java netty 网络游戏服务器架构对比,与传统架构对比,N*N问题,架构演进

简介

这篇,我们讨论一下传统架构与 ioGame 架构的对比,会选择性的抽出几点来做对比,但不涵盖全部,因为对比得越多,传统架构暴露的缺点也会越多。

传统架构

前置说明:

在传统架构设计中,游戏对外服部分称为网关(或称为玩家网关)。为了方便理解,这里沿用了 ioGame 游戏对外服的叫法。

传统架构设计通常都是相互直连,从图中可以看出,每个游戏逻辑服都需要与其他的逻辑服建立连接。与其他游戏逻辑服建立连接是为了能够相互通信。

由于笔墨有限,上图中只画出了三个游戏逻辑服和一个游戏对外服,此时的线条已经足够凌乱了。由于传统的架构服务器之间会相互连接,那么【实际连接数=N*(N-1)】;为了方便表达与计算,后续称这个术语称为 【N*N 问题】 。

N * N 问题

可以看出,传统架构会产生NN 问题,下面简单说说 NN 带来的其他问题。

在连接方面

  • 假设我们有 1,000 个游戏逻辑服,那么光内部连接就有 1000*1000=1,000,000 个。你没有看错,是百万的内部连接。
  • 假设我们有 10,000 个游戏逻辑服呢,此时大约有一亿个内部连接。

在心跳消耗方面

逻辑服之间的心跳:为了检测连接是否存活,就需要心跳,心跳有发送心跳与响应心跳。那么连接之间每次处理心跳的次数为:心跳次数=2NN。

先不说其他的,光心跳就占用了多少开销了。如果有 10,000 个游戏逻辑服,大约有一亿个内部连接,这样啥都没干,光每次心跳检测就消耗了 2 亿次(请求、响应)。

随着游戏对外服、游戏逻辑服的增加,内部连接总数会以恐怖的数字增加。

依赖中间件方面

此外,你还需要借助很多需要安装的第三方中间件,如:Redis、MQ、ZooKeeper ...等,才能满足整体架构的运作。只要引入了需要安装的中间件,那么你的架构或者说框架,基本上与轻量级无缘了;

很多开发者无法正确分辨一个架构或框架是否是轻量级的,甚至还见过以代码量来划分是否轻量级的;spring 代码量比较多吧,这里可以明确的告诉你,spring 是轻量级的框架。

或许你会说,spring-data 系列需要安装 mysql、MongoDB、Redis 之类的,为什么还说 spring 是轻量级的;首先,spring-data 只是 spring 的一个子项目,其次,是你为了满足业务需要才引入的,而不是 spring 强行给你引入的。

一个架构、框架是不是真正的轻量级,取决于是否依赖了需要独立安装的中间件。

或许你会说,我不安装这些中间件不就是轻量级的架构或框架了。老哥,你这么说是没毛病的,但随着你的业务发展需要,安装中间件是必然的,因为传统架构就是这么设计的。

管理使用方面

你需要为每个游戏逻辑服都分配独立的端口,这里还是以 10,000 个游戏逻辑服为例,这样就需要管理着上万的端口。在这个数量的基础上,每次有新的游戏逻辑服上线,都需要从注册中心得到各游戏逻辑服的 ip:port,并与这些游戏逻辑服建立连接。

如果使用的是云服务器之类的,别忘了你还需要配置一下相关 port ,否则其他逻辑服连接不进来,别小看这一个环节,通常这些小地方最浪费开发者的时间。

开发成本

在分布式开发体验方面,大部分传统架构是不支持同进程启动多个游戏逻辑服的。这会让调试与排查问题变得非常困难,从而降低开发者的效率、增加工作量等;随着你的业务增加,你的开发成本将越来超高。

在业务开发成本,由于传统架构各自相互连接,越多越混乱,那么业务开发的复杂度无形之中又上升了。

成本方面

在使用传统架构时,在成本方面还需要关注,如:安装中间件的成本、维护中间件的成本、学习中间件的成本、部署中间件的成本。

稳定性方面的考虑,安装和使用的中间件越多,不稳定因素则越多;甚至你还得考虑团队其他成员乱用中间件的因素。

优点

由于各服务器之间是相互直连的,那么只需要一次传输就可以到达。

ioGame 架构

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ioGame 架构除了具备传统架构的优点外,还能避免传统架构的所有缺点。

从图中可以看出,架构由三部分组成:1.游戏对外服、2.Broker(游戏网关)、3.游戏逻辑服;三者既可相互独立,又可相互融合

图中每个部分各自使用了一个虚线框,并用一根长连接线条就能表示了,意思是虚线框内的每个实例都与另外的虚线框内的实例建立连接。请看下面这张图,类似把多条线捆扎在一起了。

N * B

这里的 N 指的是游戏对外服和游戏逻辑服,而 B 指的是 Broker(游戏网关)。

在连接方面

  • 假设我们有 1,000 个游戏逻辑服,那么内部连接的数量是 1000*1=1,000 个。你没有看错,只有一千个内部连接。
  • 假设我们有 10,000 个游戏逻辑服呢,此时的连接大约是一万个内部连接。

Broker(游戏网关)只负责转发请求,全是 cpu 密集型的处理;所以,我们需要 Broker(游戏网关)机器的数量并不会很多。

通过对比可以看出,无论我们如何计算,ioGame 架构的连接总数是远远少于传统架构的。

在心跳消耗方面

由于 ioGame 架构没有 N*N问题,所以在心跳开销方面几乎可以忽略不计。

依赖中间件方面

正如 ioGame 简单介绍中所说的。在轻量级方面,ioGame 不依赖任何第三方中间件或数据库就能支持集群、分布式,只需要 java 环境就可以运行。这意味着在使用上简单了,在部署上也为企业减少了部署成本、维护难度。使用 ioGame 时,只需一个依赖即可获得整个框架,而无需在安装其他服务,如: Nginx、Redis、MQ、Mysql、ZooKeeper、Protobuf协议编译工具 ... ...等。

管理使用方面

在 ioGame 中,你不需要为每个逻辑服(游戏对外服、游戏逻辑服)都分配独立的端口。因为逻辑服是以客户端的方式来连接 Broker(游戏网关)的,所以,我们只需要知道其中一个 Broker(游戏网关)的 ip:port 就够了。

即使是使用云服务器之类的,也不需要关心端口是否开放权限的问题了;别小看这一个环节,通常这些小地方最浪费开发者的时间。由于我们不需要管理这些 ip:port 了,意味着这部分的工作量就自然的消亡了。

更少的开发成本

在分布式开发体验方面,通常在开发分布式应用时是需要启动多个进程的。这会让调试与排查问题变得非常困难,从而降低开发者的效率、增加工作量等,这也是很多框架都解决不了的问题,但 ioGame 做到了!ioGame 支持多服单进程的启动方式,这使得开发者在开发和调试分步式系统时更加简单。

成本方面

ioGame 不依赖任何第三方中间件或数据库就能支持集群、分布式,只需要 java 环境就可以运行。从而避免了安装中间件的成本、维护中间件的成本、学习中间件的成本、部署中间件的成本

由于我们不需要打理和使用任何中间件,意味着这部分的工作量就自然的消亡了。

优点

在传统架构中,各服务器之间是相互直连的,那么只需要一次传输就可以到达。

初次接触 ioGame 的开发者在看完架构图后,会认为 ioGame 必须比传统架构多一次的跳转才能到达。这么理解是正确的,但也不完全正确,不完全正确是因为 ioGame 是具备架构多样性的,架构多样性使其具备了能够适应各种业务场景的可能性。

如果时间充裕可以先阅读 ioGame 架构多样性这篇文档,这里在简单的重复一下架构的灵活性。ioGame 的架构由三部分组成:1.游戏对外服、2.Broker(游戏网关)、3.游戏逻辑服;三者既可相互独立,又可相互融合。所以,使用 ioGame 几乎可以满足任意的部署方式,可以根据你的需求来适应不同类型的游戏,并且在 ioGame 中做这些工作是简单的。

为了更简单的说明三者之间的灵活性,现在把三者用字母代替,A.游戏对外服、B.Broker(游戏网关)、C.游戏逻辑服;我们可以得出如下组合

ABC :三者在一个进程中,他们之间使用内存通信;(无需传输

AB + C :【游戏对外服和游戏网关】在一个进程中,他们之间使用内存通信;(传输一次

A + BC :【游戏网关和游戏逻辑服】在一个进程中,他们之间使用内存通信;(传输一次

A + B + C : 三者在不同的进程中。(比传统多一次传输

通过上面的组合,我们可以看出,ioGame 架构是支持类似传统架构那样只做一次跳转,甚至可以做到零跳转,这完全取决于你们的部署方式。

提示:ioGame 架构是可以做混合组合的,虽然上面只列出了 4 种,但这 4 种是可以混合使用的,不需要局限于某一种方式。ioGame 的架构由三部分组成,可以将其比作为乐高积木,想适配什么样的游戏,就组装成什么样的架构。无论如何组装,你的业务代码都不需要做任何改变。

通过不同的部署方式,可以适应各种类型的游戏。部署方式可以随意的进行切换、变更,并且部署方式的变更是不会对现有的业务造成破坏性影响的,这就是架构灵活性。

小结

本篇中,只是做了一些简单的对比。

  1. 从对比中我们可以看出,传统架构是重量级的,ioGame 架构则是轻量级的。
  2. 传统架构需要借助很多第三方中间件才能正常的运作,而引入的中间件越多,则会造成不稳定性就会上。
  3. 引入需要安装的中间件,存在着安装中间件的成本、维护中间件的成本、学习中间件的成本、部署中间件的成本。
  4. 传统架构还存在 N*N的问题,即使什么都不做,心跳就已经消耗了大部分的机器资源了。
  5. 传统的游戏逻辑服需要给每台机器安排一个启动端口,如果使用的是云服务器之类的,别忘了你还需要配置一下相关 port ,否则其他逻辑服连接不进来,别小看这一个环节,通常这些小地方最浪费开发者的时间。而 ioGame 中的逻辑服不需要做这些工作,意味着这部分的工作量自然的消亡了。

这里还没有对比通讯方式,ioGame 提供了多种通讯方式,帮助开发者简化跨进程通信,并且这些通讯方式是可扩展的,通过这些丰富的通讯方式,几乎可以满足任何业务。

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