Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Кроссплатформенный мультиплеер на Godot без боли

Что хотим сделать?

Синхронизацию действий игроков в игре с клиент-серверной архитектурой. Должна быть возможность играть из браузера.

Для примера реализуем простую чат-комнату:

  1. При соединении:

    1. Клиент получает уникальный ID;

    2. Клиент получает информацию о всех остальных игроках (ID + имя);

    3. Все остальные игроки получают информацию о новом игроке (ID + имя по умолчанию);

    4. В консоли появляется сообщение о входе.

  2. При потере соединения:

    1. Все остальные игроки получают информацию о выходе игрока с сервера (ID);

    2. В консоли появляется сообщение о выходе.

  3. При изменении имени:

    1. Если имя уже занято - игрок получает ошибку;

    2. Все игроки уведомляются об изменении имени;

    3. В консоли появляется сообщение.

  4. При отправке сообщения в чат:

    1. Все игроки видят сообщение в логе/консоли.

Примечание: ничего не мешает реализовать более сложный нетворкинг (например, передвижения игроков, какие-то другие действия) - но это выходит за рамки этой статьи и само по себе является достаточно сложной темой. Чат - это самый простой пример для демонстрации того, что такой подход для передачи данных, в принципе, работает - и цель моей статьи как раз в этом.

Что получилось?

Готовый проект можно изучить здесь: https://github.com/ktori/godobuf-over-websocket-demo

Скриншоты можно посмотреть в конце статьи.

Что будем использовать?

  • Godot - free and open source кроссплатформенный игровой движок;

  • Protobuf - механизм для эффективной сериализации/десериализации данных;

  • Godobuf - плагин для Godot, позволяющий генерировать .gd (GDScript) файлы из .proto;

  • Ktor - фреймворк для создания асинхронных сервисов Kotlin (в этой статье я буду использовать Kotlin - но бэкэнд может быть написан на любом другом языке, главное - иметь в фреймворке возможность принимать вебсокет-соединения и желательно - генератор кода из Protobuf, эти генераторы существуют для множества языков).

Плюсы этого подхода

  • Все сообщения, которыми обмениваются клиент и сервер, описываются в одном месте:

    • Из этих файлов можно сразу сгенерировать код и для сервера и для клиента;

    • В них же можно вести документацию, оставляя комментарии;

    • Описание протокола можно легко хранить в любой VCS, т.к. по сути это просто текстовые файлы;

    • Можно точно знать что обе стороны будут сериализовывать и десериализовывать сообщения одинаково - генерация кода обеспечит отсутствие забытых полей и каких-либо других ошибок свойственных при ручном чтении/записи.

  • Protobuf - бинарный формат, и в отличие от, например, JSON - будет использоваться меньший объем трафика для передачи одного и того же объема данных;

  • Protobuf позволяет добавлять новые поля, не ломая совместимость со старыми клиентами.

Минусы этого подхода

Совсем явных минусов я назвать не могу - но:

  • Сериализация/десериализация в protobuf будет проходить медленнее, чем, например, прямая запись в буфер в собственном формате;

  • Код, который генерируется из protobuf часто получается довольно громоздким и, соответственно, имеет определенную стоимость в рантайме.

Описание протокола

Готовый протофайл можно посмотреть здесь: game.proto

Создадим пустой .proto-файл, например - game.proto. В этом файле нужно описывать все сообщения, которыми будут обмениваться сервер и клиент (если сообщений будет много - можно выносить их в отдельные файлы и импортировать из основного).

В этот файл следует сразу прописать опции для парсера и кодогенератора:

syntax = "proto3";// Название пакетаoption java_package = "me.ktori.game.proto";// Название класса в котором будут находиться подклассы сообщенийoption java_outer_classname = "GameProto";

А теперь определимся, какие сообщения нам вообще нужны:

Сообщения клиент-сервер

Это сообщения, которые клиент отправляет серверу - часто они будут по сути RPC вызовами с ответом в сообщении Cl**Result от сервера. Здесь был бы очень кстати gRPC - возможно в будущем с помощью godobuf можно будет делать и gRPC-сервисы. Но пока:

//// Сообщения клиент-сервер//// Запрос на изменение имениmessage ClSetName {  string name = 1;}// Отправка сообщения в чатmessage ClSendChatMessage {  string text = 1;}// Объединение всех сообщений, отсылаемых клиентомmessage ClMessage {  // Только одно из этих полей может быть заполнено, таким образом сервер  // может быстро определить, что именно хочет сделать клиент  oneof data {    ClSetName set_name = 1;    ClSendChatMessage send_chat_message = 2;  }}

Сообщения сервер-клиент

//// Сообщения сервер-клиент//// Результат выполнения команды ClSetNamemessage ClSetNameResult {  // Удалось ли изменить имя - имя нельзя изменить на уже занятое  bool success = 1;}// Отсылается сервером - объединение всех возможных результатов выполнения команды от клиентаmessage ClMessageResult {  oneof result {    ClSetNameResult set_name = 1;  }}// Отсылается клиенту один раз при соединении// Получатель этого сообщения сохраняет у себя полученный ID и выданное сервером имяmessage SvConnected {  int32 id = 1;  string name = 2;}// Уведомление о подключении нового клиента// Получатель должен сохранить имя клиента по IDmessage SvClientConnected {  int32 id = 1;  string name = 2;}// Уведомление об отключении клиента// Получатель может удалить у себя информацию о клиенте по IDmessage SvClientDisconnected {  int32 id = 1;}// Уведомление об изменении имени// Получатель должен изменить имя клиента по ID на новоеmessage SvNameChanged {  int32 id = 1;  string name = 2;}// Сообщение в чатеmessage SvChatMessage {  int32 from = 1;  string text = 2;}// Объединение всех сообщений которые сервер посылает клиентуmessage SvMessage {  // Только одно из этих полей будет заполнено в одном SvMessage  oneof data {    ClMessageResult result = 1;    SvConnected connected = 2;    SvClientConnected client_connected = 3;    SvClientDisconnected client_disconnected = 4;    SvNameChanged name_changed = 5;    SvChatMessage chat_message = 6;  }}

Таким образом получаем следующую структуру:

  • Все возможные сообщения от клиента обернуты в ClMessage;

  • Все возможные сообщения от сервера обернуты в SvMessage;

    • Ответы на вызовы клиента обернуты в поле result - сообщение ClMessageResult.

Лично для себя я определилась с такой naming convention:

  • ClFooBar для сообщений, которые шлёт клиент серверу;

  • SvFooBar для сообщений, которые шлёт сервер клиенту, за исключением:

  • ClFooBarResult для передачи результата обработки ClFooBar.

Создание клиентской части на Godot

Для начала нужно создать проект и основную сцену (обычную пустую 2D сцену).

Добавление плагина Godobuf

Плагин можно скачать здесь: https://github.com/oniksan/godobuf, инструкция по установке есть в README репозитория - нужно распаковать себе в проект папку addons.

Проект после установки аддона godobuf Проект после установки аддона godobuf

Открытие соединения

Для соединения с сервером используется класс WebSocketClient (документация по WebSocketClient). Работать с ним просто: устанавливаем обработчики событий, а затем указываем URL сервера для соединения.

Создадим скрипт, который будет открывать соединение на корневой ноде сцены - там же будут заготовки для функций обработки событий от вебсокета:

extends Node2Dvar ws: WebSocketClient# Вызывается при загрузке сценыfunc _ready():    # Создаем WebSocketClient и подключаем обработчики событий    ws = WebSocketClient.new()    ws.connect("connection_established", self, "_on_ws_connection_established")    ws.connect("data_received", self, "_on_ws_data_received")    # Подключаемся к локалхосту по порту 8080    ws.connect_to_url("ws://127.0.0.1:8080")# Будет вызываться при установке соединенияfunc _on_ws_connection_established(_protocol):    pass# Будет вызываться при получении сообщений из вебсокетаfunc _on_ws_data_received():    pass

Генерация биндингов protobuf:GDScript

Здесь всё очень просто! Во вкладке Godobuf указываем путь до нашего proto-файла и путь куда будет сохранен получившийся скрипт:

Окно GodobufОкно Godobuf

Если в прото-файле нет ошибок, то мы увидим сообщение об успешной компиляции и в папке проекта появится нужный скрипт.

Отправка сообщений

Настройка сцены

 Сцена Сцена

В своей сцене я сделала отдельный контейнер для сообщений и два поля - для ввода текста и имени. Сигналы pressed от кнопок Send и Rename я подключила в скрипт на корневой ноде. Также для вывода сообщений на сцену я сделала функцию show_message, она просто добавляет новый объект Label с текстом сообщения в VBoxContainer, который располагает объекты вертикально.

Отправка запросов на сервер

После создания этих полей ввода и кнопок нужно сделать так чтобы они что-то делали.

Сперва загрузим получившиеся биндинги в наш скрипт:

const GameProto = preload("res://game_proto.gd") 

Теперь можно добавить код создания ClMessage при нажатии на кнопки Send/Rename:

# Изменяем имя на введенное в $Namefunc _on_SetName_pressed():    var msg = GameProto.ClMessage.new()    var sn = msg.new_set_name()    sn.set_name(name_input.text)    send_msg(msg)# Отправляем сообщение из $Message и очищаем полеfunc _on_SendMessage_pressed():    var msg = GameProto.ClMessage.new()    var scm = msg.new_send_chat_message()    scm.set_text(message_input.text)    message_input.clear()    send_msg(msg)

Самое интересное - сама отправка сообщения по вебсокету происходит в функции send_msg. Вот она:

# Отправляет ClMessage на серверfunc send_msg(msg: GameProto.ClMessage):    # Конвертируем ClMessage в PoolByteArray и отправляем его по соединению ws    ws.get_peer(1).put_packet(msg.to_bytes())

Функция to_bytes (как и весь класс ClMessage) сгенерированы плагином godobuf - и никаких операций с буферами руками нам делать не надо!

Обработка сообщений

Теперь наш клиент может отправлять сообщения - но он ещё не способен их принимать. Сейчас мы это исправим, добавив обработку входящих сообщений - этот блок кода будет объемнее, но по большей части код там повторяется.

Код получения и обработки сообщений
# Вызывается часто по интервалуfunc _process(_delta):    # Производит чтение из вебсокета, читает входящие сообщения    ws.poll()# Будет вызываться при установке соединенияfunc _on_ws_connection_established(_protocol):    show_message("Connection established!")# Будет вызываться при получении сообщений из вебсокетаfunc _on_ws_data_received():    # Обработка каждого пакета в очереди    for i in range(ws.get_peer(1).get_available_packet_count()):        # Сырые данные из пакета        var bytes = ws.get_peer(1).get_packet()        var sv_msg = GameProto.SvMessage.new()        # Превращение массива байтов в структурированное сообщение        sv_msg.from_bytes(bytes)        # Обрабатываем уже сконвертированное сообщение        _on_proto_msg_received(sv_msg)# Будет вызываться после чтения и конвертации сообщения из вебсокетаfunc _on_proto_msg_received(msg: GameProto.SvMessage):    # т.к. все эти поля находятся в блоке oneof - заполнено может быть только    # одно из них    if msg.has_connected():        pass    elif msg.has_client_connected():        pass    elif msg.has_client_disconnected():        pass    elif msg.has_chat_message():        pass    elif msg.has_name_changed():        pass    elif msg.has_result():        pass    else:        push_warning("Received unknown message: %s" % msg.to_string())

Важно периодически вызывать poll на WebSocketClient, иначе сигналы о входящих сообщениях никогда не придут. В данном случае это происходит в _process

После этого остается только заполнить логику обработки конкретных сообщений - но сначала добавим хранилище известных клиенту имён и переменную для ID текущего клиента:

# Хранит ID этого клиентаvar own_id: int# Хранит пары ID <> Имяvar names = Dictionary()

И обработку одного из возможных сообщений с сервера:

# Внутри _on_proto_msg_received  if msg.has_connected():var c = msg.get_connected()own_id = c.get_id()name_input.text = c.get_name()show_message("Welcome! Your ID is %d and your assigned name is '%s'." % [c.get_id(), c.get_name()])

Остальные блоки в этом if/elif примерно одинаковы. Получившийся код для каждого отдельного сообщения можно посмотреть на GitHub: Main.gd

Серверная часть

Серверная часть очень подробно разбираться не будет. Её можно написать на любом языке - и в данном случае это будет Kotlin с фреймворком Ktor. Напоминаю, что весь код этого проекта доступен на GitHub - сервер там достаточно простой. Но в двух словах выделю основные моменты моей

сервера:

Структура проекта

Основной gradle-проект состоит из двух модулей:

  • server - сам сервер;

  • proto - прото-файлы и сгенерированные из них биндинги:

    • Стоит обратить внимание на плагин com.google.protobuf, зависимость com.google.protobuf:protobuf-java и их конфигурацию;

    • В процессе сборки этого модуля генерируются классы, позволяющие сериализовывать/десериализовывать сообщения описанные в прото-файле.

Сам сервер работает по простому алгоритму - хранит открытые соединения, broadcast-канал для уведомлений и сообщений, принимает сообщения от клиента пока это возможно и отвечает на его запросы.

Результаты

Получившийся Godot-проект может работать как из браузера, так и с нативных сборок под Linux/Windows/Android и т.д. - всё взаимодействие клиента с сервером описывается в одном месте и в протокол легко вносить изменения.

Скриншоты

Нативный клиентНативный клиентWebSocket-клиентWebSocket-клиент

Заключение

В этой статье рассматриваются только самые основы этого метода. Помимо того что написано здесь, будет важно реализовать:

  • Обработку ошибок (например, передавать отдельное сообщение error в ClMessageResult);

  • Обработку потери/восстановления соединения;

  • Многое другое.

Я надеюсь эта статья оказалась полезной и помогла разобраться в Godot, вебсокетах и protobuf.

Источник: habr.com
К списку статей
Опубликовано: 30.01.2021 14:20:43
0

Сейчас читают

Комментариев (0)
Имя
Электронная почта

Разработка игр

Godot

Protobuf

Websocket

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru