项目实战——匹配系统（上）

news2024/11/29 10:47:30

ps：从这篇文章开始，整个项目最精华（困难）的部分就要来了，因此这里会把每一个步骤细分，并且说一下自己对于每个步骤的思考和理解（博主水平有限，错误在所难免，欢迎指出讨论）

目录

一、什么是匹配系统

二、WebSocket协议

三、在云端维护游戏的整个过程 

四、引入WebSocket

五、 实现从后端向前端发信息

六、 前端调试

七、加上jwt验证

八、 实现前端页面

九、解决同步问题

一、什么是匹配系统

匹配系统就是一个单独的程序就类似于MySQL
生成地图的过程在用户本地、两名玩家在本地实现地图
地图就大概率不一样、需要将生成地图过程放在服务器中
Game任务需要生成统一的地图、Game第一步先生成一个地图CreateMap
有很多逻辑都需要在服务器端完成、判断蛇输赢的逻辑
当我们撞的时候死亡、如果在客户端用户本地就可以作弊
所以说我们整个游戏的过程应该都放到服务器端、不止生成地图这个过程
同时蛇的移动、蛇的判定、都要在服务器端统一完成
服务器端判断完之后再把结果返还给前端、前端只是用来花动画的
前端不做任何判定逻辑、并不是所有的游戏判定逻辑都在云端
回合制通信量比较少、比如吃鸡各种fps游戏在本地操作非常频繁
如果都在云端的话延迟会非常高、判断是否击中对方的逻辑判断就是在本地
所以要在游戏体验在用户作弊之间做一个权衡、锁头挂之类的
炉石所有逻辑判断都在云端、很难作弊
整个我们在云端维护游戏过程它的整个流程

 

要实现匹配系统起码要有两个客户端client1，client2,当客户端打开对战页面并开始匹配时，会给后端服务器server发送一个请求，而匹配是一个异步的过程，什么时候返回结果是不可预知的，所以我们要写一个专门的匹配系统，维护一堆用户的集合，当用户发起匹配请求时，请求会先传给后端服务器，然后再传给匹配系统处理，匹配系统会不断地在用户里去筛选，将rating较为相近的的用户匹配到一组。当成功匹配后，匹配系统就会返回结果给springboot的后端服务器，继而返回给客户端即前端。然后我们就能在前端看到匹配到的对手是谁啦。

举个例子，两个客户端请求两个链接，新建两个类：

public class WebSocketServer {
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("token") String token) {
        // 建立连接
        WebSocketServer client1 = new WebSocketServer();
        WebSocketServer client2 = new WebSocketServer();
    }

    @OnClose
    public void onClose() {
        // 关闭链接
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        // 从Client接收消息
    }

    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error) {
        error.printStackTrace();
    }
}

 

二、WebSocket协议

因为匹配是异步的过程，且需要前后端双向交互，而普通的http协议是单向的，一问一答式的，属于立即返回结果的类型，不能满足我们的异步需求，因此我们需要一个新的协议websocket：不仅客户端可以主动向服务器端发送请求，服务器端也可以主动向客户端发送请求，是双向双通的，且支持异步。简单来说就是客户端向后端发送请求，经过不确定的时间，会返回一次或多次结果给客户端。
基本原理： 每一个ws连接都会在后端维护起来，客户端连接服务器的时候会创建一个WebSocketServer类。每创建一个链接就是new一个WebSocketServer类的实例，所有与链接相关的信息，都会存在这个类里面。

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三、在云端维护游戏的整个过程 

由于每次刷新都会刷新不同的地图，为了公平起见，应该把地图的生成放在服务器端，然后返回结果给前端。
为了防止作弊，游戏的一系列操作、判断逻辑都应该放在服务器端，前端只是呈现动画。
我们可以从客户端获取输入，也可以通过微服务从代码端获得输入。
简单的流程如下： Game -> Create map -> 返回给客户端 -> 客户端等待匹配waiting (sleep) -> 匹配成功则进行一系列游戏逻辑

四、引入WebSocket

在pom.xml文件中添加依赖：

spring-boot-starter-websocket
fastjson

<dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
            <version>2.7.2</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.alibaba</groupId>
            <artifactId>fastjson</artifactId>
            <version>2.0.11</version>
        </dependency>

 添加config/WebSocketConfig配置类：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.server.standard.ServerEndpointExporter;

@Configuration
public class WebSocketConfig {

    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {

        return new ServerEndpointExporter();
    }
}

 添加consumer/WebSocketServer类

package com.popgame.backend.consumer;

import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;

@Component
@ServerEndpoint("/websocket/{token}")  // 注意不要以'/'结尾
public class WebSocketServer {
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("token") String token) {
        // 建立连接
    }

    @OnClose
    public void onClose() {
        // 关闭链接
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        // 从Client接收消息
    }

    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error) {
        error.printStackTrace();
    }
}

五、 实现从后端向前端发信息

从后端向前端怎么发信息、需要自己实现一下
首先用websocket的一个api、建立链接的时候需要把session存下来
如何从后端向前端发信息呢、写一个辅助函数，异步通信需要加一个锁
异步通信需要加一个锁、我们要知道这个链接对应的是谁
才知道谁跟谁匹配到一块了，另外我们还需要存储一下所有链接
因为当我们接收到一个信息之后，比如当我们从匹配系统接收到某一局匹配成功的信息之后
我们需要将这个消息发送给匹配成功的两名玩家、我们需要能够根据用户的id找到它对
应的链接是谁，才可以利用这个链接向前端发请求，所以对于所有的websocket可见的一个全局变量
用来存储所有的链接、对于所有的实列可见定义为静态变量
由于每个实例在每个线程里面，所以公共的变量是线程安全的用线程安全的哈希表
将userid映射到我们的websocket实例

需要注意的是：WebSocketServer并不是一个标准的Springboot的组件，不是一个单例模式(每一个类同一时间只能有一个实例，这里每建一个链接都会new一个类，所以不是单例模式)，向里面注入数据库并不像在Controller里一样直接@Autowired，要改成先定义一个static变量,再@Autowired加入到setUsersMapper函数上,如下：

  private static UsersMapper usersMapper;

    @Autowired
    public void setUsersMapper(UsersMapper usersMapper) {
        WebSocketServer.usersMapper = usersMapper; //静态变量访问要用类名访问
    }

 @Autowired写在set()方法上，在spring会根据方法的参数类型从ioc容器中找到该类型的Bean对象注入到方法的行参中，并且自动反射调用该方法(被@Autowired修饰的方法一定会执行)，所以一般使用在set方法中、普通方法不用。

当我们建立链接的时候我们需要从token中读取当前的用户是谁，
有了id之后去插数据库去查id是谁，查数据库注入userMapper
静态变量相当于是所有实例的一个全局变量，
如果不加静态变量的话那就是所有的实列所有独有一份，哈希表是对所有的实例都可见
每一个实例都要访问同一个哈希表，不加static 相当于局部变量
websocketserver，并不是一个标准的spring里的组件，注入的时候跟controller是有所区别的
静态变量访问的时候需要用类名访问

consumer/WebSocketServer.java:

package com.popgame.backend.consumer;

import com.popgame.backend.mapper.UsersMapper;
import com.popgame.backend.pojo.Users;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

@Component
@ServerEndpoint("/websocket/{token}")  // 注意不要以'/'结尾
public class WebSocketServer {

    //与线程安全有关的哈希表，将userID映射到相应用户的WebSocketServer
    private static ConcurrentHashMap<Integer, WebSocketServer> users = new ConcurrentHashMap<>();

    //当前链接请求的用户
    private Users user;

    //后端向前端发信息,每个链接用session维护
    private Session session = null;

    private static UsersMapper usersMapper;

    @Autowired
    public void setUsersMapper(UsersMapper usersMapper) {
        WebSocketServer.usersMapper = usersMapper; //静态变量访问要用类名访问
    }

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("token") String token) {
        // 建立连接
        System.out.println("connected!");
        this.session = session;
        //为了方便调试，初阶段只把token当成userId看
        Integer userId = Integer.parseInt(token);
        this.user = usersMapper.selectById(userId);
        users.put(userId, this);
    }

    @OnClose
    public void onClose() {
        // 关闭链接
        System.out.println("disconnected!");
        //断开连接的话要将user移除
        if (this.user != null) {
            users.remove((this.user.getId()));
        }
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        // 从Client接收消息
        System.out.println("receive message!");
    }

    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error) {
        error.printStackTrace();
    }

    //后端向前端发信息
    private void sendMessage(String message) {
        //异步通信要加上锁
        synchronized (this.session) {
            try {
                this.session.getBasicRemote().sendText(message);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

放行websocket连接

配置config/SecurityConfig

@Override
public void configure(WebSecurity web) throws Exception {
    web.ignoring().antMatchers("/websocket/**");
}

 

六、 前端调试

配置config.SecurityConfig、然后去前端写一写调试一下整个过程
放行这一类所有链接、创建一个从后端到前端建立一个链接
需要当我们的组件加载出来的时候建立一个链接
把周期函数取出来、另外我们可以将socket存到另外一个变量里面
当当前组件被挂载的时候，我们需要创建一个链接

onMounted: 当组件被挂载的时候执行的函数
onUnmonted: 当组件被卸载的时候执行的函数
初步调试阶段，我们是将token传进user.id的

store/pk.js:

将pk引入store中

store/index.js


import ModuleUser from './user'

export default {
    state: {
        socket: null, //ws链接
        opponent_username: "",
        opponent_photo: "",
        status: "matching", //matching表示匹配界面，playing表示对战界面
    },
    getters: {

    },
    mutations: {
        updateSocket(state,socket) {
            state.socket = socket;
        },
        updateOpponent(state,opponent) {
            state.opponent_username = opponent.username;
            state.opponent_photo = opponent.photo;
        },
        updateStatus(state,status) {
            state.status = status;
        }

    },
    actions: {


    },
    modules: {
        user: ModuleUser,
    }
}

将pk引入store中

store/index.js

import { createStore } from 'vuex'
import ModuleUser from './user'
import ModulePk from './pk'

export default createStore({
  state: {
  },
  getters: {
  },
  mutations: {
  },
  actions: {
  },
  modules: {
    user: ModuleUser,
    pk: ModulePk,
  }
})

 前端与后端建立连接
views/pk/PKIndex.vue

<template>

<PlayGround/>


</template>

<script>
//import ContentBase from "@/components/ContentBase.vue"
import PlayGround from "@/components/PlayGround.vue"
import { onMounted, onUnmounted } from "vue";
import { useStore } from "vuex"


export default {
    name: "PKindex",
    components: {
       // ContentBase,
        PlayGround,
    },
    setup() {
        const store = useStore();
        //字符串中有${}表达式操作的话要用``，不能用引号
        const socketUrl = `ws://127.0.0.1:3000/websocket/${store.state.user.id}/`;

        let socket = null;
        onMounted(() => { //当当前页面打开时调用
            socket = new WebSocket(socketUrl); //js自带的WebSocket()
            socket.onopen = () => { //连接成功时调用的函数
                console.log("connected!");
                store.commit("updateSocket",socket);
            }

            socket.onmessage = msg => { //前端接收到信息时调用的函数
                const data = JSON.parse(msg.data); //不同的框架数据定义的格式不一样
                console.log(data);
            }

            socket.onclose = () => { //关闭时调用的函数
                console.log("disconnected!");
            }
        });

        onUnmounted(() => { //当当前页面关闭时调用
            socket.close(); //卸载的时候断开连接
        });
    }
}


</script>


<style scoped>
</style>

 

七、加上jwt验证

我们现在建立链接的时候、直接把用户id传过来就可以建立链接了
这样就可以实现一个身份的验证、如果可以正常解析出来的话就表示登录成功

const socketUrl = `ws://127.0.0.1:3000/websocket/${store.state.user.token}/`;

添加ws的jwt验证，根据token判断用户是否存在

consumer/utils/JwtAuthenciation.java

package com.popgame.backend.consumer.utils;

import com.popgame.backend.utils.JwtUtil;
import io.jsonwebtoken.Claims;

public class JwtAuthentication {
    public static Integer getUserId(String token) {
        int userId = -1; //-1表示不存在
        try {
            Claims claims = JwtUtil.parseJWT(token);
            userId = Integer.parseInt(claims.getSubject());
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        return userId;
    }
}

 修改后端
consumer/WebSocketServer.java

如果可以正常解析出jwt token的话表示登录成功，否则登录不成功，直接close
...

 @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("token") String token) throws IOException {
        // 建立连接
        System.out.println("connected!");
        this.session = session;
        Integer userId = JwtAuthentication.getUserId(token);
        this.user = usersMapper.selectById(userId);
        if (this.user != null) {
            users.put(userId, this);
        } else {
            this.session.close();
        }
    }

...

八、 实现前端页面

当前只有对战界面木有匹配界面、所以我们还需要实现一个匹配界面
实现切换、类似于roter，实现匹配界面

views/pk/PKindex.vue

<template>

    <PlayGround v-if="$store.state.pk.status === 'playing'" />
    <MatchGround v-if="$store.state.pk.status === 'matching'" />
</template>

 用grid系统布局自己头像:对手头像= 6 : 6
逻辑很简单，只要点击匹配按钮，就向后端发送请求开始匹配。
components/MatchGround.vue

<template>
    <div class="matchGround">
        <div class="row">
            <div class="col-6">
                <div class="user-photo">
                    <img :src="$store.state.user.photo" alt="">
                </div>
                <div class="user-username">
                    {{ $store.state.user.username }}
                </div>
            </div>

            <div class="col-6">

                <div class="user-photo">
                    <img :src="$store.state.pk.opponent_photo" alt="">
                </div>
                <div class="user-username">
                    {{ $store.state.pk.opponent_username }}
                </div>
            </div>
            <div class="col-12" style="padding-top: 15vh;">
                <button @click="click_match_btn" type="button" class="btn match-btn">{{ match_btn_info }}</button>
            </div>
        </div>
    </div>
</template>

 前端向后端发送请求：store.state.pk.socket.send(字符串);
以开始匹配为例：

store.state.pk.socket.send(JSON.stringify({
                    event: "start matching",
                }));

 后端可以在onMessage那里接收到前端的请求，并且解析传送过来的数据
consumer/WebSocketServer.java

 @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        // 从Client接收消息
        System.out.println("receive message!");
        JSONObject data = JSONObject.parseObject(message);
        String event = data.getAsString("event");
        if ("start matching".equals(event)) {
            startMatching();
        } else if ("stop matching".equals(event)) {
            stopMatching();
        }
    }

 用线程安全的set定义匹配池：final private static CopyOnWriteArraySet<Users> matchPoll = new CopyOnWriteArraySet<>();
开始匹配时，将用户放进拼配池里，取消匹配时将用户移除匹配池
匹配过程在目前调试阶段可以简单地两两匹配

 private void startMatching() {
 System.out.println("start mathcing!");
        matchPoll.add(this.user);
        while (matchPoll.size() >= 2) {
            Iterator<Users> it = matchPoll.iterator(); //枚举
            Users a = it.next(), b = it.next();
            matchPoll.remove(a);
            matchPoll.remove(b);

            JSONObject respA = new JSONObject();
            respA.put("event", "start-matching");
            respA.put("opponent_username", b.getUsername());
            respA.put("opponent_photo", b.getPhoto());
            //用users获取a的链接
            users.get(a.getId()).sendMessage(respA.toJSONString()); //用这个链接将信息传回给前端

            JSONObject respB = new JSONObject();
            respB.put("event", "start-matching");
            respB.put("opponent_username", a.getUsername());
            respB.put("opponent_photo", a.getPhoto());
            //用users获取b的链接
            users.get(b.getId()).sendMessage(respB.toJSONString()); //用这个链接将信息传回给前端
        }

    }

    private void stopMatching() {
        System.out.println("stop matching!");
        matchPoll.remove(this.user);

    }

 后端返回信息给前端后，在前端接受并处理信息
views/PKindex.vue

...
socket.onmessage = msg => { //前端接收到信息时调用的函数
                const data = JSON.parse(msg.data); //不同的框架数据定义的格式不一样
                if (data.event === "start-matching") { //这个这个start-matching是respA或respB返回的
                    //匹配成功,更新对手信息
                    store.commit("updateOpponent",{
                        username: data.opponent_username,
                        photo: data.opponent_photo,
                    });
                }
            }
...

 这样，我们就能初步实现匹配系统了。
匹配成功2s后跳到pk页面,只需要updateStatus即可
注意的是卸载组件的时候要记得把状态改为matching
views/PK/PKindex.vue

...

socket.onmessage = msg => { //前端接收到信息时调用的函数
               ....
                if (data.event === "start-matching") {
                    ...
                    setTimeout(() => {
                        store.commit("updateStatus", "playing");
                    },2000); //延时函数，单位是毫秒
                }
            }

socket.onclose = () => { //关闭时调用的函数
                console.log("disconnected!");
                store.commit("updateStatus", "matching");
            }

...
            ...

九、解决同步问题

前文也提到过，生成地图，游戏逻辑等与游戏相关的操作都应该放在服务端，不然的话客户每次刷新得到的地图都不一样，游戏的公平性也不能得到保证。因此，我们要将之前在前端写的游戏逻辑全部转移到后端（云端），前端只负责动画的演示即可。

后端实现
首先要在后端创建一个Game类实现游戏流程，其实就是把之前在前端写的js全部翻译成Java就好了
consumer/utils/Game.java
直接按照之前的gamemap.js搬过去就好了,代码太长这里就不贴了
然后我们在WebSocketServer.java里面调用一下
现阶段直接在局部调用作为调试

 private void startMatching() {
       ...
        while (matchPoll.size() >= 2) {

           ...
            respA.put("game_map", game.getMark());
           ...
            respB.put("game_map", game.getMark());

        }

    }

 修改前端
首先在store/pk.js里添加game_map变量存下地图

state: {
        ...
        game_map: null,
    },

添加更新函数

mutations: {
       ...
        updateGameMap(state, game_map) {
            state.game_map = game_map;
        },

    },

 其次，修改scripts/GameMap.js，即我们之前在前端生成地图的地方，把生成地图一系列步骤可以删掉了

最后再在views/PK/PKindex.vue里接受后端传来的数据并更新地图就好了。

 socket.onmessage = msg => { //前端接收到信息时调用的函数
                const data = JSON.parse(msg.data); //不同的框架数据定义的格式不一样
                ...
                    setTimeout(() => {
                        store.commit("updateStatus", "playing");
                    },2000);
                    store.commit("updateGameMap",data.game_map);
                }
            }

由于这节课难度确实有所提升，整篇文章可能无法做到向之前的条理清晰，请大家多多海涵，因为要实现的东西实在太多了，详情请见git 

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