為什么go語言適合開發(fā)網(wǎng)游服務(wù)器端

前段時(shí)間在golang-China讀到這個(gè)貼：

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個(gè)人覺得golang十分適合進(jìn)行網(wǎng)游服務(wù)器端開發(fā)，寫下這篇文章總結(jié)一下。

從網(wǎng)游的角度看：

要成功的運(yùn)營(yíng)一款網(wǎng)游，很大程度上依賴于玩家自發(fā)形成的社區(qū)。只有玩家自發(fā)形成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，游戲才能持續(xù)下去，避免鬼城的出現(xiàn)。而這就需要多次大量導(dǎo)入用戶，在同時(shí)在線用戶量達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)的時(shí)候，才有可能完成。因此，多人同時(shí)在線十分有必要。

再來看網(wǎng)游的常見玩法，除了排行榜這類統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)匯總的功能外，基本沒有需要大量CPU時(shí)間的應(yīng)用。以前的項(xiàng)目里，即時(shí)戰(zhàn)斗產(chǎn)生的各種傷害計(jì)算對(duì)CPU的消耗也不大。玩家要完成一次操作，需要通過客戶端-服務(wù)器端-客戶端這樣一個(gè)來回，為了獲得高響應(yīng)速度，滿足玩家體驗(yàn)，服務(wù)器端的處理也不能占用太多時(shí)間。所以，每次請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的CPU占用是比較小的。

網(wǎng)游的IO主要分兩個(gè)方面，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)IO，一個(gè)是磁盤IO。網(wǎng)絡(luò)IO方面，可以分成美術(shù)資源的IO和游戲邏輯指令的IO，這里主要分析游戲邏輯的IO。游戲邏輯的IO跟CPU占用的情況相似，每次請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)很小，但由于多人同時(shí)在線，因此并發(fā)數(shù)相當(dāng)高。另外，地圖信息的廣播也會(huì)帶來比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信。磁盤IO方面，主要是游戲數(shù)據(jù)的保存。采用不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)有比較大的區(qū)別。以前的項(xiàng)目里，就經(jīng)歷了從MySQL轉(zhuǎn)向MongoDB這種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的過程，磁盤IO不再是瓶頸?？傮w來說，還是用內(nèi)存做一級(jí)緩沖，避免大量小數(shù)據(jù)塊讀寫的方案。

針對(duì)網(wǎng)游的這些特點(diǎn)，golang的語言特性十分適合開發(fā)游戲服務(wù)器端。

首先，go語言提供goroutine機(jī)制作為原生的并發(fā)機(jī)制。每個(gè)goroutine所需的內(nèi)存很少，實(shí)際應(yīng)用中可以啟動(dòng)大量的goroutine對(duì)并發(fā)連接進(jìn)行響應(yīng)。goroutine與gevent中的greenlet很相像，遇到IO阻塞的時(shí)候，調(diào)度器就會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)goroutine執(zhí)行，保證CPU不會(huì)因?yàn)镮O而發(fā)生等待。而goroutine與gevent相比，沒有了python底層的GIL限制，就不需要利用多進(jìn)程來榨取多核機(jī)器的性能了。通過設(shè)置最大線程數(shù)，可以控制go所啟動(dòng)的線程，每個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)goroutine，讓CPU滿負(fù)載運(yùn)行。

同時(shí)，go語言為goroutine提供了獨(dú)到的通信機(jī)制channel。channel發(fā)生讀寫的時(shí)候，也會(huì)掛起當(dāng)前操作channel的goroutine，是一種同步阻塞通信。這樣既達(dá)到了通信的目的，又實(shí)現(xiàn)同步，用CSP模型的觀點(diǎn)看，并發(fā)模型就是通過一組進(jìn)程和進(jìn)程間的事件觸發(fā)解決任務(wù)的。雖然說，主流的編程語言之間，只要是圖靈完備的，他們就都能實(shí)現(xiàn)相同的功能。但go語言提供的這種協(xié)程間通信機(jī)制，十分優(yōu)雅地揭示了協(xié)程通信的本質(zhì)，避免了以往鎖的顯式使用帶給程序員的心理負(fù)擔(dān)，確是一大優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行網(wǎng)游開發(fā)的程序員，可以將游戲邏輯按照單線程阻塞式的寫，不需要額外考慮線程調(diào)度的問題，以及線程間數(shù)據(jù)依賴的問題。因?yàn)?，線程間的channel通信，已經(jīng)表達(dá)了線程間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系了，而go的調(diào)度器會(huì)給予妥善的處理。

另外，go語言提供的gc機(jī)制，以及對(duì)指針的保護(hù)式使用，可以大大減輕程序員的開發(fā)壓力，提高開發(fā)效率。

展望未來，我期待go語言社區(qū)能夠提供更多的goroutine間的隔離機(jī)制。個(gè)人十分推崇erlang社區(qū)的脆崩哲學(xué)，推動(dòng)應(yīng)用發(fā)生預(yù)期外行為時(shí)，盡早崩潰，再fork出新進(jìn)程處理新的請(qǐng)求。對(duì)于協(xié)程機(jī)制，需要由程序員保證執(zhí)行的函數(shù)不會(huì)發(fā)生死循環(huán)，導(dǎo)致線程卡死。如果能夠定制goroutine所執(zhí)行函數(shù)的最大CPU執(zhí)行時(shí)間，及所能使用的最大內(nèi)存空間，對(duì)于提升系統(tǒng)的魯棒性，大有裨益。

【golang】高并發(fā)下TCP常見問題解決方案

首先，看一下TCP握手簡(jiǎn)單描繪過程：

其握手過程原理，就不必說了，有很多詳細(xì)文章進(jìn)行敘述，本文只關(guān)注研究重點(diǎn)。

在第三次握手過程中，如果服務(wù)器收到ACK，就會(huì)與客戶端建立連接，此時(shí)內(nèi)核會(huì)把連接從半連接隊(duì)列移除，然后創(chuàng)建新的連接，并將其添加到全連接隊(duì)列，等待進(jìn)程調(diào)用。

如果服務(wù)器繁忙，來不及調(diào)用連接導(dǎo)致全連接隊(duì)列溢出，服務(wù)器就會(huì)放棄當(dāng)前握手連接，發(fā)送RST給客戶端，即connection reset by peer。

在linux平臺(tái)上，客戶端在進(jìn)行高并發(fā)TCP連接處理時(shí)，最高并發(fā)數(shù)量都要受系統(tǒng)對(duì)用戶單一進(jìn)程同時(shí)打開文件數(shù)量的限制（這是因?yàn)橄到y(tǒng)每個(gè)TCP都是SOCKET句柄，每個(gè)soker句柄都是一個(gè)文件），當(dāng)打開連接超過限制，就會(huì)出現(xiàn)too many open files。

使用下指令查看最大句柄數(shù)量：

增加句柄解決方案

Go CSP并發(fā)模型

Go的CSP并發(fā)模型

Go實(shí)現(xiàn)了兩種并發(fā)形式。第一種是大家普遍認(rèn)知的：多線程共享內(nèi)存。其實(shí)就是Java或者C++等語言中的多線程開發(fā)。另外一種是Go語言特有的，也是Go語言推薦的：CSP（communicating sequential processes）并發(fā)模型。

CSP 是 Communicating Sequential Process 的簡(jiǎn)稱，中文可以叫做通信順序進(jìn)程，是一種并發(fā)編程模型，由 Tony Hoare 于 1977 年提出。簡(jiǎn)單來說，CSP 模型由并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體（線程或者進(jìn)程）所組成，實(shí)體之間通過發(fā)送消息進(jìn)行通信，這里發(fā)送消息時(shí)使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的關(guān)鍵是關(guān)注 channel，而不關(guān)注發(fā)送消息的實(shí)體。 Go 語言實(shí)現(xiàn)了 CSP 部分理論 。

“ 不要以共享內(nèi)存的方式來通信，相反， 要通過通信來共享內(nèi)存?！?/p>

Go的CSP并發(fā)模型，是通過 goroutine和channel 來實(shí)現(xiàn)的。

goroutine 是Go語言中并發(fā)的執(zhí)行單位。其實(shí)就是協(xié)程。

channel是Go語言中各個(gè)并發(fā)結(jié)構(gòu)體(goroutine)之前的通信機(jī)制。 通俗的講，就是各個(gè)goroutine之間通信的”管道“，有點(diǎn)類似于Linux中的管道。

Channel

Goroutine

Go語言——goroutine并發(fā)模型

參考：

Goroutine并發(fā)調(diào)度模型深度解析手?jǐn)]一個(gè)協(xié)程池

Golang 的 goroutine 是如何實(shí)現(xiàn)的？

Golang - 調(diào)度剖析【第二部分】

OS線程初始棧為2MB。Go語言中，每個(gè)goroutine采用動(dòng)態(tài)擴(kuò)容方式，初始2KB，按需增長(zhǎng)，最大1G。此外GC會(huì)收縮?？臻g。

BTW，增長(zhǎng)擴(kuò)容都是有代價(jià)的，需要copy數(shù)據(jù)到新的stack，所以初始2KB可能有些性能問題。

更多關(guān)于stack的內(nèi)容，可以參見大佬的文章。 聊一聊goroutine stack

用戶線程的調(diào)度以及生命周期管理都是用戶層面，Go語言自己實(shí)現(xiàn)的，不借助OS系統(tǒng)調(diào)用，減少系統(tǒng)資源消耗。

Go語言采用兩級(jí)線程模型，即用戶線程與內(nèi)核線程KSE（kernel scheduling entity）是M:N的。最終goroutine還是會(huì)交給OS線程執(zhí)行，但是需要一個(gè)中介，提供上下文。這就是G-M-P模型

Go調(diào)度器有兩個(gè)不同的運(yùn)行隊(duì)列：

go1.10\src\runtime\runtime2.go

Go調(diào)度器根據(jù)事件進(jìn)行上下文切換。

調(diào)度的目的就是防止M堵塞，空閑，系統(tǒng)進(jìn)程切換。

詳見 Golang - 調(diào)度剖析【第二部分】

Linux可以通過epoll實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，統(tǒng)稱網(wǎng)絡(luò)輪詢器N（Net Poller）。

文件IO操作

上面都是防止M堵塞，任務(wù)竊取是防止M空閑

每個(gè)M都有一個(gè)特殊的G，g0。用于執(zhí)行調(diào)度，gc，棧管理等任務(wù)，所以g0的棧稱為調(diào)度棧。g0的棧不會(huì)自動(dòng)增長(zhǎng)，不會(huì)被gc，來自os線程的棧。

go1.10\src\runtime\proc.go

G沒辦法自己運(yùn)行，必須通過M運(yùn)行

M通過通過調(diào)度，執(zhí)行G

從M掛載P的runq中找到G，執(zhí)行G