Разработка сервера для многопользовательской игры с помощью nodejs и magx

Многие разработчики начинают разработку многопользовательского онлайн сервера на основе библиотеки socket.io. Эта библиотека позволяет очень просто реализовать обмен данными между клиетом и сервером в реальном времени, но продумать и реализовать всю логику и интерфейс взаимодействия сервера с клиентами, а также архитектуру масштабирования и оптимизацию трафика все равно придется.

Я хочу рассказать про библиотеку magx, используя которую можно не задумываться о сетевой составляющей (коммуникации сервера и клиентов), a сразу сконцентрироваться на разработке логики игры и клиентского UI.

При разработке архитектуры многопользовательсой игры обычно рассматриваются 2 подхода: с авторитарным сервером и не-авторитарным (авторитарным клиентом). Оба эти подхода поддерживаются библиотекой magx. Начнем с более простого подхода — не-авторитарного.

Не-авторитарный сервер

Суть его в том, что сервер не контролирует результаты ввода каждого игрока. Клиенты самостоятельно отслеживают введенные игроком действия и игровую логику локально, после чего высылают результат определенного действия на сервер. После этого сервер синхронизирует все совершенные действия с игровым состоянием других клиентов.

Это легче реализовать с точки зрения архитектуры, так как сервер отвечает только лишь за коммуникацию между клиентами, не делая никаких дополнительных вычислений, которые делают клиенты.

С помощью библиотеки magx такой сервер можно реализовать всего в несколько строк кода:

import * as http from "http"
import { Server, RelayRoom } from "magx"

const server = http.createServer()
const magx = new Server(server)

magx.define("relay", RelayRoom)

// start server
const port = process.env.PORT || 3001
server.listen(port, () => {
  console.info(`Server started on http://localhost:${port}`)
})

Теперь, чтобы подключить клиентов к этому серверу и начать их взаимодействие, достаточно установить js библиотеку:

npm install --save magx-client

и подключить ее к проекту:

import { Client } from "magx-client"

Также можно воспользовать прямой ссылкой для использования в HTML:

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/magx-client@0.7.1/dist/magx.js"></script>

После подключиеня, всего несколько строк позволят настроить соединение и взаимодействие с сервером:

// authenticate to server
await client.authenticate()

// create or join room
const rooms = await client.getRooms("relay")
room = rooms.length 
  ? await client.joinRoom(rooms[0].id)
  : await client.createRoom("relay")

console.log("you joined room", name)

// handle state patches
room.onPatch((patch) => updateState(patch))

// handle state snapshot
room.onSnapshot((snapshot) => setState(snapshot))

// handle joined players
room.onMessage("player_join", (id) => console.log("player join", id))

// handle left players
room.onMessage("player_leave", (id) => console.log("player leave", id))

Детальный пример как построить взаимодействие между клиентами и не-авторитарным сервером описано в соответствующем примере в проекте magx-examples.

Авторитарный сервер

В авторитарном сервере обработка и выполнение всех действий, затрагивающих игровой процесс, применение правил игры и обработки ввода от игроков-клиентов осуществляется на стороне сервера.

Клиент не может самостоятельно вносить какие-либо изменения в состояние игры. Вместо этого, он отправляет серверу, что конкретно он хочет сделать, сервер обрабатывает этот запрос, вносит изменения в состояние игры и отправляет обновленное состояние клиентам.

При таком подходе логика на клиенте сводится к минимуму, клиент начинает отвечать только за отрисовку состояния игры и обработку действий игрока. Преимущество такого подхода в том, что он значительно усложняет клиентам возможность использования нечестных приёмов (cheating).

Разработка авторитарного сервера требует описания состояния игры и правил взаимодействия игрока с этим состоянием на стороне сервера. В архитектуре сервере magx предполагается, что вся логика реализуется комнате (worker). Каждая комната фактически является отдельным сервером, к которому подключаются клиенты.

Данные/состояние каждой комнаты изолировано и синхронизируется только с клиентам комнаты. Одним из важнейших элементов авторитарного сервера — это система управления состоянием. Mosx — рекомендованная система управления состоянием, но архитектуре magx нет зависимости на какую-либо систему, поэтому выбор всегда остается за вами.

Описание игрового состояния

Так как вся логика игры должна строиться на основе состояния, то первым делом необходимо его описать. С помощью mosx это сделать достаточно просто — необходимо создать классы для каждого типа объектов состояния и обернуть его декоратором @mx.Object, а перед каждым свойством, по которому необходимо отслеживать изменение состояния для синхронизации с клиентами необходимо поставить декоратор @mx. Давайте рассмотрим пример состояния с коллекцией игроков:

@mx.Object
export class Player {
  @mx public x = Math.floor(Math.random() * 400)
  @mx public y = Math.floor(Math.random() * 400)
}

@mx.Object
export class State {
  @mx public players = new Map<string, Player>()

  public createPlayer(id: string) {
    this.players.set(id, new Player())
  }

  public removePlayer(id: string) {
    this.players.delete(id)
  }

  public movePlayer(id: string, movement: any) {
    const player = this.players.get(id)
    if (!player) { return }
    player.x += movement.x ? movement.x * 10 : 0
    player.y += movement.y ? movement.y * 10 : 0
  }
}

Единственное ограничение, которое необходимо учесть при проектировании состояния — необходимость использования Map() вместо вложенных объектов. Массивы (Array) и все примитивные типы (number, string, boolean) могут быть использованы без ограничений.

Описание игровой комнаты

После описания состояния и логики его изменения необходимо описать логику взаимодействия с клиентами. Для этого необходимо создать класс комнаты и описать необходимые обработчики событий:

export class MosxStateRoom extends Room<State> {

  public createState(): any {
    // create state
    return new State()
  }

  public createPatchTracker(state: State) {
    // create state change tracker
    return Mosx.createTracker(state)
  }

  public onCreate(params: any) {
    console.log("MosxStateRoom created!", params)
  }

  public onMessage(client: Client, type: string, data: any) {
    if (type === "move") {
      console.log(`MosxStateRoom received message from ${client.id}`, data)
      this.state.movePlayer(client.id, data)
    }
  }

  public onJoin(client: Client, params: any) {
    console.log(`Player ${client.id} joined MosxStateRoom`, params)
    client.send("hello", "world")
    this.state.createPlayer(client.id)
  }

  public onLeave(client: Client) {
    this.state.removePlayer(client.id)
  }

  public onClose() {
    console.log("MosxStateRoom closed!")
  }
}

Регистрация комнаты на сервере

Последний шаг — зарегистрировать комнату и сервер готов.

const magx = new Server(server, params)

magx.define("mosx-state", MosxStateRoom)

Полный исходный код рассмотренного примера доступен в репозитарии magx-examples.

Почему стоит обратить внимание на этот проект?

В заключение хотел бы упомянуть о преимуществах используемых библиотек:

Mosx

1. Простой и удобный способ описания состояния через декораторы @mx
2. Возможность применять декоратор @mx к вычисляемым свойствам.
3. Возможность создавать приватные объекты @mx.Object.private и приватные свойства @mx.private, с различным уровнем доступа для разных игроков.
4. Динамически изменять доступ игроков к приватным объектам.
5. Встроенный механизм объединения объектов в группы для удобного управления правами доступа к приватным данным
6. Возможность делать копию состояния для каждого игрока
7. Полная поддержка Typescript
8. Минимум зависимостей (на библиотеки MobX и patchpack — для сжатия пакетов)

Magx

1. Простой и понятный API.
2. Широкие возможности по кастомизации компонент сервера:
   
   • Механизм коммуникации клиента с сервером (по умолчанию используется webockets)
   • База данных для хранения данных комнат и сессий пользователей (по умолчанию используется локальное хранилище)
   • Механизм коммуникации серверов при масштабировании (из коробки реализован механизм коммуникации в кластере)
   • Способ авторизации и верификации пользователей (по умолчанию используются локальный сессии)
3. Возможность работать в кластере из коробки
4. Встроенные комнаты: лобби и relay (для не авторитарного сервера)
5. JS Библиотека Magx-client для работы с сервером
6. Мониторинговая консоль magx-monitor для управления комнатами сервера, их клиентами и просмотр состояния
7. Полная поддержка Typescript
8. Минимум зависимостей (на библиотеку notepack.io — для уменьшения сетевого трафика)

Данный проект достаточно молодой и надеюсь внимание комьюнити поможет ему развиваться на много быстрее.