Noseparte说: 网络游戏中的帧同步与状态同步

帧同步的基础概念

相同的输入 + 相同的时机 = 相同的输出。
客户端发送操作信息到服务器，服务器收到后转播给所有的客户端，客户端接收服务器的操作信息后计算游戏行为的结果，
然后通过广播下发游戏中各种状态，客户端收到状态后显示内容。

帧同步和状态同步的对比

(状态同步的概念： 客户端发送操作信息到服务器，服务器收到后，计算游戏行为的结果，然后通过广播下发游戏中各种状态，客户端收到状态后显示内容。)

选择帧同步的原因

1. 节省消息量。
    每一次消息传递只需要附带操作信息就可以。而状态同步的消息包需要附带各种状态信息。
2. 方便实现实时对战类游戏 ------ 弱网络下的同步问题。
    用尽量少的消息就可以维持战斗的继续。
3. 降低服务器的计算压力。
    状态同步的战斗，服务器需要计算所有的战斗逻辑。
4. 提高开发效率。
    因为服务器可以只做消息的转播，客户端在开发中也可以先脱离服务器单独进行。
5. 在客户端表现方面获得更好的表现力。
    因为客户端获得了更多的表现管理权限，不必被数据硬性驱动。
6. 可以很方便的做战斗录像。
    有了战斗初始信息及战斗帧列表，就可以完美复现战斗过程。

网络协议的选择

1. TCP — 消息稳定，但是慢。适合卡牌等即时性不强，通讯不密集的游戏。
2. UDP — 消息传递快，但是不稳定，容易出现丢包和乱序的问题。适合即时性比较强的游戏类型。

帧同步设计中关键技术

1. 随机值 & 伪随机算法。
2. UDP协议的安全使用方式。

(1)《王者荣耀》团队提到的“可靠UDP传输”
    a.为每个数据包增加序列号，每发一次包，增加本地序号。
    b.每个数据包增加一段位域，用来容纳多个确认符。确认字符多少个，跟进应用的发包速率来决定，速率越高，确认字符的数量也相应越多。
    c.每次收到包，把收到的包上序列号变为确认字符，发送包的时候带上这些确认字符。
    d.如果从确认字符里面发现某个数据包有丢失，把它留给应用程序来编写一个包含丢失数据的新的数据包，必要的话，这个包还会用一个新的 序列号发送。
    e.针对多次收到同一包的时候可以放弃它。
(2)数据冗余法
    a.每个数据帧，包含过去2帧的数据，即每次发3帧的数据。
    b.如果帧丢失或者帧乱序，我们都判定为帧丢失。然后重新请求帧数据下载。

3.1 取消计算中的浮点数，或者创建浮点数安全使用环境。

4.1 游戏流畅性实现：

(1) 允许个别客户端丢失一些帧 - 不必在有些玩家帧数跟不上时限制所有的玩家一起等待，而是忽略掉这个玩家在这段时间的操作信息。当然这堆网络延迟比较高的用户来说不公平，但这是为了所有玩家游戏过程的流畅而做出的选择。总而言之，这是在游戏【公平性】与【流畅性】上的一个矛盾平衡。
(2) 客户端行为管理
    a.自驱动性。客户端可以把服务器广播下来的消息缓存一下，然后根据自己的表现来主动读取缓存消息队列。以此来保证客户端表现的连贯性。
    b.消息延迟处理。为保证消息被连续稳定地被处理，所以可以在消息接收后延迟一段时间再处理，利用这个时间差去准备更多的新消息。
    c.行为预测。当客户端向服务器发送一帧出去但是服务器还没回复时，让客户端继续一些预测帧的执行。这样能保证客户端表现的连续性，不需要等待服务器的反馈信息。虽然复杂的行为难以预测，但是简单移动行为的预测能让画面表现更连贯。如果预测失败，便让客户端预测帧回滚到服务器反回的最新帧便可。

5.1 设置内存快照。

为避免战斗重读所有帧的巨大消耗（比如战斗重连），可以让战斗先读取一个逻辑帧的内存快照，进而让重连直接从一个中间值开始。

6.1 自我检测以及问题上报机制。

(1) 设置自动机器人来大量测试逻辑，尽量多的暴露逻辑中的问题。
(2) 在逻辑出现不一致时，能自动收集全面的信息，并且能利用工具快速定位问题。

7.1 防外挂手段

(1) 投票制：几个客户端之间作对比，把少数逻辑不一致的当做“作弊者”处理。--- 不彻底的处理手法。适合单局多人网游。
(2) 裁判制：服务器做逻辑校验，所有和服务器计算结果不一致的数据都会被当做作弊数据处理。适合单局单人网游。
(3) 举报制：程序无法覆盖到所有的异常，可以通过玩家来曝光新的作弊手法。
(4) 客户端数据加密：尽管是肯定能被突破的防护手段，但是有总比没有强。
(5) 程序和策划要一起努力来防外挂，比如把容易出外挂的设计改掉。-- 这个修改其实是最根本最有效的~

帧同步必须要做到的事情

1.帧数据要小，消息包要小。
2.客户端逻辑和表现要分开。

易出错的地方：

1.需要循环利用的战场，一定要注意数据的释放。
2.若服务器也要计算战斗逻辑，那么务必保证客户端和服务器逻辑的一致性。

帧同步可能出问题的地方：

1.客户端拥有完整的游戏信息。容易出现的问题就是游戏中的透视能力，比如Moba游戏全图挂，棋牌游戏透视对方的手牌。
2.应用到格斗游戏，或者动作游戏

采用帧同步机制的游戏：

1.王者荣耀。
2.红色警戒、帝国时代、星际争霸、魔兽争霸三。

发散思考内容：

1.帧同步的开发为什么比状态同步要快？ 为什么可以节省服务器的时间？。

2.LoL之前也是用的帧同步方式，为什么他后期做了修改？

开源项目： Almost-Famous