大綱

• 幀同步的基本原理
• 幀事件數(shù)據(jù)采集
• 幀同步的事件處理與動畫
• 幀同步的邏輯數(shù)據(jù)同步
• 幀同步之跳幀處理

現(xiàn)代多人游戲中，多個客戶端之間的通訊大多以同步多方狀態(tài)為主要目標(biāo)佛吓，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)宵晚，主要有兩個技術(shù)方向：

• 狀態(tài)同步
• 幀同步

狀態(tài)同步

狀態(tài)同步簡單來說就是同步游戲中的各種狀態(tài)，當(dāng)客戶端發(fā)送游戲動作到服務(wù)器维雇，服務(wù)器接收到之后淤刃，通過計(jì)算游戲行為的結(jié)果，然后廣播下發(fā)給客戶端游戲中的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)吱型∫菁郑客戶端接收到狀態(tài)數(shù)據(jù)后顯示內(nèi)容。這種做法類似于各個客戶端都在遠(yuǎn)程操作服務(wù)器上的軟件津滞。例如最高的mud铝侵，以及日后大量的國產(chǎn)網(wǎng)游，特別是回合制游戲触徐，大多采用這種方式咪鲜。

狀態(tài)同步的流程：

1. 客戶端上傳操作到服務(wù)器
2. 服務(wù)器收到后計(jì)算游戲行為的結(jié)果（如技能邏輯、戰(zhàn)斗計(jì)算等）
3. 服務(wù)器以廣播的方式下發(fā)游戲中各種狀態(tài)
4. 客戶端收到狀態(tài)后更新本地狀態(tài)（如動作狀態(tài)撞鹉、Buff狀態(tài)疟丙、位置等）

為了給游戲玩家更好的體驗(yàn)颖侄，減少同步的數(shù)據(jù)量，客戶端也會做很多的本地運(yùn)算享郊，減少服務(wù)器同步的頻率以及數(shù)據(jù)量览祖。

狀態(tài)同步其實(shí)是一種不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐剑乃枷胫胁煌婕移聊簧系囊恢滦缘谋憩F(xiàn)并不是重要指標(biāo)炊琉，只要每次操作的結(jié)果相同即可展蒂。所以狀態(tài)同步對網(wǎng)絡(luò)延遲的要求并不高。例如：RPG游戲中200~300ms的延遲對用戶來說是可以接受的温自，但在RTS（即時戰(zhàn)略）游戲中50ms的延遲卻會很受傷玄货。

幀同步

幀同步是RTS游戲經(jīng)常采用的一種同步技術(shù)皇钞，狀態(tài)同步中數(shù)據(jù)量會隨著需要同步的單位數(shù)量增長悼泌，而對于RTS來講動不動就是幾百個單位可以被操作，如果這些都需要同步的話夹界，數(shù)據(jù)量是不能被接受的馆里，所以幀同步不同步狀態(tài)，之同步操作可柿。例如游戲中同步玩家的操作指令鸠踪，操作指令包含當(dāng)前的幀索引。

簡單來說复斥，客戶端發(fā)送游戲動作到服務(wù)器营密，服務(wù)器接收并匯總，然后直接轉(zhuǎn)發(fā)給所有客戶端目锭，或者客戶端直接通過P2P技術(shù)發(fā)送评汰。客戶端根據(jù)收到的游戲動作來做運(yùn)算和顯示痢虹。這種做法等于客戶端之間相互遠(yuǎn)程控制其他客戶端上的游戲軟件被去。早期的ipx網(wǎng)絡(luò)游戲，例如紅色警戒奖唯、帝國時代惨缆、星際爭霸，以及大量支持網(wǎng)絡(luò)連線雙打游戲機(jī)模擬機(jī)丰捷，都是采用這種方式坯墨。

那些游戲需要使用幀同步呢？

• 多人實(shí)時對戰(zhàn)游戲
• 游戲中需要戰(zhàn)斗回放功能
• 游戲中需要加速功能
• 需要服務(wù)器同步邏輯校驗(yàn)防止作弊

幀同步的流程

1. 同步隨機(jī)種子：游戲中設(shè)計(jì)隨機(jī)數(shù)的使用病往，通過同步隨機(jī)數(shù)種子可以保持隨機(jī)數(shù)的一致性畅蹂。
2. 客戶端上傳操作指令給服務(wù)器，操作指令包含游戲操作和當(dāng)前幀索引荣恐。
3. 游戲廣播所有客戶端的操作液斜，如果沒有操作也要廣播空指令來驅(qū)動游戲幀前進(jìn)累贤。

幀同步

幀同步主要依賴客戶端的能力，服務(wù)器僅僅是做一個轉(zhuǎn)發(fā)少漆，甚至客戶端可以無需服務(wù)器臼膏，通過P2P方式來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。由于只是轉(zhuǎn)發(fā)游戲的行為示损，所以廣播的數(shù)據(jù)量比狀態(tài)同步要小很多渗磅。非常適合游戲行為非常頻繁的動作游戲，諸如飛行射擊检访、FPS始鱼、RTS（即時戰(zhàn)略）。

狀態(tài)同步由于要把整個游戲的狀態(tài)都廣播下去脆贵，如果游戲中的對象特別多医清，比如滿屏的子彈、怪物卖氨，那么要廣播的數(shù)據(jù)量就會很大会烙，這個時候幀同步的優(yōu)勢就比較明顯，因?yàn)椴还苡卸嗌佟睓C(jī)器控制的角色“筒捺，僅僅需要廣播玩家角色有關(guān)的操作即可柏腻。反過來，如果游戲中有大量玩家同時聚集系吭，那么幀同步和狀態(tài)同步的差異就不太明顯五嫂。反而狀態(tài)同步能得到更多安全性，因?yàn)橛螒蜻\(yùn)算在服務(wù)器上肯尺，比較容易防止外掛沃缘。

簡單來說，幀同步技術(shù)最要的概念是”相同的輸入 + 相同的時機(jī) = 相同的顯示“蟆盹。也就是說孩灯，游戲接收來自網(wǎng)絡(luò)的多個客戶端的操作，如果這些操作在各個客戶端上都是一樣的逾滥，那么多個客戶端的顯示也就是一樣的峰档，進(jìn)而帶來了”同步“的效果。在這種情況下寨昙，各個客戶端的運(yùn)算要絕對一致讥巡，不能依賴諸如本地時間、本地隨機(jī)等”輸入“舔哪，而要一切以網(wǎng)絡(luò)來的數(shù)據(jù)為主欢顷。

幀同步

因?yàn)閹降奶匦裕虼撕苋菀鬃龀鰬?zhàn)斗回放捉蚤，即服務(wù)器記錄所有操作抬驴，客戶端請求到操作文件再執(zhí)行一次炼七。幀同步的特性導(dǎo)致客戶端的邏輯實(shí)現(xiàn)和表現(xiàn)實(shí)現(xiàn)必須完全分離。

幀同步的目的在于消除網(wǎng)絡(luò)波動性帶給玩家的卡頓以及忽快忽慢的不良體驗(yàn)布持。

網(wǎng)絡(luò)波動的平滑處理

狀態(tài)同步和幀同步的比較和選擇

對于單位比較多的即時策略游戲豌拙，幀同步是很好的選擇。相反的题暖，如果玩家比較多按傅，狀態(tài)同步則更加合適，因?yàn)榘踩愿唠事薄Ｒ话愦笮蚆MOARPG都采用狀態(tài)同步唯绍，由于狀態(tài)同步采用C/S架構(gòu)，所有狀態(tài)由服務(wù)器來控制枝誊，安全性比較高况芒，但流量比較大。幀同步采用的是囚徒模式侧啼，所有C端強(qiáng)制采用一個邏輯幀率牛柒，從而保證輸出一致堪簿，其特點(diǎn)是流量小痊乾，安全性較差。

囚徒模式又叫鎖步模式椭更，就是把所有參與對戰(zhàn)的客戶端看成排成一列的囚犯哪审，這些囚犯們的左腳都被鎖鏈給連起來，如果要往前走虑瀑，就只能同時邁步湿滓，如果其中某個人走快了或走慢了，都回讓整隊(duì)人停下來舌狗。

狀態(tài)同步和幀同步的比較

幀同步的基本原理

幀同步是一種對同步源進(jìn)行像素級同步顯示的處理技術(shù)叽奥，對于網(wǎng)絡(luò)上的多個接入者，一個信號將會通過主機(jī)同步發(fā)送給其他人痛侍，并同步顯示在各個終端上朝氓。同步信號可以是每幀的像素?cái)?shù)據(jù)，也可以是影響數(shù)據(jù)變化的關(guān)鍵事件信息主届。

幀同步在網(wǎng)絡(luò)游戲應(yīng)用中的設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的MMORPG游戲赵哲，因?yàn)榭梢猿休d大量的后臺計(jì)算，實(shí)現(xiàn)類單機(jī)的效果君丁，所以可以在射擊類枫夺、飛行類游戲中實(shí)現(xiàn)彈幕計(jì)算或格斗類的高精度打擊效果。

什么叫做幀同步呢绘闷？服務(wù)器收集客戶端手機(jī)發(fā)送過來的操作橡庞，然后在特定的時間（收集完成之后）较坛，再廣播發(fā)送給每個客戶端“亲睿客戶端根據(jù)接收到的輸入燎潮，進(jìn)行同樣的邏輯處理，最終得到同樣的結(jié)果的過程扼倘。在實(shí)現(xiàn)上确封，一般都是以服務(wù)器按固定的幀率，來搜集每個客戶端的輸入再菊，然后把這些輸入廣播給所有客戶端爪喘。由于每個操作指令到達(dá)所有客戶端的時間（幀）都是一樣的，所以每個客戶端運(yùn)算的結(jié)果也是一樣的纠拔，也就是同樣的輸入就會得到同樣的結(jié)果秉剑。

這就好像是玩家通過網(wǎng)絡(luò)將操作手柄連接到你的手機(jī)，這種同步方案是傳統(tǒng)單機(jī)局域網(wǎng)游戲中最常見的稠诲。

幀同步

幀同步模型最大的優(yōu)點(diǎn)在于強(qiáng)一致性侦鹏，每個客戶端的表現(xiàn)是完全一樣的，非常適合高度要求操作技巧的游戲臀叙。由于廣播的僅僅是玩家的操作略水，所以數(shù)據(jù)量很少。不管游戲中的角色數(shù)量劝萤、狀態(tài)數(shù)量有多大多復(fù)雜渊涝，都不會影響廣播的數(shù)據(jù)量。

幀同步模型最大的缺點(diǎn)是對所有玩家的延遲都有要求床嫌，一般來說要求在50毫秒以內(nèi)跨释，如果有一個客戶端網(wǎng)絡(luò)卡住了，所有客戶端都要停下來等待厌处。

另外在幀同步模式中鳖谈，數(shù)據(jù)同步的頻率較高，網(wǎng)絡(luò)延遲越小越好阔涉。由于TCP的滑動窗口機(jī)制和重傳機(jī)制缆娃，導(dǎo)致延時機(jī)制，導(dǎo)致延時無法控制洒敏。因此幀同步一般采用UDP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸龄恋，但UDP又會衍生出可靠性問題，對于客戶端凶伙，如果某些UDP包沒有收到郭毕，就會出現(xiàn)丟幀的情況。

幀同步技術(shù)原理

客戶端A的操作A1與客戶端B的操作B1函荣，共同封裝成OperateCmd數(shù)據(jù)發(fā)送給PVP服務(wù)器显押，PVP服務(wù)器每66毫秒產(chǎn)生一個邏輯禎扳肛，在該楨所在時間段內(nèi)，收到A1和B1后乘碑，生成一個Frame數(shù)據(jù)塊挖息，在該幀時間結(jié)束時，將Frame發(fā)送給客戶端A和B兽肤。Frame數(shù)據(jù)塊內(nèi)有該幀的幀號套腹，客戶端A和B接收到Frame數(shù)據(jù)后，便知道該幀內(nèi)资铡，客戶端A和客戶端B都做了什么操作电禀。然后根據(jù)接收到的消息A1和B1進(jìn)行游戲表現(xiàn)，最終呈現(xiàn)給玩家A和B的結(jié)果是一致性的笤休，從而實(shí)現(xiàn)客戶端A和B的數(shù)據(jù)同步尖飞。

幀同步

幀同步既然是在特定時間發(fā)送，也就是說每隔一段時間收集用戶操作指令店雅，那么要間隔多久內(nèi)政基。例如每隔一段時間搜索用戶的操作。此時闹啦，如果時間太快則網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)不到要求沮明，如果時間太長則用戶操作不流程。哪里多少才比較合適呢亥揖？根據(jù)統(tǒng)計(jì)玩家至少要在50ms_{100ms可以完成一次珊擂，一般維持到15}20次左右會比較安全圣勒。