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[25486] 2016-09-14_使用Python和Asyncio编写在线多人游戏（一）

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2016-09-14_使用Python和Asyncio编写在线多人游戏（一） 使 用   P y t h o n   和   A s y n c i o   编 写 在 线 多 人 游 戏 （ 一 ） 原 创   译 者 x i n g l i a n f l y   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 0 9 - 1 4 你 在   P y t h o n   中 用 过 异 步 编 程 吗 ？ 本 文 中 我 会 告 诉 你 怎 样 做 ， 而 且 用 一 个 能 工 作 的 例 子 [ 1 ] 来 展 示 它 ： 这 是 一 个 流 行 的 贪 吃 蛇 游 戏 ， 而 且 是 为 多 人 游 戏 而 设 计 的 。 游 戏 入 口 在 此 ， 点 此 体 验 [ 2 ] 。 1 、 简 介 、 简 介 在 技 术 和 文 化 领 域 ， 大 规 模 多 人 在 线 游 戏 （ M M O ） 毋 庸 置 疑 是 我 们 当 今 世 界 的 潮 流 之 一 。 很 长 时 间 以 来 ， 为 一 个   M M O   游 戏 写 一 个 服 务 器 这 件 事 总 是 会 涉 及 到 大 量 的 预 算 与 复 杂 的 底 层 编 程 技 术 ， 不 过 在 最 近 这 几 年 ， 事 情 迅 速 发 生 了 变 化 。 基 于 动 态 语 言 的 现 代 框 架 允 许 在 中 档 的 硬 件 上 面 处 理 大 量 并 发 的 用 户 连 接 。 同 时 ， H T M L 5   和   W e b S o c k e t s   标 准 使 得 创 建 基 于 实 时 图 形 的 游 戏 的 直 接 运 行 至 浏 览 器 上 的 客 户 端 成 为 可 能 ， 而 不 需 要 任 何 的 扩 展 。 对 于 创 建 可 扩 展 的 非 堵 塞 性 的 服 务 器 来 说 ， P y t h o n   可 能 不 是 最 受 欢 迎 的 工 具 ， 尤 其 是 和 在 这 个 领 域 里 最 受 欢 迎 的   N o d e . j s   相 比 而 言 。 但 是 最 近 版 本 的   P y t h o n   正 在 改 变 这 种 现 状 。 a s y n c i o [ 3 ]   的 引 入 和 一 个 特 别 的   a s y n c / a w a i t [ 4 ]   语 法 使 得 异 步 代 码 看 起 来 像 常 规 的 阻 塞 代 码 一 样 ， 这 使 得 P y t h o n   成 为 了 一 个 值 得 信 赖 的 异 步 编 程 语 言 ， 所 以 我 将 尝 试 利 用 这 些 新 特 点 来 创 建 一 个 多 人 在 线 游 戏 。 2 、 异 步 、 异 步 一 个 游 戏 服 务 器 应 该 可 以 接 受 尽 可 能 多 的 用 户 并 发 连 接 ， 并 实 时 处 理 这 些 连 接 。 一 个 典 型 的 解 决 方 案 是 创 建 线 程 ， 然 而 在 这 种 情 况 下 并 不 能 解 决 这 个 问 题 。 运 行 上 千 的 线 程 需 要   C P U   在 它 们 之 间 不 停 的 切 换 （ 这 叫 做 上 下 文 切 换 ） ， 这 将 导 致 开 销 非 常 大 ， 效 率 很 低 下 。 更 糟 糕 的 是 使 用 进 程 来 实 现 ， 因 为 ， 不 但 如 此 ， 它 们 还 会 占 用 大 量 的 内 存 。 在   P y t h o n   中 ， 甚 至 还 有 一 个 问 题 ， P y t h o n   的 解 释 器 （ C P y t h o n ） 并 不 是 针 对 多 线 程 设 计 的 ， 相 反 它 主 要 针 对 于 单 线 程 应 用 实 现 最 大 的 性 能 。 这 就 是 为 什 么 它 使 用   G I L （ g l o b a l   i n t e r p r e t e r   l o c k ） ， 这 是 一 个 不 允 许 同 时 运 行 多 线 程   P y t h o n   代 码 的 架 构 ， 以 防 止 同 一 个 共 享 对 象 出 现 使 用 不 可 控 。 正 常 情 况 下 ， 在 当 前 线 程 正 在 等 待 的 时 候 ， 解 释 器 会 转 换 到 另 一 个 线 程 ， 通 常 是 等 待 一 个   I / O   的 响 应 （ 举 例 说 ， 比 如 等 待   W e b   服 务 器 的 响 应 ） 。 这 就 允 许 在 你 的 应 用 中 实 现 非 阻 塞   I / O   操 作 ， 因 为 每 一 个 操
作 仅 仅 阻 塞 一 个 线 程 而 不 是 阻 塞 整 个 服 务 器 。 然 而 ， 这 也 使 得 通 常 的 多 线 程 方 案 变 得 几 近 无 用 ， 因 为 它 不 允 许 你 并 发 执 行   P y t h o n   代 码 ， 即 使 是 在 多 核 心 的   C P U   上 也 是 这 样 。 而 与 此 同 时 ， 在 一 个 单 一 线 程 中 拥 有 非 阻 塞   I / O   是 完 全 有 可 能 的 ， 因 而 消 除 了 经 常 切 换 上 下 文 的 需 要 。 实 际 上 ， 你 可 以 用 纯   P y t h o n   代 码 来 实 现 一 个 单 线 程 的 非 阻 塞   I / O 。 你 所 需 要 的 只 是 标 准 的   s e l e c t [ 5 ]   模 块 ， 这 个 模 块 可 以 让 你 写 一 个 事 件 循 环 来 等 待 未 阻 塞 的   s o c k e t   的   I / O 。 然 而 ， 这 个 方 法 需 要 你 在 一 个 地 方 定 义 所 有   a p p   的 逻 辑 ， 用 不 了 多 久 ， 你 的   a p p   就 会 变 成 非 常 复 杂 的 状 态 机 。 有 一 些 框 架 可 以 简 化 这 个 任 务 ， 比 较 流 行 的 是   t o r n a d e [ 6 ]   和   t w i s t e d [ 7 ] 。 它 们 被 用 来 使 用 回 调 方 法 实 现 复 杂 的 协 议 （ 这 和   N o d e . j s   比 较 相 似 ） 。 这 种 框 架 运 行 在 它 自 己 的 事 件 循 环 中 ， 按 照 定 义 的 事 件 调 用 你 的 回 调 函 数 。 并 且 ， 这 或 许 是 一 些 情 况 的 解 决 方 案 ， 但 是 它 仍 然 需 要 使 用 回 调 的 方 式 编 程 ， 这 使 你 的 代 码 变 得 碎 片 化 。 与 写 同 步 代 码 并 且 并 发 地 执 行 多 个 副 本 相 比 ， 这 就 像 我 们 在 普 通 的 线 程 上 做 的 一 样 。 在 单 个 线 程 上 这 为 什 么 是 不 可 能 的 呢 ？ 这 就 是 为 什 么 出 现 微 线 程 （ m i c r o t h r e a d ） 概 念 的 原 因 。 这 个 想 法 是 为 了 在 一 个 线 程 上 并 发 执 行 任 务 。 当 你 在 一 个 任 务 中 调 用 阻 塞 的 方 法 时 ， 有 一 个 叫 做 “ m a n a g e r ”   ( 或 者 “ s c h e d u l e r ” ) 的 东 西 在 执 行 事 件 循 环 。 当 有 一 些 事 件 准 备 处 理 的 时 候 ， 一 个   m a n a g e r   会 转 移 执 行 权 给 一 个 任 务 ， 并 等 着 它 执 行 完 毕 。 任 务 将 一 直 执 行 ， 直 到 它 遇 到 一 个 阻 塞 调 用 ， 然 后 它 就 会 将 执 行 权 返 还 给   m a n a g e r 。 微 线 程 也 称 为 轻 量 级 线 程 （ l i g h t w e i g h t   t h r e a d s ） 或 绿 色 线 程 （ g r e e n   t h r e a d s ） （ 来 自 于   J a v a   中 的 一 个 术 语 ） 。 在 伪 线 程 中 并 发 执 行 的 任 务 叫 做   t a s k l e t s 、 g r e e n l e t s   或 者 协 程 （ c o r o u t i n e s ） 。 P y t h o n   中 的 微 线 程 最 早 的 实 现 之 一 是   S t a c k l e s s   P y t h o n [ 8 ] 。 它 之 所 以 这 么 知 名 是 因 为 它 被 用 在 了 一 个 叫   E V E   o n l i n e [ 9 ]   的 非 常 有 名 的 在 线 游 戏 中 。 这 个   M M O   游 戏 自 称 说 在 一 个 持 久 的 “ 宇 宙 ” 中 ， 有 上 千 个 玩 家 在 做 不 同 的 活 动 ， 这 些 都 是 实 时 发 生 的 。 S t a c k l e s s   是 一 个 独 立 的   P y t h o n 解 释 器 ， 它 代 替 了 标 准 的 函 数 栈 调 用 ， 并 且 直 接 控 制 程 序 运 行 流 程 来 减 少 上 下 文 切 换 的 开 销 。 尽 管 这 非 常 有 效 ， 这 个 解 决 方 案 不 如 在 标 准 解 释 器 中 使 用 “ 软 ” 库 更 流 行 ， 像   e v e n t l e t [ 1 0 ]   和   g e v e n t [ 1 1 ]   的 软 件 包 配 备 了 修 补 过 的 标 准   I / O   库 ， I / O   函 数 会 将 执 行 权 传 递 到 内 部 事 件 循 环 。 这 使 得 将 正 常 的 阻 塞 代 码 转 变 成 非 阻 塞 的 代 码 变 得 简 单 。 这 种 方 法 的 一 个 缺 点 是 从 代 码 上 看 这 并 不 分 明 ， 它 的 调 用 是 非 阻 塞 的 。 新 版 本 的   P y t h o n 引 入 了 本 地 协 程 作 为 生 成 器 的 高 级 形 式 。 在   P y t h o n   的   3 . 4   版 本 之 后 ， 引 入 了   a s y n c i o   库 ， 这 个 库 依 赖 于 本 地 协 程 来 提 供 单 线 程 并 发 。 但 是 仅 仅 到 了   P y t h o n   3 . 5   ， 协 程 就 变 成 了   P y t h o n   语 言 的 一 部 分 ， 使 用 新 的 关 键 字   a s y n c   和   a w a i t   来 描 述 。 这 是 一 个 简 单 的 例 子 ， 演 示 了 使 用 a s y n c i o   来 运 行 并 发 任 务 。 2 .   7 .   1 .   i m p o r t   a s y n c i o 3 .   a s y n c   d e f   m y _ t a s k ( s e c o n d s ) : 4 .           p r i n t ( " s t a r t   s l e e p i n g   f o r   { }   s e c o n d s " . f o r m a t ( s e c o n d s ) ) 5 .           a w a i t   a s y n c i o . s l e e p ( s e c o n d s ) 6 .           p r i n t ( " e n d   s l e e p i n g   f o r   { }   s e c o n d s " . f o r m a t ( s e c o n d s ) ) 8 .   a l l _ t a s k s   =   a s y n c i o . g a t h e r ( m y _ t a s k ( 1 ) ,   m y _ t a s k ( 2 ) ) 9 .   l o o p   =   a s y n c i o . g e t _ e v e n t _ l o o p ( ) 1 0 .   l o o p . r u n _ u n t i l _ c o m p l e t e ( a l l _ t a s k s ) 1 1 .   l o o p . c l o s e ( )        
我 们 启 动 了 两 个 任 务 ， 一 个 睡 眠   1   秒 钟 ， 另 一 个 睡 眠   2   秒 钟 ， 输 出 如 下 ： 正 如 你 所 看 到 的 ， 协 程 不 会 阻 塞 彼 此 — — 第 二 个 任 务 在 第 一 个 结 束 之 前 启 动 。 这 发 生 的 原 因 是   a s y n c i o . s l e e p   是 协 程 ， 它 会 返 回 执 行 权 给 调 度 器 ， 直 到 时 间 到 了 。 在 下 一 节 中 ， 我 们 将 会 使 用 基 于 协 程 的 任 务 来 创 建 一 个 游 戏 循 环 。 v i a :   h t t p s : / / 7 w e b p a g e s . c o m / b l o g / w r i t i n g - o n l i n e - m u l t i p l a y e r - g a m e - w i t h - p y t h o n - a s y n c i o - g e t t i n g - a s y n c h r o n o u s / 作 者 ： K y r y l o   S u b b o t i n [ 1 2 ]   译 者 ： x i n g l i a n f l y [ 1 3 ]   校 对 ： w x y [ 1 4 ] 本 文 由   L C T T [ 1 5 ]   原 创 编 译 ， L i n u x 中 国 [ 1 6 ]   荣 誉 推 出 （ 题 图 来 自 ： d e v i a n t a r t . n e t [ 1 7 ] ） [ 1 ] :   h t t p : / / s n a k e p i t - g a m e . c o m / [ 2 ] :   h t t p : / / s n a k e p i t - g a m e . c o m / [ 3 ] :   h t t p s : / / d o c s . p y t h o n . o r g / 3 / l i b r a r y / a s y n c i o . h t m l [ 4 ] :   h t t p s : / / d o c s . p y t h o n . o r g / 3 / w h a t s n e w / 3 . 5 . h t m l # w h a t s n e w - p e p - 4 9 2 [ 5 ] :   h t t p s : / / d o c s . p y t h o n . o r g / 2 / l i b r a r y / s e l e c t . h t m l [ 6 ] :   h t t p : / / w w w . t o r n a d o w e b . o r g / [ 7 ] :   h t t p : / / t w i s t e d m a t r i x . c o m / [ 8 ] :   h t t p : / / w w w . s t a c k l e s s . c o m / [ 9 ] :   h t t p : / / w w w . e v e o n l i n e . c o m / [ 1 0 ] :   h t t p : / / e v e n t l e t . n e t / [ 1 1 ] :   h t t p : / / w w w . g e v e n t . o r g / [ 1 2 ] :   h t t p s : / / 7 w e b p a g e s . c o m / b l o g / w r i t i n g - o n l i n e - m u l t i p l a y e r - g a m e - w i t h - p y t h o n - a s y n c i o - g e t t i n g - a s y n c h r o n o u s / [ 1 3 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / x i n g l i a n f l y [ 1 4 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / w x y [ 1 5 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / L C T T / T r a n s l a t e P r o j e c t [ 1 6 ] :   h t t p s : / / l i n u x . c n / [ 1 7 ] :   h t t p : / / i m g 0 0 . d e v i a n t a r t . n e t / 4 4 f 3 / i / 2 0 0 9 / 1 2 1 / 1 / 6 / h y d r a _ b y _ r u t h _ t a y . j p g 推 荐 文 章 推 荐 文 章 点 击 标 题 或 输 入 文 章   I D   直 达 该 文 章 1 .   s t a r t   s l e e p i n g   f o r   1   s e c o n d s 2 .   s t a r t   s l e e p i n g   f o r   2   s e c o n d s 3 .   e n d   s l e e p i n g   f o r   1   s e c o n d s 4 .   e n d   s l e e p i n g   f o r   2   s e c o n d s
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