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为何游戏服务端用 C++ 来写,是历史原因还是性能方面的考虑?

2018-10-9 02:04| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 游戏也分不同领域,不同的游戏之间业务逻辑和适用架构区别很大,并不能一概而论。比如对于大部分手游、页游来说,追求短平快的开发节奏也不要求太高的实时性和计算效率,C++在这些领域的使用属于杀鸡用牛刀。国内这 ...

游戏也分不同领域,不同的游戏之间业务逻辑和适用架构区别很大,并不能一概而论。

比如对于大部分手游、页游来说,追求短平快的开发节奏也不要求太高的实时性和计算效率,C++在这些领域的使用属于杀鸡用牛刀。国内这些领域还采用 C++ 的团队,要么是技术决策者视野狭窄;要么是大厂成熟团队已有完善的遗留技术栈、工具链和人才储备,迁移到其他语言的收益相对不高,或是怕担转型决策风险等等;再有就是从大厂出去创业顺走了技术框架或迷信大厂经验的团队等。

题主特别提到 MMORPG ,此处就 MMORPG 这一领域为何普遍使用 C++ 进行简单讨论。

MMORPG主要是指在地图上实时战斗一类(比如 WOW、传奇等),不包括回合制 MMORPG (神仙道、梦幻西游等)。

常见 MMORPG 服务器在技术层面的特性需求:

  • 网络IO密集。高频率的视野同步消息(一般在 10-60Hz 之间),与玩家数量的关系是 O(n^2) 的复杂度,对于一些侧重国战等玩法的 MMORPG 尤其压力山大。通常都需要配合相关视野管理算法来减少消息发包数量,甚至需要配合架构做广播的负载分流。
  • CPU密集。MMORPG 的玩法规则都需要服务器做权威性的计算,简单些的也需要大量怪物的 AI 和寻路计算,以及实时战斗的逻辑和技能运算等等;一些先进的 3D MMORPG 服务器甚至整合了物理引擎,来做碰撞检测和校验。
  • 实时性。此类游戏侧重实时战斗和交互体验,能容忍的响应延迟通常在 200ms 以内,即使可以通过客户端预演算进行缓和。考虑到网络延迟这个不能通过语言和架构来解决的要素,两次游戏逻辑更新发包的间隔最好控制在几十毫秒这一量级。(所以一些 GC 不太注重实时性的语言,可能会有潜在的负面体验影响)。
  • 稳定性和容灾。常 Crash 的服务器,轻则影响玩家体验,重则导致公司倒闭。
  • 开发效率。这个方面除了受语言特性本身影响,还需要考量其它要素,比如生态圈丰富程度(需要的功能可以容易找到稳定好用的库)、周边工具链完善程度、人员补充难易程度(是否是学校培训的主力语言、是否是领域比较主流的语言,或者是否足够简单好培训)、现有遗留人力和技术资源的价值等等。

C++ 和其它候选语言的比较

C++:

  • 网络 IO:历史上这方面曾经是考量的主要因素,近年来几乎所有主流后端语言都封装有高效的网络 IO 库,C++ 已不具备独特优势。
  • CPU 利用率:C++ 在这方面的优势不需要讨论了吧...
  • 实时性:无 GC,内存分配延迟可控(内存池、预分配等),毫秒级延迟需求的高频交易都在用。
  • 稳定性和容灾:用 C++ 写出长期稳定运行的服务器程序,对开发团队而言是件要求比较高的事情,尤其在逻辑复杂又变更频繁的前提下。语言本身也不保证内存访问的安全性,如果有内存写越界导致的 Crash 也很难定位。国内某大厂采用了分离数据和逻辑进程,通过进程间共享内存来通信的方式,来实现逻辑进程崩溃重启不丢失数据。不过这种做法有一定门槛,存在性能开销,而且对开发效率和灵活性也有比较大的约束,也不易整合第三方库,不能算是通用的最佳实践。
  • 开发效率:如果有良好的内力和 C++ 编程素养,并且配合现代 C++ 的一些语法(auto、lambda、智能指针等),开发效率尚可算是勉强及格,但相对以下讨论的其他语言来说仍处于劣势,然而达到上述水准的人力资源成本却要比其它语言要高出不少(人员补充速度、培训周期和薪资)。综合而言,这方面可算 C++ 的一大短板。

那么,假设不采用混合语言的方案(C++ 配合 Lua 或 Python,或者多服架构不同服务器用不通语言 等),除了 C++ 之外还有哪些语言值得考虑?

考虑到 MMORPG 在 CPU 计算方面的压力,解释型语言暂且可以排除。

目前考察过的备选方案,主要有 Java、C#、Go、Rust。

Java:

优点:

  • 生态圈成熟,库丰富。
  • Netty 网络库性能强悍。
  • 不爽语法还可以用 scala 和 kotlin...

缺点:

  • 除了原始类型外,不支持自定义值类型。而且泛型是以类型擦除的方式实现。这样的特性导致了:1.难以把数据连续紧凑地进行表示来优化算法的缓存命中率,比如2D地图的每个格子坐标都是个object,寻路算法呵呵。3D 场景的碰撞体每个顶点都是个object,物理引擎呵呵。2.对原本对实时性不甚友好的 GC 造成了更大压力。
  • 成熟的 JVM 实现并不怎么侧重 GC 的实时性。如果触发了百毫秒以上的世界冻结 GC 延迟,所有在线玩家都会受到影响。
  • JIT 在预热不足的情况下,偶尔会导致性能曲线不平滑,引入预料之外的响应延迟。

C#:

优点:

  • 开发友好,语法糖甜。
  • 有真正的泛型和值类型。特定算法好优化。

缺点:

  • 微软家的。微软家的。微软家的。跑在 Windows Server 下没什么问题,然而抛开授权费不谈,大部分主流的开源好物都是优先考虑 Unix / Linux,比如 Redis(长期没有 Windows 版本的官方支持)、MongoDB(Windows 下性能要弱于 Linux 下),而且 Windows Server 的网络性能也要弱一些。除非解决方案都用微软全家桶,不然部署和运维就需要同时维护两个平台...至于 Mono,跟 JVM 比起来就像玩具。只能期待 Rosalyn 成熟了。(目前项目正在用 .Net Core,实现游戏逻辑跑在Linux下问题不大,一些跟操作系统联系比较紧密的底层功能还是用了C++)
  • GC 实时性类似 Java。

Go:

优点:

  • 语法简单易掌握。
  • 开发体验友好。
  • 有值类型。
  • 新版本的 Go,GC 实时性良好(1.8 号称 STW 控制在 1ms 以内)。

缺点:

  • 没有范型,某些地方需要转型成 interface{},不过编译器会做逃逸分析,不必要的地方不会自动 boxing,影响不算太严重。

Rust:

优点:

  • 运行效率比肩 C++。
  • 语言特性优秀。
  • 编译期保证了内存安全,没有 GC 开销。
  • 编译期保证线程安全,可以放心大胆地并发,容易写出高效的多线程代码(不过死锁是需要自己避免的)。

缺点:

  • 上手曲线较陡。
  • 太年轻,生态圈尚未成熟。
  • 较小众,人员补充困难。

大部分 MMORPG 主要采用 C++ 并不是没有原因 ,虽然历史原因的比重不小。然而如果要在什么都没有的情况下,从零开始开发 MMORPG 服务器,采用 C++ 并无必要。抛开人才储备的方面不谈,Go 算是目前开发 MMORPG 服务器各方面特性都比较匹配的选择:无论开发效率还是运行效率,以及工具和人员培训速度等等。如果是技术导向的团队,可以试试 Rust。C# 和 Java 也是不错的选择,虽然有些特性不是很好满足,但也足够支撑一款游戏成功了(如果不追求提供极致的平滑体验的话)。

至于 C++,在具备一些前提条件的情况下可以考虑采用:已有成熟 C++ MMORPG 代码框架;已有 C++ 写得 666 的技术团队;不差钱也不赶进度,就要质量稍高一些的流畅体验;需要整合一些 C++ 库等。不过即使如此,C++ 也推荐搭配其它语言使用(比如早几年常见搭配 Lua,主要用来提高迭代速度和开发效率,并且一定程度上可以支持热更)。

目前几乎没有纯粹的 C/C++开发游戏服务端的。

早年开发游戏必须用C++,这没得说,2000-2004年,java还没有nio,其他动态语言不抗重负,只能C/C++能开发出完整可用的游戏服务端。直到2005年,韩国的游戏很多都还是纯C++写服务端,金山之前也开发过很多纯粹C++的游戏服务端,后来大家都切了。

现代选择有很多:java + javascript, c+python, c+lua, scala, go, erlang。面向性能的服务器用 java,面向逻辑服务器 python,面向高并发的会选择 scala,次一级高并发或者性能测试程序(机器人)会选择 gevent。那是不是就不用C++呢?用 C来做网络,不用C++,但是C的比例在所有代码中占比有限。

这是否意味可以放弃C/C++了?也不是:C语言是一把锋利的匕首,而现代动态语言是一把长剑。平时匕首可以藏在身上,大部分时候用长剑披荆斩棘就够了,但当碰到坚硬的石头,长剑不管用了,那么拿出匕首来果断的切碎他。

对于一个成熟领域而言,建议是尽量用更高级一点的开发语言,因为游戏开发很多核心技术都有了较为妥当的解决方法。大量的服务端逻辑其实都是在等待,等待网络,等待数据库,这种情况下用C得不偿失。但是服务端有一些地方还是躲不开C/C++,比如当服务器涉及到 3D计算的话(国内很多2D服务端,国外很多3D服务端),大量的矢量矩阵,除了用C++封装出一套好用的数学库外,即便直接用java写,那也是很麻烦的。再比如现在快速动作越来越多,为了让玩家操作更流畅,需要基于 UDP快速可靠协议,协议开发用 java或者scala,性能上是没办法满足要求的,况且协议实现后要和客户端通信,没法让所有客户端跟着一起用java/scala。再比如某些cpu密集的抽象度高的模块,如 aoi或者 ai模块。

对于一个新兴领域而言,C/C++很多情况下是别无选择的东西。比如移动化浪潮刚起步的时候,还没有啥 cocos或者 unity真要开发游戏,必须迅速的使用起 OpenGL ES和 OpenSL,然后再叠加某一脚本,以快制胜,第一批移动浪潮上发财的就是这些游戏。又或者,可以根本躲开,先不介入,等到几年后cocos和 unity成熟了,在介入用lua / C#写程序。再比如服务端如果离开熟悉的游戏和web,去开发一个陌生的领域,如流媒体服务,会发现这怎么和10年前的游戏一样呀,什么高级工具都不给用用,这时可以再等个四五年应该高级工具会出现,异或想领先别人时,就果断的拿出 C/C++来解决之,这就是C独有的开拓新领域能力。

大部分答案都是非黑即白,非此即彼。不要只会C不会动态语言,避免成为一个傻逼;也不要只会动态语言不会C,避免离开熟悉的温室就活不下去。对于一个新手而言,如果什么都没学过,建议是先用快速开发的东西,把项目弄起来再说,有精力有机会的情况下,也不能完全放弃一些基础的东西,让自己残缺了。

PS:在相同架构下,就纯粹性能而言,各种语言性能差距到底是多少呢?如果只开发回合制这些慢节奏游戏,或者HTTP接口,大部分情况都在等待数据库等待用户消息的话,差别确实不大,的确可能5%都不到。如果cpu密集了,那么可以参考下面的图表,总体来说是10-50倍的性能差别:

有人问,说了半天,这个也不行,那个也不完美,而时间有限,有没有一个更经济实惠的方法呀?如何才一次性达到彼岸呀?时间有限项目吃紧有没有更好的选择?说有!那就是 java。国内游戏开发绕来绕去还是脚本+C+erlang+go,难道大家就不会其他东西了么?大部分可以的情况下,除了非用C/C++,推荐各位认真考虑下 java,这个性能上最接近C的东西,能承当大部分cpu密集型事务,却又不会象c那样 crash了找都找不到问题在哪里。同时面向高并发时基于原生jvm的 scala可以提供类似 erlang的简单方式,函数式编程 & 大规模并发协程 & actor;同时 java可以很方便的同 javascript结合,js的速度应该是动态语言里面最快的吧。再者 java还有 groovy,可以提供 python/ruby的泛型编程,用超高的开发效率和 python/ruby媲美,同时还能和 scala 结合实现高并发。最重要的是写 java好招聘,到处都是写 java的工程师,大部分语言级的培训都可以省略了。

国内游戏开发者很多拒绝学习 java,因为很多开发者自己是碰都没碰过。现在拒绝 java的人,大部分只是在游戏圈子里面打转的人,偶尔开发下 web,缺乏其他行业和领域的经验。看看除游戏外,当今多少世界级的开源服务器是用 java开发的?游戏就真有那么特殊么?看不是,国外大把java开发的游戏服务端,各位如果知道游戏服务端领域有啥 java技术栈解决不了的事情,麻烦告诉一声。再看看java上下游的 scala, javascript, groovy这些东西。所以建议各位,有空有条件的情况下,认真考虑下 java技术栈,世界很大,不是只有游戏;即便游戏,现在的开发方法真的对吗?

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本文出自:https://www.toutiao.com/a6609875045038686728/

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