[MC源码解读][1.8] 刷石机故障及刷石机效率讨论

本来昨天想看区块加载/卸载和怪物despawn部分的源码的，但是眼贱看到了庄主接受挑战的视频，虽然说挑战发起者不是我，不过这个设计思路跟我之前发的帖子基本一样，而且原帖我正好路过庄主贴吧的时候看到并且插了几句嘴，于是对刷石机这个问题瞬间又提起了兴趣，于是一天都在查这方面的源码。

刷石机设计

刷石的基本原理是利用岩浆和水的相互作用：

当岩浆流向下方的水时，水变为石头
![[图]岩浆遇水下落变成石头][]
当岩浆源其他方向是水时，岩浆变为黑曜石
![[图]岩浆源遇水变黑曜石][]
当非源岩浆（级数<=4）其他方向是水时，岩浆变为圆石
![[图]非源岩浆与水相互作用][]
岩浆源的级数是0，在主世界每走一格级数+2，末地和下界每走一格级数+1，下落的岩浆级数=原级数+8。

由于挖掘圆石的速度比挖掘石头要慢，而且石头是选择挖成石头还是圆石的，所以高速刷石机一般采用岩浆在上水在下的方式。又因为站着不动挖掘最多能挖5格，所以一般都是5个刷石单元并排作为一组形成一个刷石机。
![[图]5联刷石机][]

为了达到高速刷石的效果，刷出的石头应该尽快“让位”，即把刷石位空出来，于是需要设计活塞电路，将新刷出的石头推出。各种设计不同的高速刷石机主要区别就在这里。

D大设计：
![[图]D大刷石机][]
我的设计：
![[图]ET刷石机][]
庄主视频中的设计：
![[图]庄主刷石机][]

刷石机故障分析

现在是时候说一下刷石机的“隐患”了。

D大刷石机

首先来看D大的刷石机设计，有一个显而易见的问题：当刷出的石头没有及时处理，以致不能再被B组活塞推出时，刷石点下方的格子会被石头堵住，下次开始刷石时就会推掉岩浆：
![[图]D大刷石机崩溃][]
D大为此做了一个快捷关闭机器的压力板，一定程度缓解了这个问题，但用户体验仍不够好，每次开关机器前后要先把石头挖一下。

ET刷石机

我在设计刷石机时令A组活塞平时处于推出状态，这样一来B组活塞推不动的石头会直接被A组活塞推上去阻塞刷石位，阻止新石头的刷出，从而不会出现D大刷石机的问题。但这样一来却引发了新的问题。

我们来看一下岩浆把水变成石头的过程。
理想情况，因为水的流速比岩浆快，一般情况下应该是水先流进刷石位，然后岩浆流下把水变成石头。
但有时候会事与愿违，岩浆可能会先流下，这时候，下流的岩浆由于级数>8，不会变成圆石，另一方面，水是不能流向岩浆的，这格岩浆会一直存在。
但是岩浆可以流向水并把水替换掉，于是之后岩浆会流进水的格子，如果旁边还有别的水，岩浆就会变成圆石。
![[图]圆石故障][]

在D大的设计中，由于A组活塞平时是关闭的，会留出一个空位让岩浆往下流而不会影响水源，而在下一个周期中C组活塞就会把刷石位的岩浆清空，让机器恢复正常运行。
![[图]D大刷石机故障处理][]

但是我的刷石机就不能幸免了，轻则无法刷石
![[图]ET刷石机故障后果1][]
重则毁掉整个机器（这还不算最严重的……）
![[图]ET刷石机故障后果2][]

我的这个刷石机虽然跟D大的很类似，但是实际上是我自己想出来的，出了这样的问题非常令人不爽（然后才看到了D大的帖子并且学D大加了C组活塞）。想了各种办法解决，但一直无功而返。

那么这个问题究竟是如何产生的？又有没有什么解决的方式呢？

要彻底搞清楚这个问题，我们必须了解一件事：MC中液体流动是怎么计算的？是固定若干时间流动一次？还是周围有空格后多少秒流动一格？

看了液体流动有关的代码后得知，当液体接受到方块更新后，会加入一个优先队列，根据液体的流速，在若干游戏刻后进行一次流动（比如水的流速是5，那就是在5刻后流动），同时，如果这块液体已经在队列中排队准备流动了，那么不会再次排队。

既然液体流动的时间和收到的方块更新有关，这样一来，就有了一个新的问题，在我们的刷石机中，液体（即水和岩浆）什么时候会收到方块更新？

为了简化问题，我们在主世界以刷出单个石头的刷石单元为例，并暂时去掉与刷石无关的C组活塞；
![[图]ET刷石机主要部分][]

可以看到，由于玻璃是不会发出方块更新的，那唯一影响水和岩浆的就只有活塞了，具体来说，那活塞什么时候会发出方块更新？

我看完了活塞的代码（看吐了），并做了一些实验。
发现活塞接受到红石信号改变并完全伸出/收回活塞臂共需要3个游戏刻（1.5 ticks），用0,1,2标号这三个游戏刻，那么和活塞运动有关的位置发出方块更新的时刻如下图：
![[图]活塞更新规律][]

对照上图，可以得到岩浆和水收到更新的时刻表格：

时间(游戏刻)	0	1	2	3	4	5	6
水	是	是	否	是	是	是	是
岩浆	是	否	否	否	否	是	否

（注：5刻时水和岩浆受到的更新来自于水流进刷石位）

而由于只能进队一次，那么假设在上个周期的最后5个游戏刻水和岩浆都没有收到过更新，那进队情况如下：

时间(游戏刻)	0	1	2	3	4	5	6
水	是	否	否	否	否	是	否
岩浆	是	否	否	否	否	否	否

这样一来在每个周期的第5游戏刻水流会流下，1-4刻便是岩浆流下的“危险期”。由于在主世界岩浆的流速是30游戏刻，那么如果机器的周期是30游戏刻的整数倍，那么岩浆始终会在30的整数倍时刻收到更新，并在刷石位有空位的时候流下；否则，在一个周期中岩浆流下的时刻不固定，很容易在“危险期”先于水流流下来。
（严格说应该是周期的游戏刻数和30的最大公约数>5就可以避开“危险期”）

那么是否只要周期设置的安全就可以完全避免这个问题呢？很不幸，这个答案是否定的。

我为此纠结了很久。后来发现，游戏中会随机对某些方块进行random tick，随机选择方块来做某些操作，这种机制主要用来控制作物生长（D大介绍过），但是如果选的方块是排过队的液体方块，那么就会对这块液体进行一次流动！（不会从队列中删除，即原来设定的流动时间还会再流动一次）

这样一来，在队列中的液体随时都有流动的可能；对于我的刷石机来说，在危险期内，岩浆随时都可能流下。（关于第0游戏刻是否危险：MC运行的顺序是处理液体正常流动、处理random tick、处理活塞。在0刻时，先岩浆流下把水变成石头，然后random tick什么都做不成，然后活塞把石头拉出，所以0刻不会发生故障。）

如果使用C组活塞，能否解决问题？

好消息是，基本可以满足要求。

简单来说，活塞在第x游戏刻接受到n ticks的信号，活塞臂可以在第x+1~x+2*n游戏刻之间阻挡液体流动。那么我们在0刻给C组活塞2 ticks的信号，即可以把危险期完全覆盖！当然其他2组活塞的时序也要对应改一下，改动后的时序如下图：
![[图]ET刷石机改良][]

这里使用了一个2.5 ticks的负脉冲限制器，图片来源于Minecraft英文wiki。
![[图]2.5T负脉冲限制器][]

坏消息是，机器还是有可能会出现故障。

在第5游戏刻的时候，系统会先判定C组活塞已经完全收回，不阻塞刷石位，于是水流出，如果就在这一游戏刻岩浆被random tick了，就会产生石头。如果这时石头都已经刷满没被采集，那么这个新刷出的石头就会被推上一格，堵塞岩浆。
![[图]ET刷石机新故障][]
这种情况出现的概率确实很低，但不能说一点可能性都没，用的时间长了总会有出问题的时候。

庄主刷石机

现在来看一下庄主的刷石机，按照现在的时序，岩浆可能提前下落的时间为第1-9游戏刻。根据庄主现在的时序，A的活塞臂阻挡岩浆的时间为第1-2游戏刻，第5-8游戏刻，危险期为第3-4游戏刻和第9游戏刻。虽然活塞二次推出可以清空在3-4刻下落的岩浆，但有极低的概率岩浆和水在3-4刻连续受到random tick影响而相遇。

而庄主的设计却巧妙地避开了此问题带来的副作用，即使岩浆下落，并且把水变成了圆石，也不会阻塞机器，下一个周期只要不再被random tick影响，就会恢复正常。
![[图]庄主刷石机故障处理][]

完美刷石机设计

看到这里强迫症表示不服，就没有完美的刷石机么？既不会刷出圆石，也不会机器崩溃的？

好！满足你！

实际上，只要把庄主的刷石机的时序改一下就可以了：将A组活塞的伸出时长改为4.5 ticks即可覆盖全部危险期；为了让水流第一时间流出，B组必须在1 ticks推出，时长必须为1 ticks（1.5也可，但麻烦）；C组的时序就比较随意了，2刻之后推一下就可以：
![[图]庄主刷石机时序改良][]

产生4.5 ticks脉冲的电路和上面2.5 ticks脉冲电路类似：
![[图]4.5T脉冲限制器][]

刷石机效率分析

增加刷石机产出的方法

至此，刷石机的各种（已知）故障算是完美解决。于是我们可以来谈谈效率问题了。

上文说到过岩浆在主世界流动的速度为30，故而在主世界中，单排刷石机的时钟周期最低也要30，否则不能每个时钟周期都刷出石头。

而为了进一步提高效率，就可以通过增加刷石机组数的方式了，比如这样：
![[图]D大双核][]
甚至这样：
![[图]ET4核][]

信标式刷石机效率分析

由于刷石机可以增加组数，效率的瓶颈成为了石头的处理速度。对于信标式刷石机来说，效率的瓶颈来自史蒂夫的挖掘速度。

先对各位路人解释一下什么叫信标式刷石机吧。这个概念应该最先由D大提出（至少我是最先从他的这个帖子接触的），利用高速刷石机产生石头，然后利用钻石镐附魔效率V（因为wiki的信息和1.8不符所以不贴地址了）+信标急迫II效果，达到极快的破坏方块速度，快速采集石头。
![[图]快速采集][]

很多朋友不理解为什么要用钻石镐采集不用凋零，对这类机器喷的很厉害。我总结原因有这么几点：

凋零头打起来看RP。
困住凋零不容易，很危险，特别是在1.8。
凋零工厂建造更麻烦。
实际上信标式刷石机主体部分和凋零式一样的，只是处理石头方式不一样。
这种机器本身就是一种乐趣。（其实上面4条都是编的_(:зゝ∠)_

那究竟多少组是史蒂夫挖掘速度的上限呢？带着这个问题我又看了一下关于挖掘速度的代码，具体信息我会另写帖子，在这里只写结论：在钻石镐+效率V+信标急迫II效果下，可以达到每游戏刻破坏1个方块的速度，也是游戏中破坏方块的最高速度。

那么在主世界中，理论上“6核”可以达到最高效率，为1200石头/分钟（5*6=30）。而在末地，因为岩浆流速为10，只要相当于每个“核”“超频”了3倍，只要“双核”就可以达到最高效率。

凋零式刷石机效率讨论（TODO)

当然上面所说的效率仅限信标式刷石机，凋零式刷石机应该同理，效率瓶颈在于凋零破坏方块的速度。我还没有研究过凋零，暂时无法给出结论。

结语

于是到此我们的讨论可以暂告一段落了。这篇文章前前后后写了整整2天多，大量时间对着代码看，脑子有时候会乱，如果有错误请指出，多多包涵。

posted on 2015-02-05 03:40 etflly 阅读(5213) 评论(0) 编辑收藏举报

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