golang Leaf 游戏服务器框架简介

Leaf 是一个由 Go 语言（golang）编写的开发效率和执行效率并重的开源游戏服务器框架。Leaf 适用于各类游戏服务器的开发，包括 H5（HTML5）游戏服务器。Leaf 的关注点：良好的使用体验。Leaf 总是尽可能的提供简洁和易用的接口，尽可能的提升开发的效率
稳定性。Leaf 总是尽可能的恢复运行过程中的错误，避免崩溃
多核支持。Leaf 通过模块机制和 leaf/go 尽可能的利用多核资源，同时又尽量避免各种副作用
模块机制。

Leaf 的模块机制

一个 Leaf 开发的游戏服务器由多个模块组成（例如 LeafServer），模块有以下特点：每个模块运行在一个单独的 goroutine 中
模块间通过一套轻量的 RPC 机制通讯（leaf/chanrpc）
Leaf 不建议在游戏服务器中设计过多的模块。游戏服务器在启动时进行模块的注册，例如：

leaf.Run(
game.Module,
gate.Module,
login.Module,
)

这里按顺序注册了 game、gate、login 三个模块。每个模块都需要实现接口：

type Module interface {
OnInit()
OnDestroy()
Run(closeSig chan bool)
}

Leaf 首先会在同一个 goroutine 中按模块注册顺序执行模块的 OnInit 方法，等到所有模块 OnInit 方法执行完成后则为每一个模块启动一个 goroutine 并执行模块的 Run 方法。最后，游戏服务器关闭时（Ctrl + C 关闭游戏服务器）将按模块注册相反顺序在同一个 goroutine 中执行模块的 OnDestroy 方法。

Leaf 源码概览

leaf/chanrpc 提供了一套基于 channel 的 RPC 机制，用于游戏服务器模块间通讯
leaf/db 数据库相关，目前支持 MongoDB
leaf/gate 网关模块，负责游戏客户端的接入
leaf/go 用于创建能够被 Leaf 管理的 goroutine
leaf/log 日志相关
leaf/network 网络相关，使用 TCP 和 WebSocket 协议，可自定义消息格式，默认 Leaf 提供了基于 protobuf 和 JSON 的消息格式
leaf/recordfile 用于管理游戏数据
leaf/timer 定时器相关
leaf/util 辅助库

使用 Leaf 开发游戏服务器

LeafServer 是一个基于 Leaf 开发的游戏服务器，我们以 LeafServer 作为起点。获取 LeafServer：

git clone https://github.com/name5566/leafserver

设置 leafserver 目录到 GOPATH 环境变量后获取 Leaf：

go get github.com/name5566/leaf

编译 LeafServer：

go install server

如果一切顺利，运行 server 你可以获得以下输出：

2015/08/26 22:11:27 [release] Leaf 1.1.2 starting up

敲击 Ctrl + C 关闭游戏服务器，服务器正常关闭输出：

2015/08/26 22:12:30 [release] Leaf closing down (signal: interrupt)

Hello Leaf

现在，在 LeafServer 的基础上，我们来看看游戏服务器如何接收和处理网络消息。首先定义一个 JSON 格式的消息（protobuf 类似）。打开 LeafServer msg/msg.go 文件可以看到如下代码：

package msg

import (
"github.com/name5566/leaf/network"
)

var Processor network.Processor

func init() {

}

Processor 为消息的处理器（可由用户自定义），这里我们使用 Leaf 默认提供的 JSON 消息处理器并尝试添加一个名字为 Hello 的消息：

package msg

import (
"github.com/name5566/leaf/network/json"
)

// 使用默认的 JSON 消息处理器（默认还提供了 protobuf 消息处理器）
var Processor = json.NewProcessor()

func init() {
// 这里我们注册了一个 JSON 消息 Hello
Processor.Register(&Hello{})
}

// 一个结构体定义了一个 JSON 消息的格式
// 消息名为 Hello
type Hello struct {
Name string
}

客户端发送到游戏服务器的消息需要通过 gate 模块路由，简而言之，gate 模块决定了某个消息具体交给内部的哪个模块来处理。这里，我们将 Hello 消息路由到 game 模块中。打开 LeafServer gate/router.go，敲入如下代码：

package gate

import (
"server/game"
"server/msg"
)

func init() {
// 这里指定消息 Hello 路由到 game 模块
// 模块间使用 ChanRPC 通讯，消息路由也不例外
msg.Processor.SetRouter(&msg.Hello{}, game.ChanRPC)
}

一切就绪，我们现在可以在 game 模块中处理 Hello 消息了。打开 LeafServer game/internal/handler.go，敲入如下代码：

package internal

import (
"github.com/name5566/leaf/log"
"github.com/name5566/leaf/gate"
"reflect"
"server/msg"
)

func init() {
// 向当前模块（game 模块）注册 Hello 消息的消息处理函数 handleHello
handler(&msg.Hello{}, handleHello)
}

func handler(m interface{}, h interface{}) {
skeleton.RegisterChanRPC(reflect.TypeOf(m), h)
}

func handleHello(args []interface{}) {
// 收到的 Hello 消息
m := args[0].(*msg.Hello)
// 消息的发送者
a := args[1].(gate.Agent)

// 输出收到的消息的内容
log.Debug("hello %v", m.Name)

// 给发送者回应一个 Hello 消息
a.WriteMsg(&msg.Hello{
Name: "client",
})
}

到这里，一个简单的范例就完成了。为了更加清楚的了解消息的格式，我们从 0 编写一个最简单的测试客户端。Leaf 中，当选择使用 TCP 协议时，在网络中传输的消息都会使用以下格式：

--------------
| len | data |
--------------

其中：len 表示了 data 部分的长度（字节数）。len 本身也有长度，默认为 2 字节（可配置），len 本身的长度决定了单个消息的最大大小
data 部分使用 JSON 或者 protobuf 编码（也可自定义其他编码方式）
测试客户端同样使用 Go 语言编写：

package main

import (
"encoding/binary"
"net"
)

func main() {
conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:3563")
if err != nil {
panic(err)
}

// Hello 消息（JSON 格式）
// 对应游戏服务器 Hello 消息结构体
data := []byte(`{
"Hello": {
"Name": "leaf"
}
}`)

// len + data
m := make([]byte, 2+len(data))

// 默认使用大端序
binary.BigEndian.PutUint16(m, uint16(len(data)))

copy(m[2:], data)

// 发送消息
conn.Write(m)
}

执行此测试客户端，游戏服务器输出：

2015/09/25 07:41:03 [debug  ] hello leaf
2015/09/25 07:41:03 [debug  ] read message: read tcp 127.0.0.1:3563->127.0.0.1:54599: wsarecv: An existing connection was forcibly closed by the remote host.

测试客户端发送完消息以后就退出了，此时和游戏服务器的连接断开，相应的，游戏服务器输出连接断开的提示日志（第二条日志，日志的具体内容和 Go 语言版本有关）。除了使用 TCP 协议外，还可以选择使用 WebSocket 协议（例如开发 H5 游戏）。Leaf 可以单独使用 TCP 协议或 WebSocket 协议，也可以同时使用两者，换而言之，服务器可以同时接受 TCP 连接和 WebSocket 连接，对开发者而言消息来自 TCP 还是 WebSocket 是完全透明的。现在，我们来编写一个对应上例的使用 WebSocket 协议的客户端：

<script type="text/javascript">
var ws = new WebSocket('ws://127.0.0.1:3653')

ws.onopen = function() {
// 发送 Hello 消息
ws.send(JSON.stringify({Hello: {
Name: 'leaf'
}}))
}
</script>

保存上述代码到某 HTML 文件中并使用（任意支持 WebSocket 协议的）浏览器打开。在打开此 HTML 文件前，首先需要配置一下 LeafServer 的 bin/conf/server.json 文件，增加 WebSocket 监听地址（WSAddr）：

{
"LogLevel": "debug",
"LogPath": "",
"TCPAddr": "127.0.0.1:3563",
"WSAddr": "127.0.0.1:3653",
"MaxConnNum": 20000
}

重启游戏服务器后，方可接受 WebSocket 消息：

2015/09/25 07:50:03 [debug  ] hello leaf

在 Leaf 中使用 WebSocket 需要注意的一点是：Leaf 总是发送二进制消息而非文本消息。

Leaf 模块详解

LeafServer 中包含了 3 个模块，它们分别是：gate 模块，负责游戏客户端的接入
login 模块，负责登录流程
game 模块，负责游戏主逻辑
一般来说（而非强制规定），从代码结构上，一个 Leaf 模块：放置于一个目录中（例如 game 模块放置于 game 目录中）
模块的具体实现放置于 internal 包中（例如 game 模块的具体实现放置于 game/internal 包中）
每个模块下一般有一个 external.go 的文件，顾名思义表示模块对外暴露的接口，这里以 game 模块的 external.go 文件为例：

package game

import (
"server/game/internal"
)

var (
// 实例化 game 模块
Module  = new(internal.Module)
// 暴露 ChanRPC
ChanRPC = internal.ChanRPC
)

首先，模块会被实例化，这样才能注册到 Leaf 框架中（详见 LeafServer main.go），另外，模块暴露的 ChanRPC 被用于模块间通讯。进入 game 模块的内部（LeafServer game/internal/module.go）：

package internal

import (
"github.com/name5566/leaf/module"
"server/base"
)

var (
skeleton = base.NewSkeleton()
ChanRPC  = skeleton.ChanRPCServer
)

type Module struct {
*module.Skeleton
}

func (m *Module) OnInit() {
m.Skeleton = skeleton
}

func (m *Module) OnDestroy() {

}

模块中最关键的就是 skeleton（骨架），skeleton 实现了 Module 接口的 Run 方法并提供了：ChanRPC
goroutine
定时器

Leaf ChanRPC

由于 Leaf 中，每个模块跑在独立的 goroutine 上，为了模块间方便的相互调用就有了基于 channel 的 RPC 机制。一个 ChanRPC 需要在游戏服务器初始化的时候进行注册（注册过程不是 goroutine 安全的），例如 LeafServer 中 game 模块注册了 NewAgent 和 CloseAgent 两个 ChanRPC：

package internal

import (
"github.com/name5566/leaf/gate"
)

func init() {
skeleton.RegisterChanRPC("NewAgent", rpcNewAgent)
skeleton.RegisterChanRPC("CloseAgent", rpcCloseAgent)
}

func rpcNewAgent(args []interface{}) {

}

func rpcCloseAgent(args []interface{}) {

}

使用 skeleton 来注册 ChanRPC。RegisterChanRPC 的第一个参数是 ChanRPC 的名字，第二个参数是 ChanRPC 的实现。这里的 NewAgent 和 CloseAgent 会被 LeafServer 的 gate 模块在连接建立和连接中断时调用。ChanRPC 的调用方有 3 种调用模式：同步模式，调用并等待 ChanRPC 返回
异步模式，调用并提供回调函数，回调函数会在 ChanRPC 返回后被调用
Go 模式，调用并立即返回，忽略任何返回值和错误
gate 模块这样调用 game 模块的 NewAgent ChanRPC（这仅仅是一个示例，实际的代码细节复杂的多）：

game.ChanRPC.Go("NewAgent", a)

这里调用 NewAgent 并传递参数 a，我们在 rpcNewAgent 的参数 args[0] 中可以取到 a（args[1] 表示第二个参数，以此类推）。更加详细的用法可以参考 leaf/chanrpc。需要注意的是，无论封装多么精巧，跨 goroutine 的调用总不能像直接的函数调用那样简单直接，因此除非必要我们不要构建太多的模块，模块间不要太频繁的交互。模块在 Leaf 中被设计出来最主要是用于划分功能而非利用多核，Leaf 认为在模块内按需使用 goroutine 才是多核利用率问题的解决之道。

Leaf Go

善用 goroutine 能够充分利用多核资源，Leaf 提供的 Go 机制解决了原生 goroutine 存在的一些问题：能够恢复 goroutine 运行过程中的错误
游戏服务器会等待所有 goroutine 执行结束后才关闭
非常方便的获取 goroutine 执行的结果数据
在一些特殊场合保证 goroutine 按创建顺序执行
我们来看一个例子（可以在 LeafServer 的模块的 OnInit 方法中测试）：

log.Debug("1")

// 定义变量 res 接收结果
var res string

skeleton.Go(func() {
// 这里使用 Sleep 来模拟一个很慢的操作
time.Sleep(1 * time.Second)

// 假定得到结果
res = "3"
}, func() {
log.Debug(res)
})

log.Debug("2")

上面代码执行结果如下：

2015/08/27 20:37:17 [debug  ] 1
2015/08/27 20:37:17 [debug  ] 2
2015/08/27 20:37:18 [debug  ] 3

这里的 Go 方法接收 2 个函数作为参数，第一个函数会被放置在一个新创建的 goroutine 中执行，在其执行完成之后，第二个函数会在当前 goroutine 中被执行。由此，我们可以看到变量 res 同一时刻总是只被一个 goroutine 访问，这就避免了同步机制的使用。Go 的设计使得 CPU 得到充分利用，避免操作阻塞当前 goroutine，同时又无需为共享资源同步而忧心。更加详细的用法可以参考 leaf/go。

Leaf timer

Go 语言标准库提供了定时器的支持：

func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timer

AfterFunc 会等待 d 时长后调用 f 函数，这里的 f 函数将在另外一个 goroutine 中执行。Leaf 提供了一个相同的 AfterFunc 函数，相比之下，f 函数在 AfterFunc 的调用 goroutine 中执行，这样就避免了同步机制的使用：

skeleton.AfterFunc(5 * time.Second, func() {
// ...
})

另外，Leaf timer 还支持 cron 表达式，用于实现诸如“每天 9 点执行”、“每周末 6 点执行”的逻辑。更加详细的用法可以参考 leaf/timer。

Leaf log

Leaf 的 log 系统支持多种日志级别：Debug 日志，非关键日志
Release 日志，关键日志
Error 日志，错误日志
Fatal 日志，致命错误日志
Debug < Release < Error < Fatal（日志级别高低）在 LeafServer 中，bin/conf/server.json 可以配置日志级别，低于配置的日志级别的日志将不会输出。Fatal 日志比较特殊，每次输出 Fatal 日志之后游戏服务器进程就会结束，通常来说，只在游戏服务器初始化失败时使用 Fatal 日志。我们还可以通过配置 LeafServer conf/conf.go 的 LogFlag 来在日志中输出文件名和行号：

LogFlag = log.Lshortfile

可用的 LogFlag 见：https://golang.org/pkg/log/#pkg-constants更加详细的用法可以参考 leaf/log。

Leaf recordfile

Leaf 的 recordfile 是基于 CSV 格式（范例见这里）。recordfile 用于管理游戏配置数据。在 LeafServer 中使用 recordfile 非常简单：将 CSV 文件放置于 bin/gamedata 目录中
在 gamedata 模块中调用函数 readRf 读取 CSV 文件
范例：

// 确保 bin/gamedata 目录中存在 Test.txt 文件
// 文件名必须和此结构体名称相同（大小写敏感）
// 结构体的一个实例映射 recordfile 中的一行
type Test struct {
// 将第一列按 int 类型解析
// "index" 表明在此列上建立唯一索引
Id  int "index"
// 将第二列解析为长度为 4 的整型数组
Arr [4]int
// 将第三列解析为字符串
Str string
}

// 读取 recordfile Test.txt 到内存中
// RfTest 即为 Test.txt 的内存镜像
var RfTest = readRf(Test{})

func init() {
// 按索引查找
// 获取 Test.txt 中 Id 为 1 的那一行
r := RfTest.Index(1)

if r != nil {
row := r.(*Test)

// 输出此行的所有列的数据
log.Debug("%v %v %v", row.Id, row.Arr, row.Str)
}
}

更加详细的用法可以参考 leaf/recordfile。