实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

2022-03-31 06:36:21

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

目前GOLANG有大行其道的趋势，尤其是在网络编程方面。因为和c/c++比较起来，虽然GC占用了一部分机器性能，但是出错概率小了，开发效率大大提升，而且应用其原生支持的协程很容易就能开发出高并发的服务端程序。笔者接触VR行业两年有余，接触了一些商业unity网络引擎，总觉的用的东西都落伍了，于是自己写了一个简单的引擎。目前实现了的基本功能：

  • 支持房间概念。
  • 支持灵活的数据同步方式，包括帧同步和RPC。
  • 支持自定义事件的发送。

也实现了一个简单的demo，同步效果见下图，后面会有更详细的介绍。

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

项目地址：https://github.com/harlanc/netgo-unity-client
下面是一个简单的项目复盘。

数据通信格式

数据通信格式的定义是整个项目的基石。我们这里的客户端和服务端是跨平台，跨语言通信。因此要定义一种语言无关，平台无关并且简单易用，高效不费流量的数据格式。这里我们选用了Google的 Protobuf，详细介绍参考这篇帖子。

Protobuf的C#代码库有两种选择，一种是protobuf-net,一种是protobuf-csharp-port,前者的接口书写更加符合C# 语法规范，会让人看起来更舒服一些。如果需要跨平台的话，推荐使用后者，因为不同语言的接口书写比较类似，开发起来会更容易一些。看看原作者的回复。

定义proto文件

如何使用protobuf呢，首先要书写proto文件，定义自己的结构化数据，在netgo中，下面是netgo中定义的消息体的一部分：

enum CacheOptions{

AddToRoomCache = 0;
RemoveFromRoomCache = 1;
}

message NGVector3{

    float x = 1;
    float y = 2;
    float z = 3;
}

message NGQuaternion{

    float x = 1;
    float y = 2;
    float z = 3;
    float w = 4;
}

message NGColor{

    float r = 1;
    float g = 2;
    float b = 3;
    float a = 4;
}

完整定义参考。

生成c#和golang API接口文件

更新好命名空间后，执行下面的命令生成API文件：

  • golang

    protoc --go_out=. *.proto

  • c#

    protoc --csharp_out=. *.proto

服务端网络模型

一个Unity网络同步引擎的实现包括服务端和客户端两部分。Nego 是Unity网络同步引擎的服务端，使用golang实现，充分利用了它的原生协程来实现高并发。其网络模型基于gotcp来实现。

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

参考上图，netgo会为每个socket链接建立一个协程，一个socket协程内部建立三个协程：

  • ReadLoop 用于从网络端读取数据并放入Channel中。
  • HandleLoop 用于解析应用层数据并完成相应处理，并将处理后的数据通过Channel发送给WriteLoop。
  • WriteLoop 负责将处理结果forward给其它客户端或者response给本客户端。

参考代码：

func (c *Conn) Do() {
    if !c.srv.callback.OnConnect(c) {
    return
}

asyncDo(c.handleLoop, c.srv.waitGroup)
asyncDo(c.readLoop, c.srv.waitGroup)
asyncDo(c.writeLoop, c.srv.waitGroup)
}

客户端代码结构

写API基本上是面向用户编程，笔者以为，清晰的代码结构，好的命名方式能省掉大部分注释，代码写的乱只能靠注释来拯救，代码结构看下图：

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

按照命名空间，分为 Library,网络层和应用层（以后用户接口层会分出来）.

相关概念

数据同步

这里的同步是指一个房间内的数据同步，一个房间内存在着来自网络上的多个终端用户，每个Client都会将房间内其它人的数据在本地做一个Clone，而数据同步是指将你自己的数据同步到其他Cient你自己的Clone上面，因此发送范围是其它用户都会接收。

数据同步分为一下两种：

  • View Sync

View Sync是毫秒级别的数据同步。可用于虚拟角色动作同步。

  • RPC

每次同步由用户手动触发。可用于换装等同步。

Custom Event

Custom Event不是向所有其它Client的Clone实体发送同步消息，而是向一个或者几个指定的Client发送消息。

接口介绍

房间相关接口

请求接口
    
   //加入或者创建房间
   public static void JoinOrCreateRoom(string roomid,uint maxnumber)
   //创建房间
   public static void CreateRoom(string roomid, uint maxnumber)
   //加入房间
   public static void JoinRoom(string roomid)
   //离开房间
   public static void LeaveRoom()
回调接口
   //创建房间成功
    void OnGreatedRoom();
    //创建房间失败
    void OnGreateRoomFailed(string errmsg);
    //加入房间成功
    void OnJoinedRoom();
    //加入房间失败
    void OnJoinRoomFailed();
    //离开房间成功
    void OnLeftRoom();

Player相关接口

   //实例化一个物体
   public static void Instantiate(string prefabname, Vector3 position, Quaternion rotation, uint[] viewids)
  //有其它用户进入房间 
   void OnOtherPlayerEnteredRoom(NGPlayer player);
   //有其它用户离开房间
   void OnOtherPlayerLeftRoom(NGPlayer player);

CustomEvent接口

请求接口
    //发送事件
    public static void SendCustomEvent(uint eventid, uint[] targetpeerids, NGAny[] customdata)
回调接口
    //接收事件
    void OnCustomEvent(uint eventID, NGAny[] data);

View Sync

视图同步需要自己实现组件脚本，实现序列化反序列化接口，并且需要挂载到物体上：

public interface INGSerialize
{
    void SerializeViewComponent(NGViewStream stream);
    void DeserializeViewComponent(NGViewStream stream);
}

public class CubeViewComponent : NGIncomingEvent, INGSerialize
{
    public void SerializeViewComponent(NGViewStream stream)
    {
        stream.Send(this.transform.position);
        stream.Send(this.transform.rotation);
    }
    public void DeserializeViewComponent(NGViewStream stream)
    {
        mCorrentPosition = (NGVector3)stream.Receive();
        mCorrentRotation = (NGQuaternion)stream.Receive();
    }
}

Clone实体接受数据反序列化后在Update中实时更新即可：

void Update()
{
    if (!view.IsMine)
    {
        transform.position = mCorrentPosition;//Vector3.Lerp(transform.position, mCorrentPosition, Time.deltaTime * 5);
        transform.rotation = mCorrentRotation;//Quaternion.Lerp(transform.rotation, mCorrentRotation, Time.deltaTime * 5);
    }
}

RPC

使用RPC需要在视图脚本中写一个RPC函数：

[NGRPCMethod]
public void OnColor(NGAny[] c)
{
    mMat.color = c[0].NgColor;
}

调用下面的接口向其它Clone实体发送RPC调用：

public static void SendRPC(uint viewID, string methodname, RPCTarget target, params NGAny[] parameters)

有关RPC，View Sync和Custom Event 的详细使用方法 参考源码

Demo演示

服务端部署

Clone代码
git clone https://github.com/harlanc/netgo.git
安装依赖
go get -d ./...
更新监听端口号

打开main.go

tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", "0.0.0.0:8686")
启动服务
 go run main.go

客户端编译安装

客户端支持windows/MacOS/Andorid/IOS多平台。下面在Android和MacOS上测试：

配置IP和端口

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

切换Android平台

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

编译生成APK

安装APK后的初始化界面如下：

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

功能测试

两个Client进入同一个房间，每个Client会实例化出来两个Cube，一个为本机实体（Mine Cube）,一个为对方的实体（Clone Cube）。

View SYnc

点击按钮Move后，会通过视图同步的方式进行postion和rotation同步。也就是文章刚开始的动图展示的样子：
实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

RPC

点击Mine Cube之后，Cube的颜色会发生变化，同时同步到别的机器上，这里的颜色同步是通过RPC来实现的。

实现一个简易的Unity网络同步引擎Netgo

Custom Event

点击Clone Cube之后，会向对方实体发送消息，效果是对方的Mine Cube Scale会增加。

Road Map

接下来考虑会加入或者需要优化的功能：

  • 支持大厅功能
  • 支持负载均衡
  • 增加支持UDP等网络传输协议
  • 增加支持json等多种数据编码格式
  • View Sync数据传输优化
  • 支持跨房间Custom Event
  • .....
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