pomelo之所以简单易用、功能全面,并且具有高可扩展性、可伸缩性等特点,这与它的技术选型和方案设计是密不可分的。在研究大量游戏引擎设计思路基础上,结合以往游戏开发的经验,确定了pomelo框架的设计方案。

pomelo为什么采用node.js开发?

node.js自身特点与游戏服务器的特性惊人的吻合。 在node.js的官方定义中, fast、scalable、realtime、network这几个特性都非常符合游戏服务器的要求。游戏服务器是个网络密集型的应用,对实时性要求极高,而node.js在网络io上的优势也完全可以满足这点。使用node.js开发游戏服务器的优势总结:

  • io与可伸缩性的优势。io密集型的应用采用node.js是最合适的, 可达到最好的可伸缩性。
  • 多进程单线程的应用架构。node.js天生采用单线程, 使它在处理复杂逻辑的时候无需考虑线程同步、锁、死锁等一系列问题, 减少了很多逻辑错误。 由多进程node.js组成的服务器群是最理想的应用架构。
  • 语言优势。使用javascript开发可以实现快速迭代,如果客户端使用html 5,更可实现代码共用。

游戏服务器的运行架构

一个真正高可扩展的游戏运行架构必须是多进程的。google的gritsgame, mozilla的browserquest 都采用了node.js作为游戏服务器开发语言, 但它们都采用了单进程的node.js服务器,缺乏扩展性,这使它们可以支撑的在线用户数量是很有限的(这两个游戏主要是作为HTML5游戏的demo)。而多进程的架构可以很好的实现游戏服务器的的扩展性,达到支撑较多在线用户、降低服务器压力等要求。

一个典型的多进程MMO运行架构, 如下图所示:

MMO运行架构

说明: 上图中的方块表示进程, 定义上等同于“服务器“

运行架构说明:

  • 客户端通过websocket长连接连到connector服务器群。
  • connector负责承载连接,并把请求转发到后端的服务器群。
  • 后端的服务器群主要包括按场景分区的场景服务器(area)、聊天服务器(chat)和状态服务器等(status), 这些服务器负责各自的业务逻辑。真实的案例中还会有各种其它类型的服务器。
  • 后端服务器处理完逻辑后把结果返回给connector, 再由connector广播回给客户端。
  • master负责统一管理这些服务器,包括各服务器的启动、监控和关闭等功能。

游戏运行架构与web应用运行架构的区别

该游戏运行架构表面上看与web应用运行架构很类似,connector类似于web应用的apache/nginx等web服务器,后端的服务器群类似于web应用中的应用服务器(如tomcat),但实际上存在着很大的差别:

  • 长连接与短连接。web应用使用基于http的短连接以达到最大的可扩展性,游戏应用采用基于socket(websocket)的长连接,以达到最大的实时性。
  • 分区策略不同。web应用的分区可以根据负载均衡自由决定, 而游戏则是基于场景(area)的分区模式, 这使同场景的玩家跑在一个进程内, 以达到最少的跨进程调用。
  • 有状态和无状态。web应用是无状态的, 可以达到无限的扩展。 而游戏应用则是有状态的, 由于基于场景的分区策略,它的请求必须路由到指定的服务器, 这也使游戏达不到web应用同样的可扩展性。
  • 广播模式和request/response模式。web应用采用了基于request/response的请求响应模式。而游戏应用则更频繁地使用广播, 由于玩家在游戏里的行动要实时地通知场景中的其它玩家, 必须通过广播的模式实时发送。这也使游戏在网络通信上的要求高于web应用。

如此复杂的运行架构, 我们需要一个框架来简化开发

游戏的运行架构很复杂,要想支撑起如此复杂的运行架构,必须要有一个框架来简化开发。 pomelo正是这样一个框架,它使我们用最少的代码, 最清晰的结构来实现复杂的运行架构。

pomelo的框架介绍

pomelo framework的组成架构如图所示:

pomelo框架

  • server management, pomelo是个真正多进程、分布式的游戏服务器。因此各游戏server(进程)的管理是pomelo很重要的部分,框架通过抽象使服务器的管理非常容易。
  • network, 请求、响应、广播、RPC、session管理等构成了整个游戏框架的脉络,所有游戏流程都构建在这个脉络上。
  • application, 应用的定义、component管理,上下文配置, 这些使pomelo framework的对外接口很简单, 并且具有松耦合、可插拔架构。

pomelo的架构设计目标

  • 服务器(进程)的抽象与扩展

在web应用中, 每个服务器是无状态、对等的, 开发者无需通过框架或容器来管理服务器。 但游戏应用不同, 游戏可能需要包含多种不同类型的服务器,每类服务器在数量上也可能有不同的需求。这就需要框架对服务器进行抽象和解耦,支持服务器类型和数量上的扩展。

  • 客户端的请求、响应、广播

客户端的请求、响应与web应用是类似的, 但框架是基于长连接的, 实现模式与http请求有一定差别。 广播是游戏服务器最频繁的操作, 需要方便的API, 并且在性能上达到极致。

  • 服务器间的通讯、调用

尽管框架尽量避免跨进程调用,但进程间的通讯是不可避免的, 因此需要一个方便好用的RPC框架来支撑。

* 松耦合、可插拔的应用架构。

应用的扩展性很重要, pomelo framework支持以component的形式插入任何第三方组件, 也支持加入自定义的路由规则, 自定义的filter等。

下面分别对这三个目标进行详细的分析:

服务器(进程)的抽象与扩展介绍

服务器的抽象与分类

该架构把游戏服务器做了抽象, 抽象成为两类:前端服务器和后端服务器, 如图:

服务器抽象

前端服务器(frontend)的职责:

  • 负责承载客户端请求的连接
  • 维护session信息
  • 把请求转发到后端
  • 把后端需要广播的消息发到前端

后端服务器(backend)的职责:

  • 处理业务逻辑, 包括RPC和前端请求的逻辑
  • 把消息推送回前端

服务器的鸭子类型

动态语言的面向对象有个基本概念叫鸭子类型。 服务器的抽象也同样可以比喻为鸭子, 服务器的对外接口只有两类, 一类是接收客户端的请求, 叫做handler, 一类是接收RPC请求, 叫做remote, handler和remote的行为决定了服务器长什么样子。 因此我们只要定义好handler和remote两类的行为, 就可以确定这个服务器的类型。

服务器抽象的实现

利用目录结构与服务器对应的形式, 可以快速实现服务器的抽象。

以下是示例图: 目录结构

图中的connector, area, chat三个目录代表三类服务器类型, 每个目录下的handler与remote决定了这个服务器的行为(对外接口)。 开发者只要往handler与remote目录填代码, 就可以实现某一类的服务器。这让服务器实现起来非常方便。 让服务器动起来, 只要填一份配置文件servers.json就可以让服务器快速动起来。 配置文件内容如下所示:

{
  "development":{
    "connector": [
      {"id": "connector-server-1", "host": "127.0.0.1", "port": 3150, "clientPort":3010, "frontend":true},
      {"id": "connector-server-2", "host": "127.0.0.1", "port": 3151, "clientPort":3011, "frontend":true}
    ],
    "area": [
      {"id": "area-server-1", "host": "127.0.0.1", "port": 3250, "area": 1},
      {"id": "area-server-2", "host": "127.0.0.1", "port": 3251, "area": 2},
      {"id": "area-server-3", "host": "127.0.0.1", "port": 3252, "area": 3}
    ],
    "chat":[
      {"id":"chat-server-1","host":"127.0.0.1","port":3450}
    ]
   }
}

客户端请求与响应、广播的抽象介绍

所有的web应用框架都实现了请求与响应的抽象。尽管游戏应用是基于长连接的, 但请求与响应的抽象跟web应用很类似。 下图的代码是一个request请求示例:

请求示例

请求的api与web应用的ajax请求很象,基于Convention over configuration的原则, 请求不需要任何配置。 如下图所示,请求的route字符串:chat.chatHandler.send, 它可以将请求分发到chat服务器上chatHandler文件定义的send方法。

Pomelo的框架里还实现了request的filter机制,广播/组播机制,详细介绍见pomelo框架参考

服务器间RPC调用的抽象介绍

架构中各服务器之间的通讯主要是通过底层RPC框架来完成的,该RPC框架主要解决了进程间消息的路由和RPC底层通讯协议的选择两个问题。 服务器间的RPC调用也实现了零配置。实例如下图所示:

rpc调用

上图的remote目录里定义了一个RPC接口: chatRemote.js,它的接口定义如下:

chatRemote.kick = function(uid, player, cb) {
}

其它服务器(RPC客户端)只要通过以下接口就可以实现RPC调用:

app.rpc.chat.chatRemote.kick(session, uid, player, function(data){
});

这个调用会根据特定的路由规则转发到特定的服务器。(如场景服务的请求会根据玩家在哪个场景直接转发到对应的server)。 RPC框架目前在底层采用socket.io作为通讯协议,但协议对上层是透明的,以后可以替换成任意的协议。

pomelo支持可插拔的component扩展架构

component是pomelo自定义组件,开发者可自加载自定义的component。 component在pomelo框架参考将有更深入的讨论。 以下是component的生命周期图:

components

用户只要实现component相关的接口: start, afterStart, stop, 就可以加载自定义的组件:

app.load([name], comp, [opts])

总结

上面的应用框架构成了pomelo framework的基础。在此基础上,配合pomelo提供的游戏开发库和相关工具集,开发游戏服务器将变得非常方便。 后面的tutorial将带我们进入开发游戏应用的实际案例。