本書都將是你不可或缺的指南。