解密：腾讯如何打造一款实时对战手游
2015年以来，手机游戏的市场偏好，逐渐从早期的休闲类、跑酷类、卡牌类游戏，转向重度、操作性更强的ARPG 、FPS、、MOBA类游戏。因此实时对战这一游戏玩法，也逐渐成为了手机游戏的一个核心玩法。纵观AppStore畅销榜前十的游戏，过半都支持玩家实时的PK或者合作攻关。由于实时对战有玩家之间自发进行强互动的特点，活跃度和社交强度都是比较高，为游戏的用户活跃和流水的提高奠定了坚实的基础。
腾讯的游戏开发团队，很早就观察到实时对战这一核心玩法对游戏生命周期影响的重要性，因此在自研产品方面，加大力度开发围绕实时对战这一核心玩法的游戏，从而诞生了《王者荣耀》、、《穿越火线·枪战王者》、《全民超神》、《全民突击》、《天天炫斗》等一大批优秀的作品，其中不乏日活跃过千万的大作。而早期的休闲类游戏如《全民飞机大战》等，也加入了实时双打等游戏特性，所以现在依然可以经常在AppStore畅销榜前十看到《全民飞机大战》这款游戏的身影。
既然实时对战是一个非常重要的游戏玩法，为什么我们现在看到的许多游戏，都不具备这一的玩法，或者并不是游戏的主要玩法？其中一个重要的原因，就是开发实时对战的功能，在技术上需要有一定的门槛。本文希望能向大家分享腾讯是如何跨过这些门槛，解决实时对战游戏开发的一系列核心技术难题。
一、游戏数据同步方案
首先我们介绍实时对战手游中最难解决的技术问题——弱网络下的同步问题。
通过对玩家的游戏数据进行观察，发现玩家的游戏环境存在很大差异，不同玩家会使用不同的2G/3G/4G/Wifi网络，不同网络之间的延迟相差很大。另外移动网络质量不稳定，且都是按流量收费，这些都是需要考虑的问题。手机在网络间的切换，又会造成底层网络断线、地址变化等问题，都是常见的情况。这些问题的统一解决手段，最重要的是通盘考虑各种需求，选择一个合理的游戏状态同步模型。
不同网络之间的网路延时
腾讯在大量游戏开发的实践中，总结出三种游戏的同步模型：
1、第一种叫MMOG模式。
这种同步模型，在端游时代就使用的非常广泛，特别是MMORPG里面。它的主要实现要点是：服务器负责计算全部的游戏逻辑，并且广播这些计算的结果，客户端仅仅负责发送玩家的操作，以及表现收到的游戏结果。一般来说，玩家发送一个操作到服务器上，服务器根据玩家操作去修改内存中的游戏世界模型，同时运算游戏世界对这个操作的反应，然后把这些反应都广播给相关的多个客户端，每个客户端负责把这些数据表现出来给玩家看。这种法的优点是非常安全，由于整个游戏逻辑都在服务器上，服务器只接受合法的玩家操作，一切都经过既定逻辑的运算。另外一个优点是游戏的逻辑更新很方便，因为主要逻辑都在服务器端。一般的游戏玩法需要更新，游戏开发团队自己更新重启服务器就可以了，无需让千万个手机去下载更新包。但是这种做法的缺点也很明显，首先就是用户的体验非常依赖网络质量，如果一个用户的网速慢，其他玩家都会发现他在游戏中明显的变卡。另外一个缺点就是服务器负责了太多的游戏逻辑运算。在动作游戏里，服务器往往需要针对二维或者三维空间进行运算。最后，使用这种同步方案，由于每个游戏表现都要以数据包发往客户端，所以当一起玩的用户数量较多，这种广播的数据包量就会非常大。因此根据以上的特点，腾讯一般会在那些同局游戏人数不太多，但讲求玩法变化快和安全性高的游戏中采用这种同步方案。腾讯自研手游中比较著名的《穿越火线·枪战王者》、《全民超神》、《炫斗之王》都是使用这种方案。
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关注点 |
表现 |
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网络延迟 |
< 100ms |
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流量 |
占用较大，同时游戏角色越多占用越大 |
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服务器负载 |
非常高 |
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安全性 |
很好，能很方便的做反外挂。 |
2、第二种方案叫主机模式。
这种同步方案的做法是：以参与对战的一个客户端为“主机”，其他的客户端为“副机”。游戏逻辑的主要运算由 “主机”完成，所有的“副机”把操作指令，通过服务器中转，集中发送给“主机”；“主机”完成游戏运算后，把结果指令再通过服务器中转，广播给所有的“副机”。这个方案看起来有点奇怪，但是却有很明显的优点：首先是大量的实时动作游戏，其游戏过程的逻辑代码，都是在客户端上开发和运行的。客户端的游戏引擎对于二维、三维空间中的位置运算、碰撞检测等功能，都有很好的支持。因此把整个游戏逻辑由客户端负责，就能让服务器端无需再开发这部分功能。服务器只负责做转发、广播的操作，所以能承载的人数和第一种方案有数量级上的差别。由于“主机”客户端运行游戏逻辑，所以其体验是最好的，就算“副机”由于网络不佳造成体验下降，对于“主机”来说，只是发现“副机”动作有点迟缓而已。在以PVE玩法为主的游戏中，用户关注的是自己的体验，不会太在意同伴的准确动作，这种情况下，主机模式就是一种不错的同步方案。腾讯的《全民飞机大战》的双打模式就是采用这种方式，效果相当不错。
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关注点 |
表现 |
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网络延迟 |
< 400ms |
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流量 |
一般，大概为MMOG模式一半 |
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服务器负载 |
低 |
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安全性 |
较差，比较容易通过修改客户端作假 |
3、第三种方案叫帧同步模式，又叫“锁步模式”。
这种模式用形象的比喻来说，就是把所有参与对战的客户端，看成是排成一列的囚犯。这些囚犯们的左脚都被链子所在一起，因此他们如果要往前走，就只能同时迈步，如果其中某个人走快了，或者走慢了，都会让整队人停下来。在实现上，一般是以服务器按固定的帧率，来搜集每个客户端的输入，然后把这些输入广播给所有的客户端；由于每个操作指令到达所有客户端的时间（帧）都是一样的，所以每个客户端运算的结果也是一样的，同样的输入就会得到同样的结果。这就好像：其他玩家通过网络，把操作手柄接到你的手机。这种同步方案，是传统单机-局域网游戏中最常用的。这种同步模型的最大优点是：强一致性。每个客户端的表现是完全一样的，非常适合高度要求操作技巧的游戏。由于广播的仅是玩家的操作，所以数据量很少。不管游戏中的角色数、状态量有多大、多复杂，都不会影响广播的数据量。但是这个方案也有缺点：对所有玩家的延迟都有要求，一般来说要求在50毫秒以内。如果有一个客户端网络卡了，所有的客户端都要停下来等，大家在玩《星际争霸》就见识过：一个玩家断线，全部玩家的游戏都暂停。腾讯游戏中的《王者荣耀》、《全民突击》由于竞技性非常强，所以采用了这种方案。
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关注点 |
表现 |
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网络延迟 |
< 50ms |
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流量 |
很小 |
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服务器负载 |
低 |
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安全性 |
差，游戏逻辑主要依赖客户端 |
二、安全问题
游戏外挂，一直是国内游戏市场的痼疾。在实时对战的游戏中，常见的有修改客户端代码运行时逻辑、协议破解，以及脚本代替玩家行为等外挂。对此，我们花了很大力气，从游戏的内部结构上，对抗这些破坏游戏性的行为。现在比较常用的手段有四种：
1、第一种是服务器驱动。
在同步模型中的”MMOG模型”中，游戏逻辑都由服务器控制，所以外挂能攻击的空间比较小，这是最好的对抗外挂的方法。由于逻辑全部在服务器上运算，所以外挂几乎无法从游戏逻辑中得到任何好处，只能在降低玩家操作难度上想办法。但是这种方案的代价也是高昂的：服务器需要保存整个游戏世界的模型，并演算所有的AI逻辑，这让服务器消耗大量内存和CPU，增加了服务器端代码的复杂性。
2、第二种是MonoSvr抽查回放。
这种方法是在第一种服务器驱动方案上的一种简化：客户端还是会上传所有的游戏操作，但服务器并不完全的演算整个战斗逻辑，仅对容易被外挂攻击的部分，进行验证。服务器上仅保留部分世界模型即可，从而降低了服务器的运算量。客户端并不需要等待服务器的命令回复，就可以先按自己的逻辑去运行，所以体验上有更好的表现。如果服务器发现了作弊，会事后惩罚相关的帐号。这种做法也有漏洞：因为那些没有被抽查到的客户端，或没有被验证的逻辑，都可能是外挂攻击的漏洞。
3、第三种是柔性反外挂。
这种方法的校验更加简单，仅仅在服务器上保留了一批预设的校验规则。这些规则可能是核算玩家的收益和付出是否合理、一些重点操作是否符合规则……。这种方案服务器的压力非常的轻。由于验算的过程大大的加快了，玩家的体验也会很好。不过这种方法的漏洞更加多，一旦外挂熟悉了这些预设的校验规则，就很容易进行针对性的攻击。
4、第四种是举报系统。
这种方法简单来说就是人民战争，让玩家发起举报请求，然后服务器再搜集模拟被举报者的行为证据，进行针对性的验证和惩罚。但这种民不举官不究的做法，很容易被有意识的互刷所利用。这种方案有一定的漏报几率，因此往往是作为其他几种验证机制的后备机制，一起使用。
以上四种，在腾讯的游戏中，往往都是结合起来使用。在实时对战游戏中，我们除了要关注验证的准确性外，同时还需要平衡游戏体验。因此往往需要在很多地方做妥协，但是只要我们有足够多的手段复合使用，真正的漏网之鱼还是很少的。
三、版本更新问题
· 手机游戏的版本更新问题由来已久，让用户升级手机上的程序是非常不容易的。经常会出现以下问题：
· 手机内存小，更新的过程较容易崩溃；
· 移动设备的网络环境很不稳定。经常下载到一半，用户走出了wifi范围或者进了电梯，网络中断了。
· 应用商店的版本审核。什么时候能审核通过往往不能预测，对于紧急的BUG来说更是远水救不了近火。
然而，实时对战游戏由于强调竞技性，所以玩法逻辑常常需要进行小的调整优化。并且实时对战的玩法内容需要持续更新，所以经常都需要更新很多程序，在现有的条件下，如果只是简单的按部就班发版本，估计玩家早就跑光了。
从一些自研游戏发版本时的运营数据来看，如果在游戏内进行资源更新，可以做到99.5%以上的成功率的。但是，如果要发布一个程序包版本的更新，成功率往往就会跌至90%以下。所以每次发布版本，一些游戏的在线人数会下降10%，这对于游戏运营来说，是一个巨大而持久的损失。因此，热更新技术是现在的主流版本更新方式。把程序代码，以脚本来编写，然后使用一个优秀的脚本解析器来运行，就能让程序代码以文本资源的形式，和图片、声音等其他游戏资源一样更新下载了。
我们自己开发了一个xLua执行库，这个库能在Unity3D引擎中运行lua脚本，并且其执行的效率非常高，还能无缝的在脚本中调用游戏引擎的API。这样，我们就可以尽量少的发布新的程序版本，大部分的游戏内容玩法调整，都使用lua脚本更新来实现。由于使用了资源更新的方式来更新游戏，现在游戏的更新成功率普遍可以达到99.8%左右，并且避免了应用商店的审核，使iOS和Android用户同时玩上游戏的最新版本。
四、玩家实时沟通
在传统的端游中，玩家在游戏过程中往往会通过键盘打字沟通。后来有一些第三方语音聊天软件，充当了游戏过程中实时沟通的工具。在实时对战的游戏中，和队友的配合往往是游戏的重要乐趣来源，因此实时的沟通非常重要。所谓的“开黑”，就是表示一个沟通良好的游戏伙伴小组，一起和其他玩家对战，顺畅的沟通能带给玩家巨大的竞技优势。然而，在手机游戏中，屏幕一般都比较小，不可能有空间来让玩家打字输入，况且如此激烈的实时战斗，也没有时间去慢慢的打字。因此自然很多人想到像PC上一样，运行一些实时聊天的语音软件，来辅助游戏沟通。但是手机操作系统和Windows不一样，在手机上运行的后台软件，除了会严重降低手机运行性能外，还可能被操作系统暂停和关闭。所以游戏+语音工具的路子是走不通的。这时，就需要游戏开发团队，为玩家在游戏中，直接提供实时语音的服务。
腾讯自研的两款大作《王者荣耀》、《穿越火线手游》为了改善玩家在PVP对战时的沟通体验，率先使用了腾讯内部的实时游戏语音服务。从上线后玩家反馈的效果来看，这一功能对维持用户活跃非常有价值。从运营统计数据来分析，有30%的玩家会主动说话，每人单局的语音会超过30秒，累计用过语音的玩家超过85%——这些数据都说明了语音服务是实时对战游戏玩家需要的功能。所以腾讯后续在所有32款对战游戏中，都加入了游戏实时语音服务。后面腾讯也会开放出这一技术为所有游戏开发者服务。
五、结束语
实时对战游戏的核心技术难点，主要是解决数据同步问题及弱网络下玩家的游戏体验优化。没有一款通用模型可以用于所有游戏，根据自己游戏的模型，设计出合理的游戏架构，才能让游戏的PVP体验趋于完美。
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