UE4的NetWork简单原理

时间：2022-03-21 00:46:46

UE4内部封装实现了大量和网络相关的代码，使得我们不需要再自行编写很多底层的网络同步代码了（连接主机，套接字传输等等）。我们只需要实现相关的函数接口，并进行一定的设置，就可以实现网络游戏的功能了。
下面先讲讲UE4NetWork的几个要点：
*1.UE的网络同步和Replicate密切相关，从字面上理解，就是Server到Client的信息同步。
2.大部分的自动化Replicate都是Server到Client的，Client向Server发信息同步需要额外的设置。
3.GameMode只有一个实例，位于Server上。
4.默认情况下每当一个Client连接到Server，会在Server和Client两边都生成一个相应的Controller和玩家Actor。
5.Server拥有的Actor是源实例，别的Client上看到的是副本，是simulating copy。
6.相应地，如果一个Client连接到Server，会在Server和所有连接的Client上给他生成一个玩家Actor，但是注意了，该Client本地的这个Actor不是simulating copy，而其他Client中生成的这个副本是simulating copy。比如如果有3个玩家，一个Server两个Client，则第二个Client玩家的ActorC2在第一个Client玩家本地生成的ActorC2是simulating copy。但是第二个Client自己的ActorC2不是simulating copy，因为这个是源实例。别人的才是simulating copy。
7.Server在默认情况下（你不修改Actor内部实现）仅仅对远端（Remote）是simulating copy的Actor进行位置同步。比如，Server上连接了两个Client，Client1的玩家实例是ActorC1，Client2的是ActorC2。那么在Server和两个Client上都会同时存在3个Actor：ActorS，ActorC1，ActorC2。同步Replicate发生时，ActorC1不会把自己的位置同步给Client1，因为Server上的ActorC1查看了自己在远端Client1上的副本，发现不是simulating copy，所以不同步位置。而ActorC1在查看自己在远端Client2上的副本时，发现是simulating copy，所以会把自己的位置同步给Client2。*

那么我们现在实现一个最简单的网络同步试试：

1.创建一个项目，创建新的Pawn类。
2.在Pawn类的构造函数里添加一句：

//这个语句就是启动UE4内建的同步功能，同步功能是UE4内建在Actor类内部的，可以同步很多Actor的细节信息
//比如Actor的位置，角度，Attach顺序，是否模拟物理等等，这就是为什么Controller，GameMode等等都继承自Actor且被放进场景的原因，因为这样他们就可以享受Actor内部同步逻辑带来的好处
this->SetReplicates(true);

3.编写其他控制代码，使得Pawn可以相应操作，可以移动。
4.更改Play的Options，把玩家数改为2，窗口模式改为弹出额外窗口。
5.把DefaultPawnClass改为我们编写的可以网络同步的Pawn。（这一步是因为两个玩家都是UE自动Spawn的，他必须知道类型）
6.点击Play，可以看到弹出两个窗口，一个是Client一个是Server。
7.移动Server端游戏里的PawnS，可以发现Client上，那个PawnS也是移动的。
7.但是如果移动的是Client的PawnC，Server上的PawnC是不会动的，这就是我们提到的Replicate方向问题。自动的Replicate都是Server向Client进行同步的，Client不会实时向Server同步数据。
这一点很重要，因为Replicate都是Server向Client进行同步，所以我们大部分的运算和判定都应发生在Server上，然后Server把运算好的游戏世界同步到Client，而Client怎么通知Server输入或者一些重要的事件呢？

我们再编写下一个小程序：
1.直接修改刚才的源代码，对Client的输入监听函数进行一些修改：
原来的代码：

//控制这个Pawn向前移动，幅度为in
void moveforward(float in);
//控制水平移动的函数
void moveleft(float in);

修改为:

//这个依然是监听输入的函数，但是实现有变
void moveforward(float in);
//这个函数就比较重要了，他有Server修饰，表示这个函数即使被Client调用，也会在Server上处理，同理也有Client修饰符号
//WithValidation表示这个函数在调用远端相应函数时会进行有效性检查，有一种防止作弊的味道
//而reliable表示这个函数在本地调用之后，无论网络传输是否丢包，一定会在远端得到调用，是一个可靠传输
    UFUNCTION(Server, WithValidation, reliable)
void Servermoveforward(float in);
//这个函数是Servermoveforward真正的实现代码，Servermoveforward本身没有实现！
void Servermoveforward_Implementation(float in);
//这个函数会在Server上调用，是判断Client发来的参数是否正确可信，就是上边WithValidation对应的检查函数
bool Servermoveforward_Validate(float in);

void moveleft(float in);
    UFUNCTION(Server, WithValidation, reliable)
void Servermoveleft(float in);
void Servermoveleft_Implementation(float in);
bool Servermoveleft_Validate(float in);

cpp实现为：

void ANetWorkPawn::moveforward(float in)
{
if (in == 0)
return;

if (this->Role < ENetRole::ROLE_Authority)//看看是不是在Server上
    {
this->Servermoveforward(in);//不是的话，让Server处理这个移动
    }
else
this->Servermoveforward_Implementation(in);//是的话，自己处理这个移动
}

void ANetWorkPawn::Servermoveforward_Implementation(float in)
{
auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorForwardVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
}

bool ANetWorkPawn::Servermoveforward_Validate(float in)
{
//暂时先不考虑防作弊，直接返回true，如果返回false，Server会强制断开请求这个函数的Client
return true;
}

void ANetWorkPawn::moveleft(float in)
{
if (in == 0)
return;

if (this->Role < ENetRole::ROLE_Authority)
    {
this->Servermoveleft(in);
    }
else
this->Servermoveleft_Implementation(in);
}

void ANetWorkPawn::Servermoveleft_Implementation(float in)
{
auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorRightVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
}

bool ANetWorkPawn::Servermoveleft_Validate(float in)
{
return true;
}

可以看到，我们如果在Client进行前进输入，依然会调用到moveforward函数，但是moveforward已经不再是之前那样本地修改Actor的位置了，而是进行了Role的判断，Role是这个Actor所在位置的说明，如果是ROLE_Authority，表明这个Actor是Server上的Actor，如果不是，表明这个Actor是Client上的副本。所以我们判断当前调用输入的Actor到底是不是Server上的，如果是，我们直接进行移动逻辑（就是调用Servermoveforward_Implementation，因为移动逻辑都在这里），如果不是，我们调用Servermoveforward，这个函数看似是调用了本地的函数，但是因为他有UFUNCTION（Server）的修饰，UE将发送一些必要信息，使得这个函数在Server端被调用，于是Server端的Servermoveforward_Implementation就被调用了。而在Servermoveforward_Implementation中我们实现了移动逻辑。所以，Client在进行输入，他的输入请求被发送到了Server上相应的Actor内部，在那里进行了处理，之后Server又再次把Server端更新过的位置同步到Client（想想文章开头的simulating copy问题，这一句真的正确吗？），所以Client上的PawnC最后也移动了。

那么。。。如果真的照这个方法写的话，会发现一个问题：Client端移动PawnC，Server端的PawnC移动了（说明我们的远程调用是成功的），但是Client窗口中，他自己（PawnC）却纹丝未动。这就是文章开头提到的simulating copy身份问题，因为你拥有这个PawnC，所以在Server端看这个Actor的远端身份，不是simulating copy，所以不会把信息同步给你，我们看看UE4的Actor同步相关的源代码：

//Pawn的同步函数调用了其父类Actor的同步函数，而位置的同步也发生在底层--Actor中，所以我们找到这个函数
void AActor::GetLifetimeReplicatedProps( TArray< FLifetimeProperty > & OutLifetimeProps ) const
{
    UBlueprintGeneratedClass* BPClass = Cast<UBlueprintGeneratedClass>(GetClass());
if (BPClass != NULL)
    {
        BPClass->GetLifetimeBlueprintReplicationList(OutLifetimeProps);
    }

    DOREPLIFETIME( AActor, Role );
    DOREPLIFETIME( AActor, RemoteRole );
    DOREPLIFETIME( AActor, Owner );
    DOREPLIFETIME( AActor, bHidden );

    DOREPLIFETIME( AActor, bTearOff );
    DOREPLIFETIME( AActor, bCanBeDamaged );
    DOREPLIFETIME( AActor, AttachmentReplication );

    DOREPLIFETIME( AActor, Instigator );

//可以看到，同步是有条件的，只有当该Actor的远端（Remote）是simulated或者使用了物理引擎时，才进行位置同步
//而我们作为Client，拥有这个Actor，所以远端身份不是simulating copy，自然不会得到同步，PawnC在Client窗口也就不会移动了
    DOREPLIFETIME_CONDITION( AActor, ReplicatedMovement, COND_SimulatedOrPhysics );
}

UE为什幺这样写？因为本地拥有的Actor应该自己本地实现数据更新，之后在更新Server的数据，不能指望Server全部算好给你同步，这样可以节省不少的带宽。

那么我们的第二个程序怎样才能这正确呢？最简单的方法就是给Actor加上物理引擎模拟了

this->mesh->SetSimulatePhysics(true);

这样会强制使得Server端同步你的位置信息给你。因为那里的同步条件就是simulated或者使用了物理引擎。
最好的方法当然不是这样，我们应该在自己的Client端先进行移动逻辑，之后把自己的位置变动通知给Server，让Server更新自己那边的信息，把我们的位置移动转发到所有玩家哪里去（因为对于别的玩家，我们是simulating copy），代码更改为：

void ANetWorkPawn::moveforward(float in)
{
if (in == 0)
return;

//无论是Server还是Client，我们都先进行移动逻辑，如果是Server，他的移动也会被同步到Client，所以没有问题，如果是Client，他先自己移动一下，之后通知Server，让Server上和自己同步，达到所有人都同步的效果
auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorForwardVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
if (this->Role < ENetRole::ROLE_Authority)
    {
this->Servermoveforward(in);//如果是Client，我们要通知Server我们移动了
    }
}

void ANetWorkPawn::Servermoveforward_Implementation(float in)
{
auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorForwardVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
}

bool ANetWorkPawn::Servermoveforward_Validate(float in)
{
return true;
}

void ANetWorkPawn::moveleft(float in)
{
if (in == 0)
return;

auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorRightVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
if (this->Role < ENetRole::ROLE_Authority)
    {
this->Servermoveleft(in);
    }
}

void ANetWorkPawn::Servermoveleft_Implementation(float in)
{
auto locnow = this->GetActorLocation();
auto dir = this->GetActorRightVector()*in * 10;
this->SetActorLocation(locnow + dir);
}

bool ANetWorkPawn::Servermoveleft_Validate(float in)
{
return true;
}

一个小小的移动同步就要写这么多吗？是也不是，UE4的Character类中的几个移动函数是内建网络同步了的，不需要在进行多于处理。因为这里我们从Pawn级别开始写，所以就比较麻烦。

这里的代码和宏基本能实现简单的网络同步逻辑，但是我们可以看到，服务器等待，客户端接入，游戏开始等等功能的代码我们都没写，都是UE的editor帮我们直接搭建好的（在我们按下play的时候）但是一个网络游戏肯定不是一打开就连接好切地图环境都搭建好的，所以想制作一个完整的网络游戏我们还需UE4中很重要的一个部分，就是Session，wiki上有相关的介绍https://wiki.unrealengine.com/How_To_Use_Sessions_In_C%2B%2B，非常详细，Session就可以帮助我们实现从寻找房间，等待接入，玩家接入，发送地图，初始化地图环境等等功能了。

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