UE网络与同步的个人笔记

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前言

个人对UE的网络部分的学习笔记。基本都是网络上已经有的教程说明，只是整理后更符合个人的理解路径。

基本概念

DS服务器

标准的C-S结构下的服务器，包括玩家本地的客户端和具有权威性的服务端。

DS服务器本身和客户端代码一样的，通过权限控制来明确部分逻辑具体运行的端。

UE是标准的状态同步思路。

ListenServer较为少见，其即为一个局域网联机的主机端，暂不考虑

通信方式

客户端和服务器有两种通信方式：

  • 属性复制：对于表明需要复制的属性，服务端会将其同步到客户端上，这是服务器到客户端单向的
  • RPC调用：在调用一些代码时，其实际执行的可能在其他端，这是双向皆可的

类的网络存在

UE中的类会有四种不同的情况：

存在位置 典型例子
服务器 GameMode
服务器和所有客户端 GameState、PlayerState、Character
服务器和仅拥有者的客户端 PlayerController
客户端 HUD、UI

网络模式 ENetMode

网络模式分成四种：

  • NM_Standalone：标准的单机，没有服务器
  • NM_DedicatedServer：DS模式下的服务器
  • NM_ListenServer：LS模式，局域网联机下的服务器
  • NM_Client：在有服务器模式下的客户端

网络角色 ENetRole

一个Actor在网络复制后、在客户端和远端分别担任一些网络角色

  1. ROLE_None（不存在）：不存在角色、即没有复制的Actor的远程网络角色为不存在
  2. ROLE_SimulatedProxy（模拟）：客户端上的角色、即实际控制权不在本客户端上
  3. ROLE_AutonomousProxy（自治）：客户端上的角色、且实际控制权在本客户端上
  4. ROLE_Authority（权威）：服务器上的角色一律是权威的
  • 复制、服务端就是权威的、客户端是模拟或者自治的
  • 不复制、本端就是权威的，其他端的网络角色都是不存在的。即说明，就算某些Actor确认HasAuthority，也不代表它是一个服务端的权威。

以上均是主要以本端查看Actor的本地网络角色的角度，完整见下图

GetLocalRole()

视角\实际归属权 A客户端控制 服务器控制 B客户端控制
A客户端 自治 模拟 模拟
B客户端 模拟 模拟 自治
服务器 权威 权威 权威

GetRemoteRole()

视角\实际归属权 A客户端控制 服务器控制 B客户端控制
A客户端 权威 权威 权威
B客户端 权威 权威 权威
服务器 自治 模拟 自治

本地控制 isLocalController

用来判断这个是否是本地控制的，主要描述以下几个情况：

controller 通用于AI

  1. 单机时、必然为本地
  2. 本地是客户端、且本地网络角色为自治、即客户端对自己控制的Actor
  3. 本地网络角色为权威、且远程角色不为自治的、即服务器对不归属于客户端的AI、或者客户端对自己本地生成没有复制的

playerController 仅玩家控制器

  1. 本地网络模式为NM_DedicatedServer 服务器端、则肯定不是本地的。DS端没有本地玩家。
  2. 本地网络模式为NM_Standalone或者NM_Client，则肯定是本地的，单机没有其他端、客户端则PlayerController只存在本地客户端
  3. 本地网络模式为NM_ListenServer的，则返回设置好的，因为LS模式下、其他客户端的playerController也会在扮演服务器的客户端存在，因此会由其他地方设计

玩家控制器 playerController 和网络链接 NetConnection

联网流程

在联网的过程中，每当客户端尝试连接服务器时，都有如下流程：

  1. 客户端发送连接请求
  2. 服务端本地通过 GameMode:PreLogin 验证是否要接受连接
  3. 接受连接时，服务器发送当前地图供客户端加载
  4. 客户端加载成功后，发送 Join 信息到服务器
  5. 服务器接受连接后，客户端创建一个真实的客户端对应的 PlayerController， 并将其复制到对应客户端
  6. 一切顺利的话，服务器调用到 GameMode:PostLogin，此时RPC调用才可以正常进行

在第五步创建具备真实意义的PlayerController时，这个PlayerController才能够正常的拥有网络连接，这是一个对应关系

Actor的Owner

Actor的Owner是不断向上层追溯，寻找Owner的Owner，直到找到一个拥有网络连接的PlayerController。这说明属于

如果不存在时，说明在这个端上是没有网络链接的。

网络相关性 Relevancy

UE支持的地图很大，足以让有可能一局游戏都没法遇见另一个玩家，这种情况下的话，自然很有可能完全不需要关心对方的更新。

相关性判断

大部分Actor都统一使用一套相关性判断，

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// ActorReplication.cpp:322
bool AActor::IsNetRelevantFor(const AActor* RealViewer, const AActor* ViewTarget, const FVector& SrcLocation) const
{
    // 如果这个Actor是被标记了始终相关的，或者它的拥有者是视图目标，或者真实查看者是它的拥有者，或者这个Actor本身就是视图目标，或者视图目标是这个Actor的发起者， 则直接相关
    if (bAlwaysRelevant || IsOwnedBy(ViewTarget) || IsOwnedBy(RealViewer) || this == ViewTarget || ViewTarget == GetInstigator())
    {
        
        return true;
    }
    // 如果启用了拥有者相关性并且有拥有者，则调用拥有者的IsNetRelevantFor方法，判断拥有者是否相关
    else if (bNetUseOwnerRelevancy && Owner)
    {
        return Owner->IsNetRelevantFor(RealViewer, ViewTarget, SrcLocation);
    }
    // 如果标记了仅拥有者相关，则不相关
    else if (bOnlyRelevantToOwner)
    {
        return false;
    }
    // 如果有根组件，并且根组件的父组件存在，且父组件的拥有者存在，则调用父组件拥有者的IsNetRelevantFor方法，判断父组件拥有者是否相关
    else if (RootComponent && RootComponent->GetAttachParent() && RootComponent->GetAttachParent()->GetOwner() && 
            (Cast<USkeletalMeshComponent>(RootComponent->GetAttachParent()) || (RootComponent->GetAttachParent()->GetOwner() == Owner)))
    {
        return RootComponent->GetAttachParent()->GetOwner()->IsNetRelevantFor(RealViewer, ViewTarget, SrcLocation);
    }
    // 如果这个Actor是隐藏的，并且根组件不存在或根组件的碰撞未启用，则不相关
    else if(IsHidden() && (!RootComponent || !RootComponent->IsCollisionEnabled()))
    {
        return false;
    }

    // 如果没有根组件，则不相关
    if (!RootComponent)
    {
        return false;
    }

    // 返回是否启用了距离基础相关性，或者是否在网络相关性距离内
    return !GetDefault<AGameNetworkManager>()->bUseDistanceBasedRelevancy ||
            IsWithinNetRelevancyDistance(SrcLocation);
}

网络优先级 Prioritization

网络优先级则是衡量它在网络复制的权重，权重越高，更新越频繁

网络权重重要的是比率，无法通过提升数值来增强网络优先级

属性复制

将服务器的数据复制到客户端，包括Actor、ActorComponent、各种变量等。UObject也可以复制，但是必须要依托于一个Actor。

复制回调

  • 蓝图：蓝图通过RepNotify来执行属复制后的回调事件。
  • C++：C++通过ReplicateUsing宏来标注一个变量在同步后调用的函数。

复制条件

可以调整属性复制的条件、减少无端的流量消耗。

Condition 条件 说明 实例
COND_InitialOnly 该属性仅在初始数据组尝试发送
COND_OwnerOnly 该属性只会发送给Actor的所有者（owner） 一些可能只有玩家自己关心的数据、例如自己的CD倒计时
COND_SkipOwner 此属性会发送至除 Owner 之外的所有连接
COND_SimulatedOnly 此属性只会发送到模拟Actor（Simulated Actor）
COND_AutonomousOnly 该属性只会发送给自治Actor(autonomous Actor)
COND_SimulatedOrPhysics 该属性将发送到simulated 或 bRepPhysics Actor。
COND_InitialOrOwner 该属性将发送初始数据组，或发送给 Actor 的所有者
COND_Custom 该属性没有特定条件，但需要通过 SetCustomIsActiveOverride

使用思路

  1. 持久性数据都至少应该保留一个需要复制的对应数据和回调，这样能避免重连的情况下、RPC调用不会再次发生导致的数据丢失
  2. 不要调用其他对象上需要复制的数据，其他对象可能并未完成复制
  3. 只能关注一个接近最新的属性、它的变化过程很有可能丢失
  4. TArray在属性同步时很容易出现问题，在需要属性同步的应该一律使用TFastArray来代替

常见坑点：

  1. 蓝图的回调会在客户端和服务器上调用、而C++的只会在客户端调用，如果需要在服务器做变更后逻辑，得在服务器赋值后手动调用

  2. C++的回调只会在调用后发现属性值不一致，需要覆盖时调用。如果客户端已经修改成相同值，则不会调用。

    但是这个可以通过修改宏DOREPLIFETIME_WITH_PARAMS_FAST和修改 RepNotifyCondition 为 REPNOTIFY_Always 来保证每次服务器复制都会调用修改。

  3. 由于同步需要时间和同步顺序不确定、有可能同步时对象的属性还未能同步，所以最好不要使用其他对象上需要同步的数据

  4. TMap和TSet都不支持网络同步，只有TArray能够进行网络同步。但是对于中间的Remove导致的数组频繁删除，会有性能问题

  5. TArray对于普通类型能够直接判断值变化，但是复杂类型如UObject 指针，TArray是基于内存变化来判断是否发生改变的，单纯的修改不能触发网络复制

RPC

即调用函数，但是函数可能在远程其他端执行就是RPC

调用和类型

类型

RPC存在三种类型：

  • server：希望只在服务器上调用
  • client：希望只在对应客户端上调用
  • NetMuticast：希望在所有端上调用

从服务器调用的 RPC

Actor Ownership 未复制 NetMulticast Server Client
被客户端拥有 服务器上运行 服务器 + 所有客户端 服务器 在 actor 的所属客户端上运行
被服务器拥有 服务器 服务器 + 所有客户端 服务器 服务器
未被拥有 服务器 服务器 + 所有客户端 服务器 服务器

从客户端调用的RPC

Actor Ownership 未复制 NetMulticast Server Client
被执行调用的客户端拥有 在执行调用的客户端上运行 执行调用的客户端 服务器上 执行调用的客户端
被不同客户端拥有 执行调用的客户端 执行调用的客户端 丢弃 执行调用的客户端
被服务器拥有 执行调用的客户端 执行调用的客户端 丢弃 执行调用的客户端
未被拥有 执行调用的客户端 执行调用的客户端 丢弃 执行调用的客户端

可以简单理解为，只有客户端调用具备所有权的Actor的ServerRPC，才能逻辑正确的使用，其他情况都是本地调用

可靠性

RPC默认是不可靠的，使用的是UDP，即有可能丢失调用。

只有标记了Reliable宏的RPC才会使用TCP，但也不能保证一定调用到，如果判断网络相关性不足的话，有可能也不会被调用到。

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// NetDriver.cpp:6830
// Only send or queue multicasts if the actor is relevant to the connection
FNetViewer Viewer(Connection, 0.f);

if (Connection->GetUChildConnection() != nullptr)
{
    Connection = ((UChildConnection*)Connection)->Parent;
}

// It's possible that an actor is not relevant to a specific connection, but the channel is still alive (due to hysteresis).
// However, it's also possible that the Actor could become relevant again before the channel ever closed, and in that case we
// don't want to lose Reliable RPCs.
if (Actor->IsNetRelevantFor(Viewer.InViewer, Viewer.ViewTarget, Viewer.ViewLocation) ||
    ((Function->FunctionFlags & FUNC_NetReliable) && !!CVarAllowReliableMulticastToNonRelevantChannels.GetValueOnGameThread() && Connection->FindActorChannelRef(Actor)))
{
    // We don't want to call this unless necessary, and it will internally handle being called multiple times before a clear
    // Builds any shared serialization state for this rpc
    RepLayout->BuildSharedSerializationForRPC(Parameters);

    InternalProcessRemoteFunctionPrivate(Actor, SubObject, Connection, Function, Parameters, OutParms, Stack, bIsServer, RemoteFunctionFlags);
}

安全验证

WithValidation宏指定一个RPC验证函数，在RPC执行前需要验证，只有验证通过才可以执行。

WithValidation实际上可以用于Client，Server，NetMulticast的RPC函数，但一般来说还是用在Server的最多，因为一般是Server的数据最权威可以进行数据合法性校验。

使用思路

  1. RPC 主要作用是执行那些不可靠的暂时性/修饰性游戏事件（不要用RPC来发送持久性状态， 而应该选择使用属性复制）。 这其中包括播放声音、生成粒子或产生其他临时效果之类的事件，它们对于 Actor 的正常运作并不重要。
  2. RPC不存在返回值、如果希望有后续结果、需要使用反方向的一个新的RPC调用

常见坑点

  1. 在遇到“游戏状态恢复”的场景，比如网络游戏中的断线重连。然后你就可能会遇到一些对象在重连后状态不对，因为变化时使用的RPC是一次性的。

    当重连后，RPC不会再执行一次，所以客户端重连的状态与服务器其实是不同的。

    这时候需要使用属性同步来解决问题，但是属性回调在断线重连的时候也并不一定想执行，所以要重新审视一下回调函数里面的内容。

  2. 不要大量使用可靠RPC或者Tick中使用rpc，这会导致调用过多堵塞网络

  3. 在RPC调用时，如果传参带有某些依赖属性同步的变量，有可能会导致RPC执行时使用的变量是未复制的，可以通过 DelayUnmappedRPCs 来延迟RPC调用，但是还是最好避免这些戏法

  4. RPC时有可能直接被舍弃，例如一个很远的Actor上调用的RPC有可能不会在某个客户端上被调用，哪怕它是一个多播可靠RPC

  5. beginplay在客户端服务器都会执行，如果在beginplay执行另外一个actor的生成。可能会触发客户端和服务器都生成一遍自己的actor，结果客户端存在了两个Actor（一个自己生成的，一个服务器生产的）。

    之后在调用RPC的时候很可能会出现RPC执行失败，因为没有复制，本地生成的Actor没有任何connection信息。

  6. 不要把随时可能被destroyed的对象传进RPC的参数里面，RPC参数里面没有判断对象是否是合法的。如果传递的过程中对象被destroy掉，后续可能触发序列化找不到NETGUID的相关崩溃

参考资料

UE网络精粹

UE网络同步

《Exploring in UE4》关于网络同步的理解与思考[概念理解]

UE4 网络同步框架介绍及使用