一、分析需求
二、约定前后端接口
三、实现游戏大厅页面（前端代码）
四、实现后端代码
五、线程安全问题
六、忙等问题
一、分析需求
需求：多个玩家，在游戏大厅进行匹配，系统会把实力相近的玩家匹配到一起。
要想实现上述效果，就需要利用到消息推送机制，即需要使用到 WebSocket 协议。如图：
二、约定前后端交互接口
通过需求分析，确认了要使用 WebSocket 协议，来实现消息推送的效果，因此，约定前后端交互接口也是根据 WebSocket 展开的。
WebSocket 协议，可以传输文本数据，也可以传输二进制数据，这里就采用传输 JSON 格式的文本数据。
匹配请求：
这里并不需要传送用户信息，因为在前面登录的时候，就已经把当前用户信息保存到HttpSession中了，在进行WebSocket连接时，只需要把HttpSession中的Session拿过来就行了，并保存在WebSocket连接中。
匹配响应：
这里会有两个不同的匹配响应。
匹配响应1：是指玩家点击开始匹配，玩家的这个操作的请求发送成功，后端返回回来的响应（立即返回的响应）。
匹配响应2：指有两个玩家成功匹配到一起了，服务器主动推送回来的响应（多久返回这个响应？服务器并不知道）。（匹配到的对手信息保存在服务器中）
三、实现游戏大厅页面（前端代码）
game_hall.html：
JSON字符串 和 JS对象的转换：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>游戏大厅</title>
<link rel="stylesheet" href="css/common.css">
<link rel="stylesheet" href="css/game_hall.css">
</head>
<body>
<div class="nav">五子棋对战</div>
<!-- 整个页面的容器元素‘ -->
<div class="container">
<!-- 这个div在container中是处于垂直水平居中这样的位置的 -->
<div>
<!-- 展示用户信息 -->
<div id="screen"></div>
<!-- 匹配按钮 -->
<div id="match-button">开始匹配</div>
</div>
</div>
<script src="./js/jquery.min.js"></script>
<script>
$.ajax({
type: 'get',
url: '/userInfo',
success: function (body) {
let screenDiv = document.querySelector("#screen");
screenDiv.innerHTML = "玩家: " + body.username + "分数: " + body.score
+ "<br> 比赛场次: " + body.totalCount + "获胜场数: " + body.winCount
},
error: function () {
alert("获取用户信息失败");
}
});
// 此处进行初始化 websocket，并且实现前端的匹配逻辑
// 此处的路径必须写作 /findMatch
let websocket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8080/findMatch");
websocket.onopen = function () {
console.log("onopen");
}
websocket.onclose = function () {
console.log("onclose");
// alert("游戏大厅中接收到了失败响应! 请重新登录");
// location.assign("/login.html");
}
websocket.onerror = function () {
console.log("onerror");
}
// 监听页面关闭事件，在页面关闭之前，手动调动这里的 websocket 的 close 方法
window.onbeforeunload = function () {
websocket.close();
}
//一会重点来实现，要处理服务器返回的响应
websocket.onmessage = function (e) {
// 处理服务器返回的响应数据，这个响应就是针对 "开始匹配" / "结束匹配" 来应对的
//解析得到的响应对象，返回的数据是一个 JSON 字符串，解析成 js 对象
let resp = JSON.parse(e.data);
let matchButton = document.querySelector("#match-button");
if (!resp.ok) {
console.log("游戏大厅中接收到了失败响应! " + resp.reason);
alert("游戏大厅中接收到了失败响应! " + resp.reason);
location.assign("/login.html");
return;
}
if (resp.message == 'startMatch') {
//开始匹配请求发起成功
console.log("进入匹配队列成功");
matchButton.innerHTML = '匹配中...(点击停止)';
} else if (resp.message == 'stopMatch') {
//结束匹配请求发起成功
console.log("离开匹配队列成功");
matchButton.innerHTML = '开始匹配';
} else if (resp.message == 'matchSuccess') {
//已经匹配到对手了
console.log("匹配到对手! 进入游戏房间");
location.assign("/game_room.html");
} else {
console.log("收到了非法的响应! message=" + resp.message);
}
}
// 给匹配按钮添加一个点击事件
let matchButton = document.querySelector('#match-button');
matchButton.onclick = function () {
//在触发 websocket 请求之前，先确认下 websocket 连接是否好着
if (websocket.readyState == websocket.OPEN) {
//如果当前 readyState 处在 OPPEN状态，说明连接是好着的
//这里发送的数据有两种可能，开始匹配/停止匹配
if (matchButton.innerHTML == '开始匹配') {
console.log("开始匹配");
websocket.send(JSON.stringify({
message: 'startMatch',
}))
} else if (matchButton.innerHTML == '匹配中...(点击停止)') {
console.log("停止匹配");
websocket.send(JSON.stringify({
message: 'stopMatch',
}));
}
} else {
//这是说明当前连接是异常的状态
alert("当前您的连接已经断开! 请重新登录!");
location.assign('/login.html');
}
}
</script>
</body>
</html>common.css：
* {
margin: 0;
padding: 0;
box-sizing: border-box;
}
html, body {
height: 100%;
background-image: url(../image/blackboard.jpg);
background-repeat: no-repeat;
background-position: center;
background-size: cover;
}
.nav {
height: 50px;
background: rgb(50, 50, 50);
color: white;
line-height: 50px;
padding-left: 20px;
}
.container {
width: 100%;
height: calc(100% - 50px);
display: flex;
align-items: center;
justify-content: center;
}game_hall.css：
.container {
width: 100%;
height: calc(100% - 50px);
display: flex;
align-items: center;
justify-content: center;
}
#screen {
width: 400px;
height: 200px;
font-size: 20px;
background-color: gray;
color: white;
border-radius: 10px;
text-align: center;
line-height: 100px;
}
#match-button {
width: 400px;
height: 50px;
font-size: 20px;
background-color: orange;
color: white;
border: none;
outline: none;
border-radius: 10px;
text-align: center;
line-height: 50px;
margin-top: 20px;
}
#match-button:active{
background-color: gray;
} 四、实现后端代码
后端要想建立WebSocket连接，需要创建一个专门的类（MatchAPI），来处理 WebSocket 的请求；同时，还要新建一个类（WebSocketConfig），进行WebSocket连接、配置 WebSocket 连接的路径，以及拿到之前 HTTP 连接时的 Session。
WebSocketConfig
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
@Autowired
private MatchAPI matchAPI;
@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
registry.addHandler(matchAPI, "/findMatch")
.addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor());
}
}MatchAPI（处理请求）
JSON字符串 和 Java对象的转换：
//通过这个类来处理匹配功能中的 websocket 请求
@Slf4j
@Component
public class MatchAPI extends TextWebSocketHandler {
@Autowired
private OnlineUserManager onlineUserManager;
@Autowired
private Matcher matcher;
private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
@Override
public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
// 玩家上线，加入到 OnlineUserManager 中
//1、先获取到当前用户的身份信息（谁在游戏大厅中，建立的连接）
// 此处的代码，之所以能够getAttributes，全靠了在注册 websocket 的时候，
// 加上了 .addInterceptors(new HttpsessionHandshakeInterceptor())
// 这个逻辑就把 HttpSession 中的 Attribute 都给拿到 WebSocketSession 中了
// 在 Http 登录逻辑中，往 HttpSession 中存了 User 数据：httpSession.setAttribute("user", user)
// 此时就可以在 WebSocketSession 中把之前 HttpSession 里存的 User 对象给拿到了
// 注意，此处拿到的 user，可能是为空的
// 如果之前用户压根就没有通过 HTTP 来进行登录，直接就通过 /game_hall.html 这个URL来进行访问游戏大厅了
// 此时就会出现 user 为 null 的情况
try {
User user = (User) session.getAttributes().get("user");
//2、拿到了身份信息之后，进行判断当前用户是否已经登录过（在线状态），如果已经是在线，就不该继续进行后续逻辑
WebSocketSession tmpSession = onlineUserManager.getFromGameHall(user.getUserId());
if(tmpSession != null) {
// 说明该用户已经登录了
// 针对这个情况，要告知客户端，你这里重复登录了
MatchResponse response = new MatchResponse();
response.setOk(false);
response.setReason("当前用户已经登录, 静止多开!");
session.sendMessage(new TextMessage(objectMapper.writeValueAsString(response)));
session.close();
return;
}
onlineUserManager.enterGameHall(user.getUserId(), session);
// System.out.println("玩家" + user.getUsername() + " 进入游戏大厅");
log.info("玩家 {}",user.getUsername() + " 进入游戏大厅");
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
// 出现空指针异常，说明当前用户的身份信息为空，也就是用户未登录
// 就把当前用户尚未登录，给返回回去
MatchResponse response = new MatchResponse();
response.setOk(false);
response.setReason("您尚未登录，不能进行后续匹配");
session.sendMessage(new TextMessage(objectMapper.writeValueAsBytes(response)));
}
}
@Override
protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
// 实现处理开始匹配请求和停止匹配请求
User user = (User) session.getAttributes().get("user");
// 拿到客户端发给服务器的数据
String payload = message.getPayload();
// 当前传过来的数据是JSON格式的字符串，就需要把它转成 Java 对象：MatchRequest
MatchRequest request = objectMapper.readValue(payload, MatchRequest.class);
MatchResponse response = new MatchResponse();
if(request.getMessage().equals("startMatch")) {
// 进入匹配队列
// 把当前用户加入到匹配队列中
matcher.add(user);
// 把玩家信息放入匹配队列后，就可以返回一个响应给客户端了
response.setOk(true);
response.setMessage("startMatch");
} else if (request.getMessage().equals("stopMatch")) {
// 退出匹配队列
// 在匹配队列中把当前用户给删除了
matcher.remove(user);
// 在匹配队列中把当前用户给删除后，就可以返回一个响应给客户端了
response.setOk(true);
response.setMessage("stopMatch");
} else {
// 非法情况
response.setOk(false);
response.setMessage("非法的匹配请求");
}
String jsonString = objectMapper.writeValueAsString(response);
session.sendMessage(new TextMessage(jsonString));
}
@Override
public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) throws Exception {
// 玩家下线，删除 OnlineUserManager 中的该用户的Session
try {
User user = (User) session.getAttributes().get("user");
WebSocketSession tmpSession = onlineUserManager.getFromGameHall(user.getUserId());
if(tmpSession == session) {
onlineUserManager.exitGameHall(user.getUserId());
}
// 如果玩家正在匹配中，但WebSocket断开了，就应该把该玩家移除匹配队列
log.info("Error玩家: {}", user.getUsername() + " 下线");
matcher.remove(user);
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
MatchResponse response = new MatchResponse();
response.setOk(false);
response.setReason("您尚未登录，不能进行后续匹配");
session.sendMessage(new TextMessage(objectMapper.writeValueAsBytes(response)));
}
}
@Override
public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
// 玩家下线，删除 OnlineUserManager 中的该用户的Session
try {
User user = (User) session.getAttributes().get("user");
WebSocketSession tmpSession = onlineUserManager.getFromGameHall(user.getUserId());
if(tmpSession == session) {
onlineUserManager.exitGameHall(user.getUserId());
}
// 如果玩家正在匹配中，但WebSocket断开了，就应该把该玩家移除匹配队列
log.info("Closed玩家: {}", user.getUsername() + " 下线");
matcher.remove(user);
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
MatchResponse response = new MatchResponse();
response.setOk(false);
response.setReason("您尚未登录，不能进行后续匹配");
session.sendMessage(new TextMessage(objectMapper.writeValueAsBytes(response)));
}
}
}
对于 WebSocket 请求、返回的响应，把传送的数据封装成这两个类：
MatchResponse（响应）
// 这是表示一个 WebSocket响应
@Data
public class MatchResponse {
private boolean ok;
private String reason;
private String message;
}MatchRequest （请求）
// 这是表示一个 WebSocket 请求
@Data
public class MatchRequest {
private String message;
}OnlineUserManager（用户在线状态）
之所以要维护用户的在线状态，目的是为了能够在代码中比较方便的获取到某个用户当前的WebSocket 会话，从而通过这个会话来对客户端发送消息。
同时，也能感知到用户的 在线/离线 状态~。
此处使用 哈希表 来维护 userId 和 WebSocketSession 的映射关系。
@Component
public class OnlineUserManager {
//这个hash表就是用来表示当前用户在游戏大厅的在线状态
private ConcurrentHashMap<Integer, WebSocketSession> gameHall = new ConcurrentHashMap<>();
public void enterGameHall(int userId, WebSocketSession webSocketSession) {
gameHall.put(userId, webSocketSession);
}
public void exitGameHall(int userId) {
gameHall.remove(userId);
}
public WebSocketSession getFromGameHall(int userId) {
return gameHall.get(userId);
}
}Matcher（匹配器）
通过这个匹配器，来处理玩家的匹配功能。
// 这个类表示匹配器，通过这个类来负责整个的匹配功能
@Slf4j
@Component
public class Matcher {
// 创建三个匹配队列
private Queue<User> normalQueue = new LinkedList<>();
private Queue<User> highQueue = new LinkedList<>();
private Queue<User> veryHighQueue = new LinkedList<>();
@Autowired
private OnlineUserManager onlineUserManager;
@Autowired
private RoomManager roomManager;
private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
// 操作匹配队列的方法
// 把玩家放到匹配队列中
public void add(User user) {
if(user.getScore() < 2000) {
synchronized (normalQueue) {
normalQueue.offer(user);
normalQueue.notify();
}
log.info("把玩家 " + user.getUsername() + " 加入到了 normalQueue 中");
} else if(user.getScore() >= 2000 && user.getScore() < 3000) {
synchronized (highQueue) {
highQueue.offer(user);
highQueue.notify();
}
log.info("把玩家 " + user.getUsername() + " 加入到了 highQueue 中");
} else {
synchronized (veryHighQueue) {
veryHighQueue.offer(user);
veryHighQueue.notify();
}
log.info("把玩家 " + user.getUsername() + " 加入到了 veryHighQueue 中");
}
}
// 当玩家点击停止匹配，就需要把该玩家从匹配队列删除
public void remove(User user) {
if(user.getScore() < 2000) {
synchronized (normalQueue) {
normalQueue.remove(user);
}
log.info("玩家: " + user.getUsername() + " 在 normalQueue 队列被删除");
} else if(user.getScore() >= 2000 && user.getScore() < 3000) {
synchronized (highQueue) {
highQueue.remove(user);
}
log.info("把玩家: " + user.getUsername() + " 在 highQueue 队列被删除");
} else {
synchronized (veryHighQueue) {
veryHighQueue.remove(user);
}
log.info("把玩家: " + user.getUsername() + " 在 veryHighQueue 队列被删除");
}
}
public Matcher() {
// 创建三个线程，分别针对这三个匹配队列，进行操作
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
// 扫描normalQueue
while(true) {
handlerMatch(normalQueue);
}
}
};
t1.start();
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
handlerMatch(highQueue);
}
}
};
t2.start();
Thread t3 = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
handlerMatch(veryHighQueue);
}
}
};
t3.start();
}
public void handlerMatch(Queue<User> matchQueue) {
synchronized (matchQueue) {
try {
// 1、检测队列中元素个数是否达到 2
// 队列的初始情况可能是 空
// 如果往队列中添加一个元素，这个时候，仍然是不能进行后续匹配操作的
// 因此在这里使用 while 循环检查更合理
while (matchQueue.size() < 2) {
matchQueue.wait();
}
// 2、尝试从队列中取出两个玩家
User player1 = matchQueue.poll();
User player2 = matchQueue.poll();
log.info("匹配出两个玩家: " + player1.getUsername() + ", " + player2.getUsername());
// 3、获取到玩家的 WebSocket 会话
// 获取到会话的目的是为了告诉玩家，你排到了~
WebSocketSession session1 = onlineUserManager.getFromGameHall(player1.getUserId());
WebSocketSession session2 = onlineUserManager.getFromGameHall(player2.getUserId());
// 理论上来说，匹配队列中的玩家一定是在线的状态
// 因为前面的逻辑进行了处理，当玩家断开连接的时候，就把玩家从匹配队列移除了
// 但是这里还是进行一次判定，进行双重判定会更稳妥一点
if(session1 == null) {
// 如果玩家1不在线了，就把玩家2放回匹配队列
matchQueue.offer(player2);
return;
}
if(session2 == null) {
// 如果玩家1不在线了，就把玩家2放回匹配队列
matchQueue.offer(player1);
return;
}
// 当前能否排到两个玩家是同一个用户的情况吗？一个玩家入队列两次
// 理论上也不会存在~
// 1) 如果玩家下线，就会对玩家移除匹配队列
// 2) 又禁止了玩家多开
// 但是仍然在这里多进行一次判定，以免前面的逻辑出现 bug 时，带来严重的后果
if(session1 == session2) {
// 把其中的一个玩家放回匹配队列
matchQueue.offer(player1);
return;
}
// 4、把这两个玩家放到同一个游戏房间中
Room room = new Room();
roomManager.add(room, player1.getUserId(), player2.getUserId());
// 5、给玩家反馈信息
// 通过 WebSocket 返回一个 message 为 “matchSuccess” 这样的响应
MatchResponse response1 = new MatchResponse();
response1.setOk(true);
response1.setMessage("matchSuccess");
String json1 = objectMapper.writeValueAsString(response1);
session1.sendMessage(new TextMessage(json1));
MatchResponse response2 = new MatchResponse();
response2.setOk(true);
response2.setMessage("matchSuccess");
String json2 = objectMapper.writeValueAsString(response2);
session2.sendMessage(new TextMessage(json2));
} catch (IOException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}Room（游戏房间）
// 这个类表示一个游戏房间
@Data
public class Room {
// 使用字符串类型来表示，方便生成唯一值
private String roomId;
private User user1;
private User user2;
public Room() {
// 构造 Room 的时候生成一个唯一的字符串表示房间 id
// 使用 UUID 来作为房间 id
roomId = UUID.randomUUID().toString();
}
}
RoomManager（房间管理器）
// 房间管理器类
// 这个类也希望有唯一实例
@Component
public class RoomManager {
private ConcurrentHashMap<String, Room> rooms = new ConcurrentHashMap<>();
private ConcurrentHashMap<Integer, String> userIdToRoomId = new ConcurrentHashMap<>();
public void add(Room room, int userId1, int userId2) {
rooms.put(room.getRoomId(), room);
userIdToRoomId.put(userId1, room.getRoomId());
userIdToRoomId.put(userId2, room.getRoomId());
}
public void remove(String roomId, int userId1, int userId2) {
rooms.remove(roomId);
userIdToRoomId.remove(userId1);
userIdToRoomId.remove(userId2);
}
public Room getRoomByRoomId(String roomId) {
return rooms.get(roomId);
}
public Room getRoomByUserId(int userId) {
String roomId = userIdToRoomId.get(userId);
if(roomId == null) {
// userId -> roomId 映射关系不存在，直接返回 null
return null;
}
return rooms.get(roomId);
}
}五、线程安全问题
1、HashMap 和 多开
如果多个线程访问同一个HashMap，就容易出现线程安全问题。
如果同时多个用户和服务器 建立/断开 连接，此时服务器就是并发的在针对 HashMap 进行修改。
所以要避免这种情况，解决这个线程安全问题，可以直接使用ConcurrentHashMap。
当多个浏览器，通时对一个用户进行登录，进入游戏大厅，会引发下面这种问题：
所以，我们不仅要解决线程安全问题，也要考虑用户多开的情况，那么用户能进行多开操作吗？显然是不能的，所以上面的代码逻辑也是会处理这种多开的情况，如果当前用户已经登录，禁止其他地方再登录。
2、三个队列
在匹配模块（Matcher类），为了划分玩家水平实力，使用了三个队列表示不同的实力分段；
同时，创建三个线程，当用户进行匹配时，就会不停的扫描这三个队列，看是否能匹配对局成功。
但因为匹配时，就会把玩家加入到对应段位的队列，而停止匹配，也会把玩家从对应的队列删除，又有多个线程并发的去执行，所以，存在线程安全问题。
怎么办？
针对这三个队列对象，分别进行加锁，如图：
这三个线程都是调用同一个方法。如图：
因此，我们针对这一个方法加锁就好了：
六、忙等问题
我们创建了三个线程：
会不停的去扫描这三个队列，元素个数是否达到2，如果达到2，就要吧这两个用户取出来，放在同一个房间中进行对局。
但这里要一直扫描码？显然是不用的，所以可以在这里 wait 一下。
既然 wait了，那就要有 notify，来唤醒它，继续锁竞争。那什么时候唤醒呢？当然是这个队列有新的用户加进来了，那再进行唤醒，再重新判断用户个数是否达到2.
这样，我们就能解决忙等的问题。
