.net 實時通信_【WebSocket】實時多人答題對戰游戲

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本文公眾號來源：后端技術漫談?

作者：蠻三刀把刀

前言

前兩章教程，我們使用WebSocket的基礎特性打造了一個小小聊天室，并在第二章對其進行了集群化改造。

系列教程回顧：

手把手搭建WebSocket多人在線聊天室

【多人聊天室】WebSocket集群/分布式改造

在本文中，我將介紹如何使用WebSocket向實時多人答題對戰游戲提供服務端，并詳細介紹通接口的設計。

這是我在最近作業競賽中設計的小項目，和小伙伴們一起設計了整個游戲流程和后端代碼，前端頁面暫時就不放開給大家了，大家可以參考前兩章教程自己動手寫一下前端頁面。

本文內容摘要：

  • 在線游戲常用的通訊方案

  • 如何使用WebSocket實現游戲對戰實時通信

  • 游戲步驟的畫面演示和對應的WebSocket接口設計

本文源碼：(媽媽再也不用擔心我無法復現文章代碼啦)

https://github.com/qqxx6661/websocket-game-demo

正文

WebSocket實現在線多人游戲——對戰答題

在線游戲常用的通訊方案

參考：

https://blog.csdn.net/honey199396/article/details/54603860

HTTP

優點：協議較成熟，應用廣泛、基于TCP/IP，擁有TCP優點、研發成本很低，開發快速、開源軟件較多，nginx,apache,tomact等

缺點：無狀態無連接、只有PULL模式，不支持PUSH、數據報文較大

特性：基于TCP/IP應用層協議、無狀態，無連接、支持C/S模式、適用于文本傳輸

TCP

優點：可靠性 、全雙工協議、開源支持多、應用較廣泛、面向連接、研發成本低、報文內容不限制(IP層自動分包，重傳，不大于1452bytes)

缺點：操作系統：較耗內存，支持連接數有限、設計：協議較復雜，自定義應用層協議、網絡：網絡差情況下延遲較高、傳輸：效率低于UDP協議

特性：面向連接、可靠性、全雙工協議、基于IP層、OSI參考模型位于傳輸層、適用于二進制傳輸

WebScoket

優點：協議較成熟、基于TCP/IP，擁有TCP優點、數據報文較小，包頭非常小、面向連接，有狀態協議、開源較多，開發較快

缺點：

特性：有狀態，面向連接、數據報頭較小、適用于WEB3.0，以及其他即時聯網通訊

UDP

優點：操作系統：并發高，內存消耗較低、傳輸：效率高，網絡延遲低、傳輸模型簡單，研發成本低

缺點：協議不可靠、單向協議、開源支持少、報文內容有限，不能大于1464bytes、設計：協議設計較復雜、網絡：網絡差，而且丟數據報文

特性：無連接，不可靠，基于IP協議層，OSI參考模型位于傳輸層，最大努力交付，適用于二進制傳輸

總結

  • 對于弱聯網類游戲，必須消除類的，卡牌類的，可以直接HTTP協議，考慮安全的話直接HTTPS，或者對內容體做對稱加密；

  • 對于實時性，交互性要求較高，可以優先選擇Websocket，其次TCP協議；

  • 對于實時性要求極高，且可達性要求一般可以選擇UDP協議；

  • 局域網對戰類，賽車類，直接來UDP協議吧；

WebSocket實現雙人在線游戲實時通信

我們采用websocket作為我們的通信方案，主要是因為我們希望對戰雙方能夠實時顯示對方的得分。

本小節詳細介紹了我們在線問答對戰游戲中，具體的websocket通訊方式定義。

本問答游戲規則如下：

  • 用戶打開h5頁面后，輸入自己的昵稱，發送給服務端，服務端將用戶昵稱保存到hashmap，并記錄用戶狀態(空閑，游戲中)，接著用戶進入大廳。

  • 大廳中用戶可以互相選擇，一旦某用戶選擇了另一位用戶，將觸發開始游戲，雙方進入答題模式。

  • 答題的兩位用戶各回答10題，每題答對為10分，共100分，左上角頁面顯示自己的分數，右上角顯示對方分數，實時通過websocket接收對方分數。

  • 10題結束，雙方等待對方總分，最后判斷輸贏，顯示結果界面。

所以我們需要設計三個WebSocket協議：

  • 用戶創建昵稱，進入玩家大廳

  • 用戶選擇對手，雙方進入游戲

  • 對戰過程實時顯示雙方分數

接下來詳細介紹這三種WebSocket接口

用戶創建昵稱，進入玩家大廳

打開界面，進入游戲：

10281d8c88a7e6e786beb51159b6c556.png

我們使用了HashMap存儲用戶狀態，

private?Map<String,?StatusEnum>?userToStatus?=?new?HashMap<>();

用戶狀態分為空閑和游戲中：

public?enum?StatusEnum?{
????IDLE,
????IN_GAME
}

WebSocket接口設計如下：

bce9649d3159582a47f7db26ce05e06f.png

WebSocket接口代碼如下：

@MessageMapping("/game.add_user")
????@SendTo("/topic/game")
????public?MessageReply?addUser(@Payload?ChatMessage?chatMessage,?SimpMessageHeaderAccessor?headerAccessor)?throws?JsonProcessingException?{
????????MessageReply?message?=?new?MessageReply();
????????String?sender?=?chatMessage.getSender();
????????ChatMessage?result?=?new?ChatMessage();
????????result.setType(MessageTypeEnum.ADD_USER);
????????result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
????????if?(userToStatus.containsKey(sender))?{
????????????message.setCode(201);
????????????message.setStatus("該用戶名已存在");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????log.warn("addUser["?+?sender?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}?else?{
????????????result.setContent(mapper.writeValueAsString(userToStatus.keySet().stream().filter(k?->?userToStatus.get(k).equals(StatusEnum.IDLE)).toArray()));
????????????message.setCode(200);
????????????message.setStatus("成功");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????userToStatus.put(sender,?StatusEnum.IDLE);
????????????headerAccessor.getSessionAttributes().put("username",sender);
????????????log.warn("addUser["?+?sender?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}
????????return?message;
????}

用戶選擇對手，雙方進入游戲

在大廳中選擇玩家，隨后會進入對戰：

5c6acbd11166a6f1e08e457461ca7c54.png

我們使用了HashMap存儲了正在對戰的用戶，給雙方配對。

private?Map<String,?String>?userToPlay?=?new?HashMap<>();

WebSocket接口設計如下：

7eba3a30f41f9b4fef03459d3fd241f2.png

WebSocket接口代碼如下：

@MessageMapping("/game.choose_user")
????@SendTo("/topic/game")
????public?MessageReply?chooseUser(@Payload?ChatMessage?chatMessage)?throws?JsonProcessingException?{
????????MessageReply?message?=?new?MessageReply();
????????String?receiver?=?chatMessage.getContent();
????????String?sender?=?chatMessage.getSender();
????????ChatMessage?result?=?new?ChatMessage();
????????result.setType(MessageTypeEnum.CHOOSE_USER);
????????if?(userToStatus.containsKey(receiver)?&&?userToStatus.get(receiver).equals(StatusEnum.IDLE))?{
????????????List?list=new?ArrayList<>();
????????????questionService.getQuestions(limit).forEach(item->{
????????????????QuestionRelayDTO?relayDTO=new?QuestionRelayDTO();
????????????????relayDTO.setTopic_id(item.getId());
????????????????relayDTO.setTopic_name(item.getQuestion());
????????????????List?answers=new?ArrayList<>();
????????????????answers.add(new?Answer(1,item.getId(),item.getOptionA(),item.getResult()==1?1:0));
????????????????answers.add(new?Answer(2,item.getId(),item.getOptionB(),item.getResult()==2?1:0));
????????????????answers.add(new?Answer(3,item.getId(),item.getOptionC(),item.getResult()==3?1:0));
????????????????answers.add(new?Answer(4,item.getId(),item.getOptionD(),item.getResult()==4?1:0));
????????????????relayDTO.setTopic_answer(answers);
????????????????list.add(relayDTO);
????????????});
????????????result.setContent(mapper.writeValueAsString(list));
????????????result.setReceiver(Arrays.asList(sender,?receiver));
????????????message.setCode(200);
????????????message.setStatus("匹配成功");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????userToStatus.put(receiver,?StatusEnum.IN_GAME);
????????????userToStatus.put(sender,?StatusEnum.IN_GAME);
????????????userToPlay.put(receiver,sender);
????????????userToPlay.put(sender,receiver);
????????????log.warn("chooseUser["?+?sender?+?","?+?receiver?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}?else?{
????????????result.setContent(mapper.writeValueAsString(userToStatus.keySet().stream().filter(k?->?userToStatus.get(k).equals(StatusEnum.IDLE)).toArray()));
????????????result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
????????????message.setCode(202);
????????????message.setStatus("該用戶不存在或已在游戲中");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????log.warn("chooseUser["?+?sender?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}return?message;
????}

對戰過程實時顯示雙方分數

對戰過程中的演示圖：左邊顯示我方分數，右邊顯示對方分數

9ad6875ee0ebd71eecbd92342763cd2a.png

WebSocket接口設計如下：

00f5e4f37b892288d47dd8844c34ef5c.png

WebSocket接口代碼如下：

@MessageMapping("/game.do_exam")
????@SendTo("/topic/game")
????public?MessageReply?doExam(@Payload?ChatMessage?chatMessage)?throws?JsonProcessingException?{
????????MessageReply?message?=?new?MessageReply();
????????String?sender?=?chatMessage.getSender();
????????String?receiver?=?userToPlay.get(sender);
????????ChatMessage?result?=?new?ChatMessage();
????????result.setType(MessageTypeEnum.DO_EXAM);
????????log.warn("userToStatus:"?+?mapper.writeValueAsString(userToStatus));
????????if?(userToStatus.containsKey(receiver)?&&?userToStatus.get(receiver).equals(StatusEnum.IN_GAME))?{
????????????result.setContent(chatMessage.getContent());
????????????result.setSender(sender);
????????????result.setReceiver(Collections.singletonList(receiver));
????????????message.setCode(200);
????????????message.setStatus("成功");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????log.warn("doExam["?+?receiver?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}else{
????????????result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
????????????message.setCode(203);
????????????message.setStatus("該用戶不存在或已退出游戲");
????????????message.setChatMessage(result);
????????????log.warn("doExam["?+?sender?+?"]:?"?+?message.toString());
????????}
????????return?message;
????}

進一步

這個只是個兩天趕出來的Demo，當然里成品還有非常大的差距。這里有幾個需要繼續解決的事情：

  • 實現自動匹配/排行榜

  • WebSocket通訊優化：在某些地方使用點對點通訊，而非全部使用廣播通訊。

我們可以使用convertAndSendToUser()方法，按照名字就可以判斷出來，convertAndSendToUser()方法能夠讓我們給特定用戶發送消息。

spring webscoket能識別帶”/user”的訂閱路徑并做出處理，例如，如果瀏覽器客戶端，訂閱了’/user/topic/greetings’這條路徑，

stompClient.subscribe('/user/topic/greetings',?function(data)?{
????//...
});

就會被spring websocket利用UserDestinationMessageHandler進行轉化成”/topic/greetings-usererbgz2rq”,”usererbgz2rq”中，user是關鍵字，erbgz2rq是sessionid，這樣子就把用戶和訂閱路徑唯一的匹配起來了.

參考文獻

點對點通訊：

https://blog.csdn.net/yingxiake/article/details/51224569

總結

我們在本文中實現了在線多人對戰游戲的服務端WebSocket接口設計，進一步鞏固了對WebSocket的基礎和應用范圍的理解。

本文工程源代碼：

https://github.com/qqxx6661/websocket-game-demo

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