TranslateProject/published/201609/20160606 Writing online multiplayer game with python and asyncio - part 3.md
2016-10-02 18:24:30 +08:00

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使用 Python 和 Asyncio 来编写在线多人游戏(三)
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![](https://7webpages.com/media/cache/17/81/178135a6db5074c72a1394d31774c658.gif)
> 在这个系列中,我们基于多人游戏 [贪吃蛇][1] 来制作一个异步的 Python 程序。上一篇文章聚焦于[编写游戏循环][2]上,而本系列第 1 部分则涵盖了如何[异步化][3]。
- 代码戳[这里][4]
### 4、制作一个完整的游戏
![](https://7webpages.com/static/img/14chs7.gif)
#### 4.1 工程概览
在此部分,我们将回顾一个完整在线游戏的设计。这是一个经典的贪吃蛇游戏,增加了多玩家支持。你可以自己在 <http://snakepit-game.com> 亲自试玩。源码在 GitHub 的这个[仓库][5]。游戏包括下列文件:
- [server.py][6] - 处理主游戏循环和连接。
- [game.py][7] - 主要的 `Game` 类。实现游戏的逻辑和游戏的大部分通信协议。
- [player.py][8] - `Player` 类,包括每一个独立玩家的数据和蛇的展现。这个类负责获取玩家的输入并相应地移动蛇。
- [datatypes.py][9] - 基本数据结构。
- [settings.py][10] - 游戏设置,在注释中有相关的说明。
- [index.html][11] - 客户端所有的 html 和 javascript代码都放在一个文件中。
#### 4.2 游戏循环内窥
多人的贪吃蛇游戏是个用于学习十分好的例子,因为它简单。所有的蛇在每个帧中移动到一个位置,而且帧以非常低的频率进行变化,这样就可以让你就观察到游戏引擎到底是如何工作的。因为速度慢,对于玩家的按键不会立马响应。按键先是记录下来,然后在一个游戏循环迭代的最后计算下一帧时使用。
> 现代的动作游戏帧频率更高,而且通常服务端和客户端的帧频率是不相等的。客户端的帧频率通常依赖于客户端的硬件性能,而服务端的帧频率则是固定的。一个客户端可能根据一个游戏“嘀嗒”的数据渲染多个帧。这样就可以创建平滑的动画,这个受限于客户端的性能。在这个例子中,服务端不仅传输物体的当前位置,也要传输它们的移动方向、速度和加速度。客户端的帧频率称之为 FPS每秒帧数frames per second服务端的帧频率称之为 TPS每秒滴答数ticks per second。在这个贪吃蛇游戏的例子中二者的值是相等的在客户端显示的一帧是在服务端的一个“嘀嗒”内计算出来的。
我们使用类似文本模式的游戏区域,事实上是 html 表格中的一个字符宽的小格。游戏中的所有对象都是通过表格中的不同颜色字符来表示。大部分时候,客户端将按键的码发送至服务端,然后每个“滴答”更新游戏区域。服务端一次更新包括需要更新字符的坐标和颜色。所以我们将所有游戏逻辑放置在服务端,只将需要渲染的数据发送给客户端。此外,我们通过替换通过网络发送的数据来减少游戏被破解的概率。
#### 4.3 它是如何运行的?
这个游戏中的服务端出于简化的目的,它和例子 3.2 类似。但是我们用一个所有服务端都可访问的 `Game` 对象来代替之前保存了所有已连接 websocket 的全局列表。一个 `Game` 实例包括一个表示连接到此游戏的玩家的 `Player` 对象的列表(在 `self._players` 属性里面),以及他们的个人数据和 websocket 对象。将所有游戏相关的数据存储在一个 `Game` 对象中,会方便我们增加多个游戏房间这个功能——如果我们要增加这个功能的话。这样,我们维护多个 `Game` 对象,每个游戏开始时创建一个。
客户端和服务端的所有交互都是通过编码成 json 的消息来完成。来自客户端的消息仅包含玩家所按下键码对应的编号。其它来自客户端消息使用如下格式:
```
[command, arg1, arg2, ... argN ]
```
来自服务端的消息以列表的形式发送,因为通常一次要发送多个消息 (大多数情况下是渲染的数据):
```
[[command, arg1, arg2, ... argN ], ... ]
```
在每次游戏循环迭代的最后会计算下一帧,并且将数据发送给所有的客户端。当然,每次不是发送完整的帧,而是发送两帧之间的变化列表。
注意玩家连接上服务端后不是立马加入游戏。连接开始时是观望者spectator模式玩家可以观察其它玩家如何玩游戏。如果游戏已经开始或者上一个游戏会话已经在屏幕上显示 “game over” (游戏结束),用户此时可以按下 “Join”参与来加入一个已经存在的游戏或者如果游戏没有运行没有其它玩家则创建一个新的游戏。后一种情况下游戏区域在开始前会被先清空。
游戏区域存储在 `Game._field` 这个属性中,它是由嵌套列表组成的二维数组,用于内部存储游戏区域的状态。数组中的每一个元素表示区域中的一个小格,最终小格会被渲染成 html 表格的格子。它有一个 `Char` 的类型,是一个 `namedtuple` ,包括一个字符和颜色。在所有连接的客户端之间保证游戏区域的同步很重要,所以所有游戏区域的更新都必须依据发送到客户端的相应的信息。这是通过 `Game.apply_render()` 来实现的。它接受一个 `Draw` 对象的列表,其用于内部更新游戏区域和发送渲染消息给客户端。
> 我们使用 `namedtuple` 不仅因为它表示简单数据结构很方便,也因为用它生成 json 格式的消息时相对于 `dict` 更省空间。如果你在一个真实的游戏循环中需要发送复杂的数据结构,建议先将它们序列化成一个简单的、更短的格式,甚至打包成二进制格式(例如 bson而不是 json以减少网络传输。
`Player` 对象包括用 `deque` 对象表示的蛇。这种数据类型和 `list` 相似,但是在两端增加和删除元素时效率更高,用它来表示蛇很理想。它的主要方法是 `Player.render_move()`,它返回移动玩家的蛇至下一个位置的渲染数据。一般来说它在新的位置渲染蛇的头部,移除上一帧中表示蛇的尾巴的元素。如果蛇吃了一个数字变长了,在相应的多个帧中尾巴是不需要移动的。蛇的渲染数据在主类的 `Game.next_frame()` 中使用,该方法中实现所有的游戏逻辑。这个方法渲染所有蛇的移动,检查每一个蛇前面的障碍物,而且生成数字和“石头”。每一个“嘀嗒”,`game_loop()` 都会直接调用它来生成下一帧。
如果蛇头前面有障碍物,在 `Game.next_frame()` 中会调用 `Game.game_over()`。它后通知所有的客户端那个蛇死掉了 (会调用 `player.render_game_over()` 方法将其变成石头),然后更新表中的分数排行榜。`Player` 对象的 `alive` 标记被置为 `False`,当渲染下一帧时,这个玩家会被跳过,除非他重新加入游戏。当没有蛇存活时,游戏区域会显示 “game over” (游戏结束)。而且,主游戏循环会停止,设置 `game.running` 标记为 `False`。当某个玩家下次按下 “Join” (加入)时,游戏区域会被清空。
在渲染游戏的每个下一帧时也会产生数字和石头,它们是由随机值决定的。产生数字或者石头的概率可以在 `settings.py` 中修改成其它值。注意数字的产生是针对游戏区域每一个活的蛇的,所以蛇越多,产生的数字就越多,这样它们都有足够的食物来吃掉。
#### 4.4 网络协议
从客户端发送消息的列表:
命令 | 参数 |描述
:-- |:-- |:--
new_player | [name] |设置玩家的昵称
join | |玩家加入游戏
从服务端发送消息的列表:
命令 | 参数 |描述
:-- |:-- |:--
handshake |[id] |给一个玩家指定 ID
world |[[(char, color), ...], ...] |初始化游戏区域(世界地图)
reset_world | |清除实际地图,替换所有字符为空格
render |[x, y, char, color] |在某个位置显示字符
p_joined |[id, name, color, score] |新玩家加入游戏
p_gameover |[id] |某个玩家游戏结束
p_score |[id, score] |给某个玩家计分
top_scores |[[name, score, color], ...] |更新排行榜
典型的消息交换顺序:
客户端 -> 服务端 |服务端 -> 客户端 |服务端 -> 所有客户端 |备注
:-- |:-- |:-- |:--
new_player | | |名字传递给服务端
|handshake | |指定 ID
|world | |初始化传递的世界地图
|top_scores | |收到传递的排行榜
join | | |玩家按下“Join”游戏循环开始
| |reset_world |命令客户端清除游戏区域
| |render, render, ... |第一个游戏“滴答”,渲染第一帧
(key code) | | |玩家按下一个键
| |render, render, ... |渲染第二帧
| |p_score |蛇吃掉了一个数字
| |render, render, ... |渲染第三帧
| | |... 重复若干帧 ...
| |p_gameover |试着吃掉障碍物时蛇死掉了
| |top_scores |更新排行榜(如果需要更新的话)
### 5. 总结
说实话,我十分享受 Python 最新的异步特性。新的语法做了改善,所以异步代码很容易阅读。可以明显看出哪些调用是非阻塞的,什么时候发生 greenthread 的切换。所以现在我可以宣称 Python 是异步编程的好工具。
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via: https://7webpages.com/blog/writing-online-multiplayer-game-with-python-and-asyncio-part-3/
作者:[Kyrylo Subbotin][a]
译者:[chunyang-wen](https://github.com/chunyang-wen)
校对:[wxy](https://github.com/wxy)
本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译,[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
[a]: https://7webpages.com/blog/writing-online-multiplayer-game-with-python-and-asyncio-part-3/
[1]: http://snakepit-game.com/
[2]: https://linux.cn/article-7784-1.html
[3]: https://linux.cn/article-7767-1.html
[4]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game
[5]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game
[6]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/server.py
[7]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/game.py
[8]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/player.py
[9]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/datatypes.py
[10]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/settings.py
[11]: https://github.com/7WebPages/snakepit-game/blob/master/index.html
[12]: https://twitter.com/7WebPages
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