【网络游戏专题】时间同步装置

    在网络游戏中，有一个最基本的需求是，如果让一个玩家的动作（比如行走）即时地、流畅地在其它的游戏地理位置相邻的玩家的屏幕上显现，如果是在局域网内，这个不是什么大不了的问题，但是如果游戏玩家是分散在Internet上的用户，由于网络的延时的影响，使得其成为项颇有难度的任务。你只要想一下，玩家A发出的消息经过服务器中转到达玩家B时可能已经经过了几秒钟，那么A和B的游戏状态同步就是个问题了。关于解决状态同步问题的方案有一些，比如，预测拉扯技术、服务器验证同步技术、半服务器同步技术等，但是所有这些技术都需要依赖一个更基础的装置－－时间同步装置，时间同步装置用于让所有的游戏客户端、游戏服务端都遵守同一个标准的时间，这样，由不同节点发出的消息上的时间戳才有统一的参考标准，这样我们才能比较准确的计算消息从A到B的延时。
    我采用这样的方式来实现时间同步装置：
（1）采用服务器（组）的时间为标准时间，这样所有客户端只要与服务器时钟同步即可。
（2）采用类似ping的技术来测量消息从客户端到服务端再回到客户端所花费的时间。
（3）通过一个系数可以调整消息上行速度和下行速度的比例，该比例默认为1，可以根据网络状况进行动态调整。
（4）可以每隔一段指定时间间隔自动同步一次，也支持强制手动调用同步。
    这基本上是时间同步装置的核心思想，在设计时，我考虑把它设计得更方便应用，详细讲解如下：
    首先，是定义时间同步装置的接口－－IStandardTimeSynchronizer。

    /// <summary>
    /// IStandardTimeSynchronizer 时间同步装置，将服务器的时间作为标准时间参考系。
    /// zhuweisky 2008.03.05
    /// </summary>
    public interface IStandardTimeSynchronizer
    {
        /// <summary>
        /// SynchronizeSpanInSecs 自动同步服务器时间的时间间隔。
        /// </summary>
        int SynchronizeSpanInSecs { get;set; }

        IPinger Pinger { set; }

        void Initialize();

        /// <summary>
        /// GetCurrentStandardTime 获取经过本地预测的服务器当前标准时间
        /// </summary>        
        DateTime GetCurrentStandardTime();

        /// <summary>
        /// Synchronize 与服务器进行时间同步，手动强制同步
        /// </summary>
        void Synchronize();

        /// <summary>
        /// ComputeLifeInMSecs 计算标记戳时的时刻到现在过了多少ms。（即，消息的当前年龄:)）
        /// 注意，消息中的时间戳也是记录的当时（预测）的服务器标准时间。
        /// </summary>
        /// <param name="timeStamp">消息中的时间戳</param>        
        double ComputeLifeInMSecs(DateTime msgStampTime);
    }

    Initialize方法用于启动自动同步的定时器。IPinger接口用于发送ping消息到服务器，并带回服务器接收到ping消息的时间：

    /// <summary>
    /// IPinger 用于向服务器发送ping消息，用于计算消息延迟和预测服务器标准时间。
    /// 服务器对该ping消息的应答中必须包含服务器应答时刻的时间戳。
    /// zhuweisky 2008.01.05
    /// </summary>
    public interface IPinger
    {
        /// <summary>
        /// Ping 当该方法被调用时，客户端立即向服务器发送ping消息然后阻塞，直至收到服务器对该ping消息的应答后该函数才能返回。 
        /// </summary>
        void Ping(out DateTime serverTimeStamp);
    }

    注意ping方法的注释：Ping方法被调用时，客户端立即向服务器发送ping消息然后阻塞，直至收到服务器对该ping消息的应答后该函数才能返回。为了避免额外的延迟，服务器必须非常迅速地应答Ping消息。关于服务端和客户端之间的高效通信，我使用通信框架ESFramework来解决。
    下面我们继续看时间同步装置的完整实现：

    public class StandardTimeSynchronizer :BaseCycleEngine  ,IStandardTimeSynchronizer
    {
        /// <summary>
        /// timeModifiedInMSecs 本地时间与服务器时间的差值（ms）。如果本地时间快，则取正值，否则取负值。
        /// </summary>
        private double timeModifiedInMSecs = 0;

        /// <summary>
        /// circleSpanInMSecs 从发出ping消息到收到服务器应答的总时间（ms）
        /// </summary>
        private double circleSpanInMSecs = 0;

        /// <summary>
        /// coefUpDownSpeed 消息下行的速度与上行速度的比例
        /// </summary>
        private double coefDownUpSpeed = 1;

        #region IStandardTimeSynchronizer 成员

        #region SynchronizeSpanInSecs
        private int synchronizeSpanInSecs = 10;
        public int SynchronizeSpanInSecs
        {
            get { return base.DetectSpanInSecs; }
            set { base.DetectSpanInSecs = value; }
        } 
        #endregion       

        #region Pinger
        private IPinger pinger;
        public IPinger Pinger
        {
            set { pinger = value; }
        } 
        #endregion

        public void Initialize()
        {
            base.Start();
        }

        protected override bool DoDetect()
        {
            Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
            DateTime serverTimeStamp;
            this.pinger.Ping(out serverTimeStamp);
            this.circleSpanInMSecs = stopwatch.ElapsedMilliseconds;

            DateTime pingBackTime = DateTime.Now;

            double downCostInMSecs = this.circleSpanInMSecs / (coefDownUpSpeed + 1);//消息下行时间
            DateTime estimateServerActionTime = pingBackTime - TimeSpan.FromMilliseconds(downCostInMSecs); 

            TimeSpan timeModifiedSpan = estimateServerActionTime - serverTimeStamp ;
            this.timeModifiedInMSecs = timeModifiedSpan.TotalMilliseconds;

            return true;
        }

        public DateTime GetCurrentStandardTime()
        {
            return DateTime.Now.AddMilliseconds(-this.timeModifiedInMSecs);
        }

        public void Synchronize()
        {
            this.DoDetect();
        }

        public double ComputeLifeInMSecs(DateTime msgStampTime)
        {
            DateTime estimateServerCurTime = this.GetCurrentStandardTime();
            TimeSpan span = estimateServerCurTime - msgStampTime;

            return span.TotalMilliseconds;
        }
        
        #endregion
    }

    BaseCycleEngine是一个循环工作的引擎，用于每隔一段时间执行一次DoDetect方法调用。

    上面介绍的是时间同步装置的客户端的实现，服务端的实现相当简单，只需要实现ESFramework中一个消息处理器接口并插入到框架即可。

    关于这种方案的缺陷是，如果消息上行速度和下行速度差异很大，而速度比例系数coefDownUpSpeed又设置不当的话，那么时间同步的误差就比较大，不知道你是否有更好的办法了？能够提高时间同步的精确度：）