[WebSocket]使用WebSocket实现实时多人答题对战游戏

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前言

前两章教程,我们使用WebSocket的基础特性打造了一个小小聊天室,并在第二章对其进行了集群化改造。

系列教程回顾:

[WebSocket]第一章:手把手搭建WebSocket多人在线聊天室(SpringBoot+WebSocket)

[WebSocket]第二章:WebSocket集群分布式改造——实现多人在线聊天室

在本文中,我将介绍如何使用WebSocket向实时多人答题对战游戏提供服务端,并详细介绍通接口的设计。

这是我在最近作业竞赛中设计的小项目,和小伙伴们一起设计了整个游戏流程和后端代码,前端页面暂时就不放开给大家了,大家可以参考前两章教程自己动手写一下前端页面。

本文内容摘要:

  • 在线游戏常用的通讯方案
  • 如何使用WebSocket实现游戏对战实时通信
  • 游戏步骤的画面演示和对应的WebSocket接口设计

本文源码:(妈妈再也不用担心我无法复现文章代码啦)

github.com/qqxx6661/we…

正文

WebSocket实现在线多人游戏——对战答题

在线游戏常用的通讯方案

参考:

blog.csdn.net/honey199396…

HTTP

优点:协议较成熟,应用广泛、基于TCP/IP,拥有TCP优点、研发成本很低,开发快速、开源软件较多,nginx,apache,tomact等

缺点:无状态无连接、只有PULL模式,不支持PUSH、数据报文较大

特性:基于TCP/IP应用层协议、无状态,无连接、支持C/S模式、适用于文本传输

TCP

优点:可靠性 、全双工协议、开源支持多、应用较广泛、面向连接、研发成本低、报文内容不限制(IP层自动分包,重传,不大于1452bytes)

缺点:操作系统:较耗内存,支持连接数有限、设计:协议较复杂,自定义应用层协议、网络:网络差情况下延迟较高、传输:效率低于UDP协议

特性:面向连接、可靠性、全双工协议、基于IP层、OSI参考模型位于传输层、适用于二进制传输

WebScoket

优点:协议较成熟、基于TCP/IP,拥有TCP优点、数据报文较小,包头非常小、面向连接,有状态协议、开源较多,开发较快

缺点:

特性:有状态,面向连接、数据报头较小、适用于WEB3.0,以及其他即时联网通讯

UDP

优点:操作系统:并发高,内存消耗较低、传输:效率高,网络延迟低、传输模型简单,研发成本低

缺点:协议不可靠、单向协议、开源支持少、报文内容有限,不能大于1464bytes、设计:协议设计较复杂、网络:网络差,而且丢数据报文

特性:无连接,不可靠,基于IP协议层,OSI参考模型位于传输层,最大努力交付,适用于二进制传输

总结

  • 对于弱联网类游戏,必须消除类的,卡牌类的,可以直接HTTP协议,考虑安全的话直接HTTPS,或者对内容体做对称加密;
  • 对于实时性,交互性要求较高,可以优先选择Websocket,其次TCP协议;
  • 对于实时性要求极高,且可达性要求一般可以选择UDP协议;
  • 局域网对战类,赛车类,直接来UDP协议吧;

WebSocket实现双人在线游戏实时通信

我们采用websocket作为我们的通信方案,主要是因为我们希望对战双方能够实时显示对方的得分。

本小节详细介绍了我们在线问答对战游戏中,具体的websocket通讯方式定义。

本问答游戏规则如下:

  • 用户打开h5页面后,输入自己的昵称,发送给服务端,服务端将用户昵称保存到hashmap,并记录用户状态(空闲,游戏中),接着用户进入大厅。
  • 大厅中用户可以互相选择,一旦某用户选择了另一位用户,将触发开始游戏,双方进入答题模式。
  • 答题的两位用户各回答10题,每题答对为10分,共100分,左上角页面显示自己的分数,右上角显示对方分数,实时通过websocket接收对方分数。
  • 10题结束,双方等待对方总分,最后判断输赢,显示结果界面。

所以我们需要设计三个WebSocket协议:

  • 用户创建昵称,进入玩家大厅
  • 用户选择对手,双方进入游戏
  • 对战过程实时显示双方分数

接下来详细介绍这三种WebSocket接口

用户创建昵称,进入玩家大厅

打开界面,进入游戏:

我们使用了HashMap存储用户状态,

private Map<String, StatusEnum> userToStatus = new HashMap<>();

用户状态分为空闲和游戏中:

public enum StatusEnum {
    IDLE,
    IN_GAME
}

WebSocket接口设计如下:

WebSocket接口代码如下:

@MessageMapping("/game.add_user")
    @SendTo("/topic/game")
    public MessageReply addUser(@Payload ChatMessage chatMessage, SimpMessageHeaderAccessor headerAccessor) throws JsonProcessingException {
        MessageReply message = new MessageReply();
        String sender = chatMessage.getSender();
        ChatMessage result = new ChatMessage();
        result.setType(MessageTypeEnum.ADD_USER);
        result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
        if (userToStatus.containsKey(sender)) {
            message.setCode(201);
            message.setStatus("该用户名已存在");
            message.setChatMessage(result);
            log.warn("addUser[" + sender + "]: " + message.toString());
        } else {
            result.setContent(mapper.writeValueAsString(userToStatus.keySet().stream().filter(k -> userToStatus.get(k).equals(StatusEnum.IDLE)).toArray()));
            message.setCode(200);
            message.setStatus("成功");
            message.setChatMessage(result);
            userToStatus.put(sender, StatusEnum.IDLE);
            headerAccessor.getSessionAttributes().put("username",sender);
            log.warn("addUser[" + sender + "]: " + message.toString());
        }
        return message;
    }

用户选择对手,双方进入游戏

在大厅中选择玩家,随后会进入对战:

我们使用了HashMap存储了正在对战的用户,给双方配对。

private Map<String, String> userToPlay = new HashMap<>();

WebSocket接口设计如下:

WebSocket接口代码如下:

@MessageMapping("/game.choose_user")
    @SendTo("/topic/game")
    public MessageReply chooseUser(@Payload ChatMessage chatMessage) throws JsonProcessingException {
        MessageReply message = new MessageReply();
        String receiver = chatMessage.getContent();
        String sender = chatMessage.getSender();
        ChatMessage result = new ChatMessage();
        result.setType(MessageTypeEnum.CHOOSE_USER);
        if (userToStatus.containsKey(receiver) && userToStatus.get(receiver).equals(StatusEnum.IDLE)) {
            List<QuestionRelayDTO> list=new ArrayList<>();
            questionService.getQuestions(limit).forEach(item->{
                QuestionRelayDTO relayDTO=new QuestionRelayDTO();
                relayDTO.setTopic_id(item.getId());
                relayDTO.setTopic_name(item.getQuestion());
                List<Answer> answers=new ArrayList<>();
                answers.add(new Answer(1,item.getId(),item.getOptionA(),item.getResult()==1?1:0));
                answers.add(new Answer(2,item.getId(),item.getOptionB(),item.getResult()==2?1:0));
                answers.add(new Answer(3,item.getId(),item.getOptionC(),item.getResult()==3?1:0));
                answers.add(new Answer(4,item.getId(),item.getOptionD(),item.getResult()==4?1:0));
                relayDTO.setTopic_answer(answers);
                list.add(relayDTO);
            });
            result.setContent(mapper.writeValueAsString(list));
            result.setReceiver(Arrays.asList(sender, receiver));
            message.setCode(200);
            message.setStatus("匹配成功");
            message.setChatMessage(result);
            userToStatus.put(receiver, StatusEnum.IN_GAME);
            userToStatus.put(sender, StatusEnum.IN_GAME);
            userToPlay.put(receiver,sender);
            userToPlay.put(sender,receiver);
            log.warn("chooseUser[" + sender + "," + receiver + "]: " + message.toString());
        } else {
            result.setContent(mapper.writeValueAsString(userToStatus.keySet().stream().filter(k -> userToStatus.get(k).equals(StatusEnum.IDLE)).toArray()));
            result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
            message.setCode(202);
            message.setStatus("该用户不存在或已在游戏中");
            message.setChatMessage(result);
            log.warn("chooseUser[" + sender + "]: " + message.toString());
        }
        return message;
    }

对战过程实时显示双方分数

对战过程中的演示图:左边显示我方分数,右边显示对方分数

WebSocket接口设计如下:

WebSocket接口代码如下:

@MessageMapping("/game.do_exam")
    @SendTo("/topic/game")
    public MessageReply doExam(@Payload ChatMessage chatMessage) throws JsonProcessingException {
        MessageReply message = new MessageReply();
        String sender = chatMessage.getSender();
        String receiver = userToPlay.get(sender);
        ChatMessage result = new ChatMessage();
        result.setType(MessageTypeEnum.DO_EXAM);
        log.warn("userToStatus:" + mapper.writeValueAsString(userToStatus));
        if (userToStatus.containsKey(receiver) && userToStatus.get(receiver).equals(StatusEnum.IN_GAME)) {
            result.setContent(chatMessage.getContent());
            result.setSender(sender);
            result.setReceiver(Collections.singletonList(receiver));
            message.setCode(200);
            message.setStatus("成功");
            message.setChatMessage(result);
            log.warn("doExam[" + receiver + "]: " + message.toString());
        }else{
            result.setReceiver(Collections.singletonList(sender));
            message.setCode(203);
            message.setStatus("该用户不存在或已退出游戏");
            message.setChatMessage(result);
            log.warn("doExam[" + sender + "]: " + message.toString());
        }
        return message;
    }

进一步

这个只是个两天赶出来的Demo,当然里成品还有非常大的差距。这里有几个需要继续解决的事情:

  • 实现自动匹配/排行榜
  • WebSocket通讯优化:在某些地方使用点对点通讯,而非全部使用广播通讯。

我们可以使用convertAndSendToUser()方法,按照名字就可以判断出来,convertAndSendToUser()方法能够让我们给特定用户发送消息。

spring webscoket能识别带”/user”的订阅路径并做出处理,例如,如果浏览器客户端,订阅了’/user/topic/greetings’这条路径,

stompClient.subscribe('/user/topic/greetings', function(data) {
    //...
});

就会被spring websocket利用UserDestinationMessageHandler进行转化成”/topic/greetings-usererbgz2rq”,”usererbgz2rq”中,user是关键字,erbgz2rq是sessionid,这样子就把用户和订阅路径唯一的匹配起来了

参考文献

点对点通讯:

blog.csdn.net/yingxiake/a…

总结

我们在本文中实现了在线多人对战游戏的服务端WebSocket接口设计,进一步巩固了对WebSocket的基础和应用范围的理解。

本文工程源代码:

github.com/qqxx6661/we…

关注我

我目前是一名后端开发工程师。主要关注后端开发,数据安全,爬虫,边缘计算等方向。

微信:yangzd1102(请注明来意)

Github:@qqxx6661

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