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消息压缩

zj8487 edited this page Jun 21, 2014 · 4 revisions

在实际编程中,为了减少数据传输带宽的消耗,提高传输效率,pomelo提供了对消息的压缩,包括基于字典的对route的压缩和基于protobuf的对具体传输数据的压缩。

route压缩

在实际编程中,网络带宽的有效数据负载率是一个值得考虑的问题。特别地,对于移动客户端来说,网络资源往往并不是很丰富,为了尽可能地节省网络资源,往往需要尽大可能地增加数据包的有效数据率。

route问题

在pomelo编程中,pomelo中的route是用来确定消息的分发路径,将其交给相应的服务器和服务处理的。route分为两类,由客户端发给服务端消息时使用的route和服务端向客户端广播时使用的route。

  • 前一种route是由服务器自动生成的,其中的字段就代表了对应的方法在服务端的位置。如“area.playerHandler.attack”则表示在“area”类型的服务器上的“playerHandler”提供的“attack”方法,其格式为".."。 路由信息过长,使得有效消息数据负载率大大降低。例如,在聊天应用中,如果用户的发言仅仅是一个字符,结果不得不携带一个route,"chat.chatHandler.send",这样使得有效数据负载率大大降低。

  • 后一种route是服务端想客户端推送消息时使用,是客户端的路由信息,如“onMove”,“onAttack”等,其格式一般为"on"这些字段是由用户自己定义的。虽然可以定义很短的路由,但是那样会造成可读性变差,不利于代码阅读。

一般来说,当应用固定后,具体路由就不会再变动,因此可以考虑通过一种简单替换的方式对路由信息进行压缩。

基于dict的压缩

pomelo中实现了基于字典的route压缩,目前route压缩功能仅仅支持hybridconnector,sioconnector目前无法使用route压缩。其实现原理如下:

  • 对于系统生成的route,也就是服务端的路由信息,即格式为".."的路由信息,在系统启动时由CoDictionary组件进行服务端路由信息扫描,然后会对每一个route生成唯一的字典项,由一个无符号小整数标识。

  • 对于用户自定义的route,也就是客户端的路由信息,即格式为"on",则需要用户提供一个自定义的route列表,会根据这一个列表对每个用户自定义的route生成一个对应的字典项,即也就是一个无符号小整数。

  • 在开启字典功能的状态下,使用hybridconnector的时候,当协议握手的时候,服务端会将整个字典的消息发送给客户端,这样客户端和服务端都会拥有相同的具体route无符号整数的对应关系。

  • 当有消息传递时,其中的route在发送时会被替换为在字典项,而接收端会自动还原,这一过程对于用户而言是完全透明的。

使用route压缩

目前仅仅在hybridconnector中实现了支持,启用此功能只需在app.js中配置开启即可,示例如下:

	app.set('connectorConfig',
		{
			connector : pomelo.connectors.hybridconnector,
			heartbeat : 3,
			useDict : true // enable route compression
			}
		});

客户端的路由信息,也就是用户自定义的路由信息,需要用户自己通过配置文件配置,具体的配置文件为config/dictionary.json,在这个文件中加入一个字符串列表即可,示例如下:

[
	"onDropItem",
	"onAttack",
	"onDied",
	"onMove",
	"onRevive",
	"addEntities",
	"onRemoveEntities",
	"onPathCheckout"
]

注意:对于没有加入到这个列表中的客户端路由信息,依然会使用原始的路由,而不会使用整数,pomelo在打包消息的时候会进行判断,如果字典项里有相应的路由信息,那么会使用字典项,如果没有的话,会使用原始的路由信息。这一切对用户是透明的,用户只需要配置好就行,不用关心其具体实现。

基于protobuf的传输数据压缩

在进行消息传输时,pomelo实现了基于protobuf的数据编码协议,与其他的编码协议如xml,json相比,protobuf有着更好的传输效率和压缩比率。在我们的lordofpomelo项目中,使用protobuf进行数据编码后的消息大小只有基于Json的编码的20%左右。

protobuf协议介绍

protobuf协议是由google制定的,主要用于其内部的rpc调用和文件编码。原生的protobuf包括两部分内容:基于二进制的数据编码协议和基于proto元数据的代码生成器。首先,需要根据每条消息来编写对应的proto文件,然后使用google提供的代码生成器,基于proto文件来生成相应的编码器和解码器,然后使用生成的编/解码器来进行编/解码操作,对应的流程如下图:

protobuf

这种方式的优势是代码静态生成,运行时不需要proto文件信息,而且可以根据具体的信息内容对代码进行优化,编解码的时候不需要类型元信息,效率很高。但缺点也十分明显:使用复杂(涉及到代码生成,编译,部署),改动成本高昂(需要重新生成,编译代码,并对代码进行部署),需要生成大量新代码(每个消息都需要一个独立的编码/解码器)。 关于protobuf协议的更多内容,可以参见其官网protobuf项目

pomelo中的protobuf

原生的带有代码生成器的protobuf过于重量级,缺乏灵活性,任何消息的修改都会是一个非常重量级的操作,而这个在pomelo中,由于pomelo是能够快速开发的,因此也必须要求代码不能有编译阶段,所有的类型信息应该在运行时进行评估。因此,我们没有采用生成代码的方式,而是根据proto文件的定义,对消息进行即时的解析。

在pomelo中,我们实现了一个通用的protobuf编/解码器,以及一个proto文件解析器。通过分析proto文件内容,实现了对消息的编码/解码。这样,当修改/添加消息类型时,只需要修改对应的proto文件就可以了。具体的运行流程如下图:

pomelo protobuf

从上图可以看出,与原生的protobuf生成代码的方式相比,pomelo中的解决方案要更将灵活,轻量。不需要生成任何代码,在运行时通过proto文件中对消息的定义,实现对消息的动态编码/解码功能。

proto 文件定义

原生的protobuf中,每一个消息都与一个proto中的message定义对应,而在生成编码/解码器之后,这些message的定义不再被使用。而在pomelo中,因为我们需要proto的内容来动态的对消息进行编码/解码,因此需要维护一个完整的protos信息表, 我们将所有的proto定义放在一个json文件中,通过key来进行区分,在pomelo中,key就是消息的route。我们的proto文件使用了类似与原始proto的语法,不过是使用了json格式,示例如下:

"onMove" : {
  "required uInt32 entityId" : 1,
  "message Path": {
    "required uInt32 x" : 1,
    "required uInt32 y" : 2
  },
  "repeated Path path" : 2,
  "required uInt32 speed" : 3
},
"onAttack" : {
  "required uInt32 attacker" : 1,
  "required uInt32 target" : 2
}

在pomelo中,对于同样route的消息,如'area.playerHander.attack',在客户端和服务端的格式可能完全不同,这就意味着对于客户端的编码器和解码器对于同样route的消息需要不同的定义。因此,我们需要两套protos文件,server protos和client protos,具体的关系如下图: pomelo protobuf protos

使用protobuf

虽然protobuf的实现看上去十分复杂,但由于这一层对用户是完全透明的,使用会非常简单。用户只需要通过简单的两步定义就可以在原有的项目中开启protobuf功能。

  • 首先,需要在connector组件上打开protobuf开关,在app.js中的配置如下:
	app.set('connectorConfig',
		{
			connector : pomelo.connectors.hybridconnector,
			heartbeat : 3,
			useProtobuf : true
		});
  • 实际上需要加入的就是“useProtobuf:true”这一项。当设置这一标识后,pomelo会在客户端握手时将protos内容同步到客户端,并默认开启protobuf压缩功能。

  • 在protobuf功能开启用,用户还需要加入protos定义来实现对具体消息的编码/解码。protos文件默认在/game-server/config目录下,包括两个文件:serverProtos.json和clientProtos.json,分别表示服务端->客户端消息的protos和 客户端->服务端消息的protos。只要在其中加入有效的proto定义,就可以开启对应消息的protobuf编码功能,CoProtobuf组件会自动加载这两个proto文件。

  • 当然pomelo中的protobuf实现对原有项目是完全兼容的,你可以直接在老的项目中打开protobuf开关而不会引起任何问题。只是当proto定义是空的,默认所有的消息都不会经过protobuf压缩,而是采用默认的二进制编码进行传输。

  • 当你想对某个消息进行protobuf编码时,只需要在对应的protos文件(serverProtos.json或clientProtos.json)中加入对应的protobuf项,pomelo在启动时就会自动识别并对消息进行压缩,而不会对其他未定义的消息产生任何影响。

总结

在这部分,介绍了pomelo中实现的对数据的压缩。通过对数据的压缩提高了带宽的有效数据利用率,使得在一些带宽以及流量敏感的环境中,pomelo能够更好地工作。目前pomelo的route以及基于protobuf的数据压缩仅仅支持hybridconnector,对于sioconnector,是使用json作为通信格式的,目前不支持对其进行压缩。

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