介紹
本文以我的OpenPoker項目為例子，講述了一個構(gòu)建超強伸縮性的在線多游戲玩家系統(tǒng)。
OpenPoker是一個超強多玩家紙牌服務(wù)器，具有容錯、負(fù)載均衡和無限伸縮性等特性。
源代碼位于我的個人站點上，大概10,000行代碼，其中1/3是測試代碼。

在OpenPoker最終版本敲定之前我做了大量調(diào)研，我嘗試了Delphi、Python、C#、C/C++和Scheme。我還用Common Lisp寫了紙牌引擎。
雖然我花費了9個月的時間研究原型，但是最終重寫時只花了6個星期的時間。
我認(rèn)為我所節(jié)約的大部分時間都得益于選擇Erlang作為平臺。

相比之下，舊版本的OpenPoker花費了一個4～5人的團隊9個月時間。

Erlang是什么東東？
我建議你在繼續(xù)閱讀本文之前瀏覽下Erlang FAQ，這里我給你一個簡單的總結(jié)...

Erlang是一個函數(shù)式動態(tài)類型編程語言并自帶并發(fā)支持。它是由Ericsson特別為控制開關(guān)、轉(zhuǎn)換協(xié)議等電信應(yīng)用設(shè)計的。
Erlang十分適合構(gòu)建分布式、軟實時的并發(fā)系統(tǒng)。

由Erlang所寫的程序通常由成百上千的輕量級進(jìn)程組成，這些進(jìn)程通過消息傳遞來通訊。
Erlang進(jìn)程間的上下文切換通常比C程序線程的上下文切換要廉價一到兩個數(shù)量級。

使用Erlang寫分布式程序很簡單，因為它的分布式機制是透明的：程序不需要了解它們是否分布。

Erlang運行時環(huán)境是一個虛擬機，類似于Java虛擬機。這意味著在一個價格上編譯的代碼可以在任何地方運行。
運行時系統(tǒng)也允許在一個運行著的系統(tǒng)上不間斷的更新代碼。
如果你需要額外的性能提升，字節(jié)碼也可以編譯成本地代碼。

請移步Erlang site，參考Getting started、Documentation和Exampes章節(jié)等資源。

為何選擇Erlang？
構(gòu)建在Erlang骨子里的并發(fā)模型特別適合寫在線多玩家服務(wù)器。

一個超強伸縮性的多玩家Erlang后端構(gòu)建為擁有不同“節(jié)點”的“集群”，不同節(jié)點做不同的任務(wù)。
一個Erlang節(jié)點是一個Erlang VM實例，你可以在你的桌面、筆記本電腦或服務(wù)器上上運行多個Erlang節(jié)點/VM。
推薦一個CPU一個節(jié)點。

Erlang節(jié)點會追蹤所有其他和它相連的節(jié)點。向集群里添加一個新節(jié)點所需要的只是將該新節(jié)點指向一個已有的節(jié)點。
一旦這兩個節(jié)點建立連接，集群里所有其他的節(jié)點都會知曉這個新節(jié)點。

Erlang進(jìn)程使用一個進(jìn)程id來相互發(fā)消息，進(jìn)程id包含了節(jié)點在哪里運行的信息。進(jìn)程不需要知道其他進(jìn)程在哪里就可以通訊。
連接在一起的Erlang節(jié)點集可以看作一個網(wǎng)格或者超級計算設(shè)備。

超多玩家游戲里玩家、NPC和其他實體最好建模為并行運行的進(jìn)程，但是并行很難搞是眾所皆知的。Erlang讓并行變得簡單。

Erlang的位語法∞讓它在處理結(jié)構(gòu)封裝/拆解的能力上比Perl和Python都要強大。這讓Erlang特別適合處理二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

OpenPoker架構(gòu)
OpenPoker里的任何東西都是進(jìn)程。玩家、機器人、游戲等等多是進(jìn)程。
對于每個連接到OpenPoker的客戶端都有一個玩家“代理”來處理網(wǎng)絡(luò)消息。
根據(jù)玩家是否登錄來決定部分消息忽略，而另一部分消息則發(fā)送給處理紙牌游戲邏輯的進(jìn)程。

紙牌游戲進(jìn)程是一個狀態(tài)機，包含了游戲每一階段的狀態(tài)。
這可以讓我們將紙牌游戲邏輯當(dāng)作堆積木，只需將狀態(tài)機構(gòu)建塊放在一起就可以添加新的紙牌游戲。
如果你想了解更多的話可以看看cardgame.erl的start方法。

紙牌游戲狀態(tài)機根據(jù)游戲狀態(tài)來決定不同的消息是否通過。
同時也使用一個單獨的游戲進(jìn)程來處理所有游戲共有的一些東西，如跟蹤玩家、pot和限制等等。
當(dāng)在我的筆記本電腦上模擬27,000個紙牌游戲時我發(fā)現(xiàn)我擁有大約136,000個玩家以及總共接近800,000個進(jìn)程。

下面我將以O(shè)penPoker為例子，專注于講述怎樣基于Erlang讓實現(xiàn)伸縮性、容錯和負(fù)載均衡變簡單。
我的方式不是特別針對紙牌游戲。同樣的方式可以用在其他地方。

伸縮性
我通過多層架構(gòu)來實現(xiàn)伸縮性和負(fù)載均衡。
第一層是網(wǎng)關(guān)節(jié)點。
游戲服務(wù)器節(jié)點組成第二層。
Mnesia“master”節(jié)點可以認(rèn)為是第三層。

Mnesia是Erlang實時分布式數(shù)據(jù)庫。Mnesia FAQ有一個很詳細(xì)的解釋。Mnesia基本上是一個快速的、可備份的、位于內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫。
Erlang里沒有對象，但是Mnesia可以認(rèn)為是面向?qū)ο蟮模�因為它可以存儲任何Erlang數(shù)據(jù)。

有兩種類型的Mnesia節(jié)點：寫到硬盤的節(jié)點和不寫到硬盤的節(jié)點。除了這些節(jié)點，所有其他的Mnesia節(jié)點將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中。
在OpenPoker里Mnesia master節(jié)點會將數(shù)據(jù)寫入硬盤。網(wǎng)關(guān)和游戲服務(wù)器從Mnesia master節(jié)點獲得數(shù)據(jù)庫并啟動，它們只是內(nèi)存節(jié)點。

當(dāng)啟動Mnesia時，你可以給Erlang VM和解釋器一些命令行參數(shù)來告訴Mnesia master數(shù)據(jù)庫在哪里。
當(dāng)一個新的本地Mnesia節(jié)點與master Mnesia節(jié)點建立連接之后，新節(jié)點變成master節(jié)點集群的一部分。

假設(shè)master節(jié)點位于apple和orange節(jié)點上，添加一個新的網(wǎng)關(guān)、游戲服務(wù)器等等。OpenPoker集群簡單的如下所示：

erl -mnesia extra_db_nodes \['db@apple','db@orange'\] -s mnesia start

-s mnesia start相當(dāng)于這樣在erlang shell里啟動Mnedia：

erl -mnesia extra_db_nodes \['db@apple','db@orange'\]
Erlang (BEAM) emulator version 5.4.8 [source] [hipe] [threads:0]

Eshell V5.4.8 (abort with ^G)
1> mnesia:start().
ok

OpenPoker在Mnesia表里保存配置信息，并且這些信息在Mnesia啟動后立即自動被新的節(jié)點下載。零配置！

容錯
通過添加廉價的Linux機器到我的服務(wù)器集群，OpenPoker讓我隨心所欲的變大。
將幾架1U的服務(wù)器放在一起，這樣你就可以輕易的處理500,000甚至1,000,000的在線玩家。這對MMORPG也是一樣。

我讓一些機器運行網(wǎng)關(guān)節(jié)點，另一些運行數(shù)據(jù)庫master來寫數(shù)據(jù)庫事務(wù)到硬盤，讓其他的機器運行游戲服務(wù)器。
我限制游戲服務(wù)器接受最多5000個并發(fā)的玩家，這樣當(dāng)游戲服務(wù)器崩潰時最多影響5000個玩家。

值得注意的是，當(dāng)游戲服務(wù)器崩潰時沒有任何信息丟失，因為所有的Mnesia數(shù)據(jù)庫事務(wù)都是實時備份到其他運行Mnesia以及游戲服務(wù)器的節(jié)點上的。

為了預(yù)防出錯，游戲客戶端必須提供一些援助來平穩(wěn)的重連接OpenPoker集群。
一旦客戶端發(fā)現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)錯誤，它應(yīng)該連接網(wǎng)關(guān)，接受一個新的游戲服務(wù)器地址，然后重新連接新的游戲服務(wù)器。
下面發(fā)生的事情需要一定技巧，因為不同類型的重連接場景需要不同的處理。

OpenPoker會處理如下幾種重連接的場景：
1，游戲服務(wù)器崩潰
2，客戶端崩潰或者由于網(wǎng)絡(luò)原因超時
3，玩家在線并且在一個不同的連接上
4，玩家在線并且在一個不同的連接上并在一個游戲中

最常見的場景是一個客戶端由于網(wǎng)絡(luò)出錯而重新連接。
比較少見但仍然可能的場景是客戶端已經(jīng)在一臺機器上玩游戲，而此時從另一臺機器上重連接。

每個發(fā)送給玩家的OpenPoker游戲緩沖包和每個重連接的客戶端將首先接受所有的游戲包，因為游戲不是像通常那樣正常啟動然后接受包。
OpenPoker使用TCP連接，這樣我不需要擔(dān)心包的順序——包會按正確的順序到達(dá)。

每個客戶端連接由兩個OpenPoker進(jìn)程來表現(xiàn)：socket進(jìn)程和真正的玩家進(jìn)程。
先使用一個功能受限的visitor進(jìn)程，直到玩家登錄。例如visitor不能參加游戲。
在客戶端斷開連接后，socket進(jìn)程死掉，而玩家進(jìn)程仍然活著。

當(dāng)玩家進(jìn)程嘗試發(fā)送一個游戲包時可以通知一個死掉的socket，并讓它自己進(jìn)入auto-play模式或者掛起。
在重新連接時登錄代碼將檢查死掉的socket和活著的玩家進(jìn)程的結(jié)合。代碼如下：

login({atomic, [Player]}, [_Nick, Pass|_] = Args)
  when is_record(Player, player) ->
    Player1 = Player#player {
      socket = fix_pid(Player#player.socket),
      pid = fix_pid(Player#player.pid)
    },
    Condition = check_player(Player1, [Pass],
      [
        fun is_account_disabled/2,
        fun is_bad_password/2,
        fun is_player_busy/2,
        fun is_player_online/2,
        fun is_client_down/2,
        fun is_offline/2
      ]),
    ...

condition本身由如下代碼決定：

is_player_busy(Player, _) ->
  {Online, _} = is_player_online(Player, []),
  Playing = Player#player.game /= none,
  {Online and Playing, player_busy}.

is_player_online(Player, _) ->
  SocketAlive = Player#player.socket /= none,
  PlayerAlive = Player#player.pid /= none,
  {SocketAlive and PlayerAlive, player_online}.

is_client_down(Player, _) ->
  SocketDown = Player#player.socket == none,
  PlayerAlive = Player#player.pid /= none,
  {SocketDown and PlayerAlive, client_down}.

is_offline(Player, _) ->
  SocketDown = Player#player.socket == none,
  PlayerDown = Player#player.pid == none,
  {SocketDown and PlayerDown, player_offline}.

注意login方法的第一件事是修復(fù)死掉的進(jìn)程id：

fix_pid(Pid)
  when is_pid(Pid) ->
    case util:is_process_alive(Pid) of
    true ->
      Pid;
    _->
      none
    end;

fix_pid(Pid) ->
    Pid.

以及：

-module(util).

-export([is_process_alive/1]).

is_process_alive(Pid)
  when is_pid(Pid) ->
    rpc:call(node(Pid), erlang, is_process_alive, [Pid]).

Erlang里一個進(jìn)程id包括正在運行的進(jìn)程的節(jié)點的id。
is_pid(Pid)告訴我它的參數(shù)是否是一個進(jìn)程id(pid)，但是不能告訴我進(jìn)程是活著還是死了。
Erlang自帶的erlang:is_process_alive(Pid)告訴我一個本地進(jìn)程（運行在同一節(jié)點上）是活著還是死了，但沒有檢查遠(yuǎn)程節(jié)點是或者還是死了的is_process_alive變種。

還好，我可以使用Erlang rpc工具和node(pid)來在遠(yuǎn)程節(jié)點上調(diào)用is_process_alive()。
事實上，這跟在本地節(jié)點上一樣工作，這樣上面的代碼就可以作為全局分布式進(jìn)程檢查器。

剩下的唯一的事情是在不同的登錄條件上活動。
最簡單的情況是玩家離線，我期待一個玩家進(jìn)程，連接玩家到socket并更新player record。

login(Player, player_offline, [Nick, _, Socket]) ->
  {ok, Pid} = player:start(Nick),
  OID = gen_server:call(Pid, 'ID'),
  gen_server:cast(Pid, {'SOCKET', Socket}),
  Player1 = Player#player {
    oid = OID,
    pid = Pid,
    socket = Socket
  },
  {Player1, {ok, Pid}}.

假如玩家登陸信息不匹配，我可以返回一個錯誤并增加錯誤登錄次數(shù)。如果次數(shù)超過一個預(yù)定義的最大值，我就禁止該帳號：

login(Player, bad_password, _) ->
  N = Player#player.login_errors + 1,
  {atomic, MaxLoginErrors} =
  db:get(cluster_config, 0, max_login_errors),
  if
  N > MaxLoginErrors ->
    Player1 = Player#player {
      disabled = true
    },
    {Player1, {error, ?ERR_ACCOUNT_DISABLED}};
  true ->
    Player1 = Player#player {
      login_errors =N
    },
    {Player1, {error, ?ERR_BAD_LOGIN}}
  end;

login(Player, account_disabled, _) ->
    {Player, {error, ?ERR_ACCOUNT_DISABLED}};

注銷玩家包括使用Object ID（只是一個數(shù)字）找到玩家進(jìn)程id，停止玩家進(jìn)程，然后在數(shù)據(jù)庫更新玩家record：

logout(OID) ->
  case db:find(player, OID) of
  {atomic, [Player]} ->
    player:stop(Player#player.pid),
    {atomic, ok} = db:set(player, OID,
      [{pid, none},
      {socket, none}];
  _->
    oops
  end.

這樣我就可以完成多種重連接condition，例如從不同的機器重連接，我只需先注銷再登錄：

login(Player, player_online, Args) ->
  logout(Player#player.oid),
  login(Player, player_offline, Args);

如果玩家空閑時客戶端重連接，我所需要做的只是在玩家record里替換socket進(jìn)程id然后告訴玩家進(jìn)程新的socket：

login(Player, client_down, [_, _, SOcket]) ->
  gen_server:cast(Player#player.pid, {'SOCKET', Socket}),
  Player1 = Player#player {
    socket = Socket
  },
  {Player1, {ok, Player#player.pid}};

如果玩家在游戲中，這是我們運行上面的代碼，然后告訴游戲重新發(fā)送時間歷史：

login(Player, player_busy, Args) ->
  Temp = login(Player, client_down, Args),
  cardgame:cast(Player#player.game,
    {'RESEND UPDATES', Player#player.pid}),
  Temp;

總體來說，一個實時備份數(shù)據(jù)庫，一個知道重新建立連接到不同的游戲服務(wù)器的客戶端和一些有技巧的登錄代碼運行我提供一個高級容錯系統(tǒng)并且對玩家透明。

負(fù)載均衡
我可以構(gòu)建自己的OpenPoker集群，游戲服務(wù)器數(shù)量大小隨心所欲。
我希望每臺游戲服務(wù)器分配5000個玩家，然后在集群的活動游戲服務(wù)器間分散負(fù)載。
我可以在任何時間添加一個新的游戲服務(wù)器，并且它們將自動賦予自己接受新玩家的能力。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點分散玩家負(fù)載到OpenPoker集群里活動的游戲服務(wù)器。
網(wǎng)關(guān)節(jié)點的工作是選擇一個隨機的游戲服務(wù)器，詢問它所連接的玩家數(shù)量和它的地址、主機和端口號。
一旦網(wǎng)關(guān)找到一個游戲服務(wù)器并且連接的玩家數(shù)量少于最大值，它將返回該游戲服務(wù)器的地址到連接的客戶端，然后關(guān)閉連接。

網(wǎng)關(guān)上絕對沒有壓力，網(wǎng)關(guān)的連接都非常短。你可以使用非常廉價的機器來做網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

節(jié)點一般都成雙成對出現(xiàn)，這樣一個節(jié)點崩潰后還有另一個繼續(xù)工作。你可能需要一個類似于Round-robin DNS的機制來保證不只一個單獨的網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

網(wǎng)關(guān)怎么知曉游戲服務(wù)器？

OpenPoker使用Erlang Distirbuted Named Process Groups工具來為游戲服務(wù)器分組。
該組自動對所有的節(jié)點全局可見。
新的游戲服務(wù)器進(jìn)入游戲服務(wù)器后，當(dāng)一個游戲服務(wù)器節(jié)點崩潰時它被自動刪除。

這是尋找容量最大為MaxPlayers的游戲服務(wù)器的代碼：

find_server(MaxPlayers) ->
  case pg2:get_closest_pid(?GAME_SERVER) of
  Pid when is_pid(Pid) ->
    {Time, {Host, Port}} = timer:tc(gen_server, call, [Pid, 'WHERE']),
    Coutn = gen_server:call(Pid, 'USER COUNT'),
    if
      Count < MaxPlayers ->
        io:format("~s:~w ~w players~n", [Host, Port, Count]),
        {Host, Port};
      true ->
        io:format("~s:~w is full...~n", [Host, Port]),
        find_server(MaxPlayers)
    end;
  Any ->
    Any
  end.

pg2:get_closest_pid()返回一個隨機的游戲服務(wù)器進(jìn)程id，因為網(wǎng)關(guān)節(jié)點上不允許跑任何游戲服務(wù)器。
如果一個游戲服務(wù)器進(jìn)程id返回，我詢問游戲服務(wù)器的地址（host和port）和連接的玩家數(shù)量。
只要連接的玩家數(shù)量少于最大值，我返回游戲服務(wù)器地址給調(diào)用者，否則繼續(xù)查找。

多出口電源插座中間件
OpenPoker是一個開源軟件，我最近在將它推銷給多個紙牌游戲廠商。
所有的廠商都有同樣的伸縮性和容錯的問題，即使做了多年開發(fā)。
有的最近剛剛完成服務(wù)器軟件重寫，而有的剛剛開始。
所有的廠商都嚴(yán)重依賴于它們的Java基礎(chǔ)架構(gòu)，可以理解，它們不想換Erlang。

看來有一個需求必須滿足。我思考的越多，發(fā)現(xiàn)Erlang越適合提供高效的解決方案。
我把這個解決方案看作一個多出口電源插座。

你可以像寫一個使用數(shù)據(jù)庫后端的基于socket的服務(wù)器一樣來寫游戲服務(wù)器。
事實上，目前游戲服務(wù)器就是這樣寫的。
游戲服務(wù)器是標(biāo)準(zhǔn)的電源插頭，游戲服務(wù)器的多個實例插入到電源插座中，而玩家從另一端流過。

你提供游戲服務(wù)器，而我提供伸縮性、負(fù)載均衡和容錯。
我讓玩家連接到電源插座并監(jiān)控你的游戲服務(wù)器，必要時重啟它們。
當(dāng)一個游戲服務(wù)器崩潰時我將玩家切換到另一臺游戲服務(wù)器，你可以往插座里插入任意多的游戲服務(wù)器。

電源插座中間件是一個黑盒子，它位于你的玩家和你的服務(wù)器之間，很可能不需要你改動任何代碼。
你會得到伸縮性、負(fù)載均衡、容錯等諸多益處而只需改動極少的一部分現(xiàn)有架構(gòu)。

今天你就可以用Erlang寫這個中間件，然后運行在一個內(nèi)核調(diào)優(yōu)過以支持大量TCP連接的Linux機器上，而將你的服務(wù)器放在一個防火墻后面。
即使你不這樣做，我建議你馬上仔細(xì)看看Erlang，想想如何使用它來簡化你的超強多玩家服務(wù)器架構(gòu)。而我會在這兒幫助你！

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