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基于Go语言开发的高性能分布式游戏服务器框架

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due 基于Go语言开发的高性能分布式游戏服务器框架

Build Status goproxy Go Reference License: MIT Go Report Card Coverage Awesome Go

1.介绍

due是一款基于Go语言开发的轻量级、高性能分布式游戏服务器框架。 其中,模块设计方面借鉴了kratos的模块设计思路,旨在为游戏服务器开发提供完善、高效、标准化的解决方案。 框架自创建至今已在多个企业级游戏项目中上线实践过,稳定性有充分的保障。

架构图

2.优势

  • 💡 简单性:架构简单,源码简洁易理解。
  • 🚠 便捷性:仅暴露必要的调用接口,减轻开发者的心智负担。
  • 🚀 高性能:框架原生实现集群通信方案,普通机器单线程也能轻松实现20W的TPS。
  • 🧊 标准化:框架原生提供标准化的开发规范,无论多么复杂的项目也能轻松应对。
  • ✈️ 高效性:框架原生提供tcp、kcp、ws等协议的服务器,方便开发者快速构建各种类型的网关服务器。
  • ⚖️ 稳定性:所有发布的正式版本均已通过内部真实业务的严格测试,具备较高的稳定性。
  • 🎟️ 扩展性:采用良好的接口设计,方便开发者设计实现自有功能。
  • 🔑 平滑性:引入信号量,通过控制服务注册中心来实现优雅地滚动更新。
  • 🔩 扩容性:通过优雅的路由分发机制,理论上可实现无限扩容。
  • 🔧 易调试:框架原生提供了tcp、kcp、ws等协议的客户端,方便开发者进行独立的调试全流程调试。
  • 🧰 可管理:提供完善的后台管理接口,方便开发者快速实现自定义的后台管理功能。

3.功能

  • 网关:支持tcp、kcp、ws等协议的网关服务器。
  • 日志:支持std、zap、logrus、aliyun、tencent等多种日志组件。
  • 注册:支持consul、etcd、nacos等多种服务注册中心。
  • 协议:支持json、protobuf、msgpack等多种通信协议。
  • 配置:支持consul、etcd、nacos等多种配置中心;并支持json、yaml、toml、xml等多种文件格式。
  • 通信:支持grpc、rpcx等多种高性能通信方案。
  • 重启:支持服务器的平滑重启。
  • 事件:支持redis、nats、kafka、rabbitMQ等事件总线实现方案。
  • 加密:支持rsa、ecc等多种加密方案。
  • 服务:支持grpc、rpcx等多种微服务解决方案。
  • 灵活:支持单体、分布式等多种架构方案。
  • 管理:提供master后台管理服相关接口支持。
  • Web:提供http协议的fiber服务器及swagger文档解决方案。
  • 工具:提供due-cli脚手架工具箱,可快速构建集群项目。
  • Actor:提供完善actor模型解决方案。

4.下一期新功能规划

  • 实现框架层的分布式锁

5.特殊说明

在due交流群中经常有小伙伴提及到Gate、Node、Mesh之间到底是个什么关系,这里就做一个统一的解答

  • Gate:网关服,主要用于管理客户端连接,接收客户端的路由消息,并分发路由消息到不同的的Node节点服。
  • Node: 节点服,作为整个集群系统的核心组件,主要用于核心逻辑业务的编写。Node节点服务可以根据业务需要做成有状态或无状态的节点,当作为无状态的节点时,Node节点与Mesh微服务基本无异;但当Node节点作为有状态节点时,Node节点便不能随意更新进行重启操作。故而Node与Mesh分离的业务场景的价值就体现出来了。
  • Mesh:微服务,主要用于无状态的业务逻辑编写。Mesh能做的功能Node一样可以完成,如何选择完全取决于自身业务场景,开发者可以根据自身业务场景灵活搭配。

6.通信协议

在due框架中,通信协议统一采用size+header+route+seq+message的格式:

1.数据包

 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
+---------------------------------------------------------------+-+-------------+-------------------------------+-------------------------------+
|                              size                             |h|   extcode   |             route             |              seq              |
+---------------------------------------------------------------+-+-------------+-------------------------------+-------------------------------+
|                                                                message data ...                                                               |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

2.心跳包

 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
+---------------------------------------------------------------+-+-------------+---------------------------------------------------------------+
|                              size                             |h|   extcode   |                      heartbeat time (ns)                      |
+---------------------------------------------------------------+-+-------------+---------------------------------------------------------------+

size: 4 bytes

  • 包长度位
  • 固定长度为4字节,且不可修改

header: 1 bytes

h: 1 bit

  • 心跳标识位
  • %x0 表示数据包
  • %x1 表示心跳包

extcode: 7 bit

  • 扩展操作码
  • 暂未明确定义具体操作码

route: 1 bytes | 2 bytes | 4 bytes

  • 消息路由
  • 默认采用2字节,可通过打包器配置packet.routeBytes进行修改
  • 不同的路由对应不同的业务处理流程
  • 心跳包无消息路由位
  • 此参数由业务打包器打包,服务器开发者和客户端开发者均要关心此参数

seq: 0 bytes | 1 bytes | 2 bytes | 4 bytes

  • 消息序列号
  • 默认采用2字节,可通过打包器配置packet.seqBytes进行修改
  • 可通过将打包器配置packet.seqBytes设置为0来屏蔽使用序列号
  • 消息序列号常用于请求/响应模型的消息对儿的确认
  • 心跳包无消息序列号位
  • 此参数由业务打包器packet.Packer打包,服务器开发者和客户端开发者均要关心此参数

message data: n bytes

  • 消息数据
  • 心跳包无消息数据
  • 此参数由业务打包器packet.Packer打包,服务器开发者和客户端开发者均要关心此参数

heartbeat time: 8 bytes

  • 心跳数据
  • 数据包无心跳数据
  • 上行心跳包无需携带心跳数据,下行心跳包默认携带8 bytes的服务器时间(ns),可通过网络库配置进行设置是否携带下行包时间信息
  • 此参数由网络框架层自动打包,服务端开发者不关注此参数,客户端开发者需关注此参数

7.相关工具链

1.安装protobuf编译器(使用场景:开发mesh微服务)

  • Linux, using apt or apt-get, for example:
$ apt install -y protobuf-compiler
$ protoc --version  # Ensure compiler version is 3+
  • MacOS, using Homebrew:
$ brew install protobuf
$ protoc --version  # Ensure compiler version is 3+
  • Windows, download from Github:

2.安装protobuf go代码生成工具(使用场景:开发mesh微服务)

go install github.com/gogo/protobuf/protoc-gen-gofast@latest

3.安装grpc代码生成工具(使用场景:使用GRPC组件开发mesh微服务)

go install google.golang.org/grpc/cmd/protoc-gen-go-grpc@latest

4.安装rpcx代码生成工具(使用场景:使用RPCX组件开发mesh微服务)

go install github.com/rpcxio/protoc-gen-rpcx@latest

5.安装gorm dao代码生成工具(使用场景:使用GORM作为数据库orm)

go install github.com/dobyte/gorm-dao-generator@latest

6.安装mongo dao代码生成工具(使用场景:使用MongoDB作为数据库orm)

go install github.com/dobyte/mongo-dao-generator@latest

8.配置中心

1.功能介绍

配置中心主要定位于业务的配置管理,提供快捷灵活的配置方案。支持完善的读取、修改、删除、热更新等功能。

2.支持组件

9.注册中心

1.功能介绍

注册中心用于集群实例的服务注册和发现。支撑整个集群的无感知停服、重启、动态扩容等功能。

2.支持组件

10.网络模块

1.功能介绍

网络模块主要以组件的形式集成于网关模块,为网关提供灵活的网络通信支持。

2.支持组件

11.快速开始

下面我们就通过两段简单的代码来体验一下due的魅力,Let's go~~

1.启动组件

docker-compose up

docker-compose.yaml文件已在docker目录中备好,可以直接取用

2.获取框架

go get -u github.com/dobyte/due/v2@latest
go get -u github.com/dobyte/due/locate/redis/v2@latest
go get -u github.com/dobyte/due/network/ws/v2@latest
go get -u github.com/dobyte/due/registry/consul/v2@latest
go get -u github.com/dobyte/due/transport/rpcx/v2@latest

3.构建Gate服务器

package main

import (
   "github.com/dobyte/due/locate/redis/v2"
   "github.com/dobyte/due/network/ws/v2"
   "github.com/dobyte/due/registry/consul/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2/cluster/gate"
)

func main() {
   // 创建容器
   container := due.NewContainer()
   // 创建服务器
   server := ws.NewServer()
   // 创建用户定位器
   locator := redis.NewLocator()
   // 创建服务发现
   registry := consul.NewRegistry()
   // 创建网关组件
   component := gate.NewGate(
      gate.WithServer(server),
      gate.WithLocator(locator),
      gate.WithRegistry(registry),
   )
   // 添加网关组件
   container.Add(component)
   // 启动容器
   container.Serve()
}

4.启动Gate服务器

$ go run main.go
                    ____  __  ________
                   / __ \/ / / / ____/
                  / / / / / / / __/
                 / /_/ / /_/ / /___
                /_____/\____/_____/
┌──────────────────────────────────────────────────────┐
| [Website] https://github.com/dobyte/due              |
| [Version] v2.1.0                                     |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Global────────────────────────┐
| PID: 27159                                           |
| Mode: debug                                          |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────Gate─────────────────────────┐
| Name: gate                                           |
| Link: 172.22.243.151:46545                           |
| Server: [ws] 0.0.0.0:3553                            |
| Locator: redis                                       |
| Registry: consul                                     |
└──────────────────────────────────────────────────────┘

5.构建Node服务器

package main

import (
   "fmt"
   "github.com/dobyte/due/locate/redis/v2"
   "github.com/dobyte/due/registry/consul/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2/cluster/node"
   "github.com/dobyte/due/v2/codes"
   "github.com/dobyte/due/v2/log"
   "github.com/dobyte/due/v2/utils/xtime"
)

const greet = 1

func main() {
   // 创建容器
   container := due.NewContainer()
   // 创建用户定位器
   locator := redis.NewLocator()
   // 创建服务发现
   registry := consul.NewRegistry()
   // 创建节点组件
   component := node.NewNode(
      node.WithLocator(locator),
      node.WithRegistry(registry),
   )
   // 初始化监听
   initListen(component.Proxy())
   // 添加节点组件
   container.Add(component)
   // 启动容器
   container.Serve()
}

// 初始化监听
func initListen(proxy *node.Proxy) {
   proxy.Router().AddRouteHandler(greet, false, greetHandler)
}

type greetReq struct {
   Message string `json:"message"`
}

type greetRes struct {
   Code    int    `json:"code"`
   Message string `json:"message"`
}

func greetHandler(ctx node.Context) {
   req := &greetReq{}
   res := &greetRes{}
   defer func() {
      if err := ctx.Response(res); err != nil {
         log.Errorf("response message failed: %v", err)
      }
   }()

   if err := ctx.Parse(req); err != nil {
      log.Errorf("parse request message failed: %v", err)
      res.Code = codes.InternalError.Code()
      return
   }

   log.Info(req.Message)

   res.Code = codes.OK.Code()
   res.Message = fmt.Sprintf("I'm server, and the current time is: %s", xtime.Now().Format(xtime.DateTime))
}

6.启动Node服务器

$ go run main.go
                    ____  __  ________
                   / __ \/ / / / ____/
                  / / / / / / / __/
                 / /_/ / /_/ / /___
                /_____/\____/_____/
┌──────────────────────────────────────────────────────┐
| [Website] https://github.com/dobyte/due              |
| [Version] v2.1.0                                     |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Global────────────────────────┐
| PID: 27390                                           |
| Mode: debug                                          |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────Node─────────────────────────┐
| Name: node                                           |
| Link: 172.22.243.151:37901                           |
| Codec: json                                          |
| Locator: redis                                       |
| Registry: consul                                     |
| Encryptor: -                                         |
| Transporter: -                                       |
└──────────────────────────────────────────────────────┘

7.构建测试客户端

package main

import (
   "fmt"
   "github.com/dobyte/due/eventbus/nats/v2"
   "github.com/dobyte/due/network/ws/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2"
   "github.com/dobyte/due/v2/cluster"
   "github.com/dobyte/due/v2/cluster/client"
   "github.com/dobyte/due/v2/eventbus"
   "github.com/dobyte/due/v2/log"
   "github.com/dobyte/due/v2/utils/xtime"
   "time"
)

const greet = 1

func main() {
   // 初始化事件总线
   eventbus.SetEventbus(nats.NewEventbus())
   // 创建容器
   container := due.NewContainer()
   // 创建客户端组件
   component := client.NewClient(
      client.WithClient(ws.NewClient()),
   )
   // 初始化监听
   initListen(component.Proxy())
   // 添加客户端组件
   container.Add(component)
   // 启动容器
   container.Serve()
}

// 初始化监听
func initListen(proxy *client.Proxy) {
   // 监听组件启动
   proxy.AddHookListener(cluster.Start, startHandler)
   // 监听连接建立
   proxy.AddEventListener(cluster.Connect, connectHandler)
   // 监听消息回复
   proxy.AddRouteHandler(greet, greetHandler)
}

// 组件启动处理器
func startHandler(proxy *client.Proxy) {
   if _, err := proxy.Dial(); err != nil {
      log.Errorf("gate connect failed: %v", err)
      return
   }
}

// 连接建立处理器
func connectHandler(conn *client.Conn) {
   doPushMessage(conn)
}

// 消息回复处理器
func greetHandler(ctx *client.Context) {
   res := &greetRes{}

   if err := ctx.Parse(res); err != nil {
      log.Errorf("invalid response message, err: %v", err)
      return
   }

   if res.Code != 0 {
      log.Errorf("node response failed, code: %d", res.Code)
      return
   }

   log.Info(res.Message)

   time.AfterFunc(time.Second, func() {
      doPushMessage(ctx.Conn())
   })
}

// 推送消息
func doPushMessage(conn *client.Conn) {
   err := conn.Push(&cluster.Message{
      Route: 1,
      Data: &greetReq{
         Message: fmt.Sprintf("I'm client, and the current time is: %s", xtime.Now().Format(xtime.DateTime)),
      },
   })
   if err != nil {
      log.Errorf("push message failed: %v", err)
   }
}

type greetReq struct {
   Message string `json:"message"`
}

type greetRes struct {
   Code    int    `json:"code"`
   Message string `json:"message"`
}

8.启动客户端

$ go run main.go
                    ____  __  ________
                   / __ \/ / / / ____/
                  / / / / / / / __/
                 / /_/ / /_/ / /___
                /_____/\____/_____/
┌──────────────────────────────────────────────────────┐
| [Website] https://github.com/dobyte/due              |
| [Version] v2.1.0                                     |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Global────────────────────────┐
| PID: 27801                                           |
| Mode: debug                                          |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Client────────────────────────┐
| Name: client                                         |
| Codec: json                                          |
| Protocol: ws                                         |
| Encryptor: -                                         |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
INFO[2024/07/03 14:53:08.969845] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:08]
INFO[2024/07/03 14:53:09.983827] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:09]
INFO[2024/07/03 14:53:10.986592] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:10]
INFO[2024/07/03 14:53:11.988530] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:11]
INFO[2024/07/03 14:53:12.991217] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:12]
INFO[2024/07/03 14:53:13.995049] main.go:72 [I'm server, and the current time is: 2024-07-03 14:53:13]

12.压力测试

1.压测机器

Ubuntu 20.04.6 LTS 13th Gen Intel(R) Core(TM) i5-13400F 16GB

2.压测结果

                    ____  __  ________
                   / __ \/ / / / ____/
                  / / / / / / / __/
                 / /_/ / /_/ / /___
                /_____/\____/_____/
┌──────────────────────────────────────────────────────┐
| [Website] https://github.com/dobyte/due              |
| [Version] v2.1.0                                     |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Global────────────────────────┐
| PID: 28660                                           |
| Mode: debug                                          |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
┌────────────────────────Client────────────────────────┐
| Name: client                                         |
| Codec: json                                          |
| Protocol: tcp                                        |
| Encryptor: -                                         |
└──────────────────────────────────────────────────────┘
server               : tcp
concurrency          : 50
latency              : 4.741343s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 210910
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 100
latency              : 4.697039s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 212900
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 200
latency              : 4.447127s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 224864
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 300
latency              : 5.616742s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 178039
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 400
latency              : 4.726411s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 211577
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 500
latency              : 5.054949s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 197825
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 1000
latency              : 5.486149s
data size            : 1.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 182277
--------------------------------
server               : tcp
concurrency          : 1000
latency              : 7.753779s
data size            : 2.00KB
sent requests        : 1000000
received requests    : 1000000
throughput (TPS)     : 128969
--------------------------------

本测试结果仅供参考,详细测试用例代码请查看due-benchmark

13.其他组件

  1. 日志组件
    • zap: github.com/dobyte/due/log/zap/v2
    • logrus: github.com/dobyte/due/log/logrus/v2
    • aliyun: github.com/dobyte/due/log/aliyun/v2
    • tencent: github.com/dobyte/due/log/zap/v2
  2. 网络组件
    • ws: github.com/dobyte/due/network/ws/v2
    • tcp: github.com/dobyte/due/network/tcp/v2
    • kcp: github.com/dobyte/due/network/kcp/v2
  3. 注册发现
    • etcd: github.com/dobyte/due/registry/etcd/v2
    • consul: github.com/dobyte/due/registry/consul/v2
    • nacos: github.com/dobyte/due/registry/nacos/v2
  4. 传输组件
    • grpc: github.com/dobyte/due/transporter/grpc/v2
    • rpcx: github.com/dobyte/due/transporter/rpcx/v2
  5. 定位组件
    • redis: github.com/dobyte/due/locate/redis/v2
  6. 事件总线
    • redis: github.com/dobyte/due/eventbus/redis/v2
    • nats: github.com/dobyte/due/eventbus/nats/v2
    • kafka: github.com/dobyte/due/eventbus/kafka/v2
  7. Web组件
    • http: github.com/dobyte/due/component/http/v2
  8. 配置中心
    • etcd: github.com/dobyte/due/config/etcd/v2
    • consul: github.com/dobyte/due/config/consul/v2
    • nacos: github.com/dobyte/due/config/nacos/v2
  9. 缓存组件
    • redis: github.com/dobyte/due/cache/redis/v2

14.其他客户端

15.详细示例

16.三方示例

17.交流与讨论

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