3.1 簡介
? ? ? 在設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)時，一個比較有趣的問題就是確保系統(tǒng)在伸縮時的彈性。隨著越來越多的系統(tǒng)運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)上或在互聯(lián)網(wǎng)上提供訪問，伸縮性正變得越來越重要。對于這樣的系統(tǒng)，如果你希望誤差的范圍在幾個數(shù)量級以內(nèi)，那么容量規(guī)劃的想法顯然是荒謬的。如
果你架起一個網(wǎng)站，然后它火了，你可能會突然發(fā)現(xiàn)有幾百萬的用戶訪問你的站點(diǎn)。同樣容易出現(xiàn)的情況是，你架起了一個網(wǎng)站，卻發(fā)現(xiàn)沒有人感興趣，你投入的所有設(shè)備都閑置著，消耗著能源和管理成本，浪費(fèi)錢財（這同樣是一種災(zāi)難）。在網(wǎng)絡(luò)世界里，一個站點(diǎn)可以在幾分鐘內(nèi)從其中一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)。

? ? ? ?只要是將系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，每個人都會遇到伸縮性問題，但是“大型多人在線游戲”（MMO）和虛擬世界特別關(guān)注這一點(diǎn)。這些系統(tǒng)必須具備伸縮性，以滿足大量的用戶。Web服務(wù)器的用戶常常讀取的是靜態(tài)的內(nèi)容，而且彼此之間沒有交互，但MMO中的玩家或虛擬世界中的居民則不同，他們既需要與所處的世界進(jìn)行交互（這改變了世界的基本信息），也需要彼此之間的交互。這些交互行為使得這類系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的伸縮性問題變得更復(fù)雜，因為用戶與系統(tǒng)的交互幾乎是獨(dú)立的（除了那些不獨(dú)立的情況），而且不會讓世界的狀態(tài)改變太多。對于一個世界里的任意兩個參與者，他們在某個時刻進(jìn)行交互的幾率是非常小的。但是，幾乎所有玩家在所有時候都在與他人交互。結(jié)果是這種系統(tǒng)并行程度非常高，但只有少數(shù)的交互是互相依賴的。

? ? ? ?由于這些系統(tǒng)所培育起來的文化，MMO和虛擬世界的伸縮性問題進(jìn)一步復(fù)雜化了。MMO和虛擬世界都源自于視頻游戲產(chǎn)品。這是一種從PC游戲和游戲機(jī)游戲傳統(tǒng)中成長起來的文化，在這種傳統(tǒng)中，程序員會假定游戲運(yùn)行在一臺獨(dú)立的機(jī)器或游戲機(jī)上。在這樣的環(huán)境中，機(jī)器所有的資源都受游戲程序控制，程序的問題也限于單個用戶玩游戲的情況（實(shí)際上，缺陷或奇怪的行為常常會被認(rèn)為是游戲本身邏輯的一部分）。

? ? ? ? 這些游戲和編寫、出品、擴(kuò)展它們的公司，都屬于娛樂行業(yè)。編寫游戲的團(tuán)隊由一個出品人領(lǐng)導(dǎo)，有劇本和背景故事。游戲的目標(biāo)是刺激、打動人，最重要的一點(diǎn)，要好玩。可靠性很好，但不一定必需。可擴(kuò)展性是游戲的特性，讓游戲在升級時能夠加入新的故事情節(jié)和主題，但可擴(kuò)展性不是代碼的特性，不必讓代碼能以新的、不同的方式使用。

? ? ? ?在線游戲和虛擬世界的興起將這種文化帶入了一個新的環(huán)境，在這個環(huán)境中，需求與企業(yè)應(yīng)用開發(fā)者所面對的類似。多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器上交互時，由于一個玩家的意外動作而導(dǎo)致的服務(wù)器崩潰將影響許多其他玩家。隨著這些世界發(fā)展出自己的經(jīng)濟(jì)（有些經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)濟(jì)有關(guān)系），在線世界的穩(wěn)定性和一致性就超出了一個游戲的要求。隨著這些世界中玩家或居民的人數(shù)達(dá)到百萬級，伸縮的能力就成為了任何架構(gòu)的首要需求。

? ? ? Darkstar項目（本章后面將簡稱為Darkstar）是對這些游戲和虛擬世界創(chuàng)建者的需求挑戰(zhàn)的回答。這個項目由Sun公司實(shí)驗室的一個研究小組承擔(dān)，它將在架構(gòu)的伸縮性領(lǐng)域不斷探索。這個項目特別有趣之處在于，它是針對MMO和虛擬世界的創(chuàng)建者，這些程序員與我們（作為系統(tǒng)設(shè)計者）所熟悉的那些程序員相比，有著非常不同的需求。得到的架構(gòu)看起來似乎很眼熟，但如果你仔細(xì)查看，會發(fā)現(xiàn)它的不同之處，它與你的經(jīng)驗有所不同。得到的架構(gòu)有著屬于它自己的美麗，同時它也是一堂實(shí)踐課，說明了不同的需求如何改變你所想到的構(gòu)建系統(tǒng)的方式。

3.2 背景
? ? ? ? 像一座建筑或一個城市的物理架構(gòu)一樣，系統(tǒng)的架構(gòu)必須適應(yīng)環(huán)境，利用該架構(gòu)創(chuàng)建的工件將存在于該環(huán)境之中。對于物理架構(gòu)來說，這個環(huán)境包括工作的歷史環(huán)境、它所處位置的氣候、本地工人的技能、可以獲得的建筑材料，以及建筑的使用意圖。對于軟件架構(gòu)，這個環(huán)境不僅包括使用該架構(gòu)的應(yīng)用程序，也包括那些要使用該架構(gòu)的程序員，以及由此受到的系統(tǒng)約束。

? ? ? ?在創(chuàng)建Darkstar架構(gòu)時，我們（注1）意識到的第一件事就是所有針對伸縮性而設(shè)計的架構(gòu)都需要包含多臺機(jī)器。我們不清楚，就算是最大的大主機(jī)系統(tǒng)是否能夠滿足今天的一些在線游戲的要求（例如《魔獸世界》，據(jù)報道它有500萬注冊用戶，幾十萬的同時在線

用戶）。就算單臺機(jī)器能夠處理這種負(fù)載，我們也不能在一開始就假定游戲會取得如此成功，需要這樣的硬件投資。這在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。這種應(yīng)用需要能夠從很小的系統(tǒng)開始，然后隨著用戶數(shù)的增長而增加處理能力，最后隨著大家對游戲興趣的衰退而降低處理能力。這與分布系統(tǒng)的特點(diǎn)相符，在分布式系統(tǒng)中，我們可以隨著請求增長而添加（合理的小）機(jī)器，當(dāng)請求下降時移走機(jī)器。所以我們從一開始就知道，總體架構(gòu)必須是一個分布式系統(tǒng)。

? ? ? ? 我們也知道系統(tǒng)利用了芯片架構(gòu)的當(dāng)前趨勢。MMO和虛擬世界（在較小程度上）曾經(jīng)針對伸縮性利用過摩爾定律。隨著處理器的速度倍增，可以創(chuàng)造的世界會在復(fù)雜度、豐富程度和互動性方面倍增。沒有其他計算領(lǐng)域像游戲世界這樣探索過處理器速度的增長所帶來的好處。為游戲而設(shè)計的個人計算機(jī)總是將CPU速度、內(nèi)存和圖形性能推向極致。游戲機(jī)更激進(jìn)地將這些方面推向極致，它們包含的圖形系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了高端工作站上的圖形系統(tǒng)，整個機(jī)器完全是為了游戲玩家的特殊需要而打造的。

? ? ? ?芯片演進(jìn)方面最近的變化是從不斷增加的時鐘速度轉(zhuǎn)為實(shí)現(xiàn)多核處理器，這已經(jīng)對游戲中能做的事情產(chǎn)生了影響。新芯片的設(shè)計目標(biāo)不是將一件事做得更快，而是同時做多件事。如果在芯片上運(yùn)行的多項任務(wù)實(shí)際上可以同時執(zhí)行，那么在芯片層面上引入并發(fā)執(zhí)行將帶來更好的總體性能。在不改變時鐘速度的情況下，4核的芯片應(yīng)該能比單核的芯片多做3倍的事情。實(shí)際上，這種增長不是呈線性的，因為系統(tǒng)的其他一些部分沒有以同樣的方式實(shí)現(xiàn)并發(fā)。但是可以通過并發(fā)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體性能的增長，而且制造這種并發(fā)的芯片比制造增加時鐘速度的芯片要容易得多。

? ? ? ?基于這一事實(shí)，MMO和虛擬世界應(yīng)該是多核芯片和分布式系統(tǒng)的理想候選者。在MMO或虛擬世界中發(fā)生的大多數(shù)事情就像在真實(shí)世界中發(fā)生的大多數(shù)事情一樣，與該世界中發(fā)生的其他事情是無關(guān)的。玩家繼續(xù)他們的搜索或裝飾他們的房間。他們與怪物交戰(zhàn)或設(shè)計衣服。即使他們與該世界中的另一個玩家或居民發(fā)生交互，也只是與該世界的很少一部分居民發(fā)生交互。這正是令人為難的并行計算任務(wù)的特點(diǎn)，也正是多核和多機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該擅長處理的那種任務(wù)。

? ? ? ?盡管這些系統(tǒng)中的任務(wù)的并行度讓人為難，但為這樣的系統(tǒng)編程的程序員卻沒有接受過分布式計算或并發(fā)編程方面的訓(xùn)練，也沒有這方面的經(jīng)驗。這是極為微妙的領(lǐng)域，即使是在這個領(lǐng)域接受過訓(xùn)練的人和對這些技術(shù)相當(dāng)有經(jīng)驗的人也會感到困難。要讓大多數(shù)游戲程序員來開發(fā)高度并發(fā)的、分布式游戲服務(wù)器，就是要求他們做超出自己的專長和經(jīng)驗的事。

3.2.1 首要目標(biāo)
? ? ? ? ?這樣的背景為我們確立了該架構(gòu)的首要目標(biāo)。對伸縮性的需求表明，系統(tǒng)應(yīng)該是分布式的、并發(fā)的，但我們需要為游戲開發(fā)者提供簡單得多的編程模型。簡而言之，目標(biāo)就是游戲程序員應(yīng)該把該系統(tǒng)視為一臺單機(jī)，運(yùn)行著一個線程，所有允許部署到多線程和多計算機(jī)上的機(jī)制都應(yīng)該由Darkstar項目的基礎(chǔ)設(shè)施來考慮。在一般的情況下，對應(yīng)用程序隱藏分布式和并發(fā)是不可能的。但MMO和虛擬世界不是一般的情況。我們試圖實(shí)現(xiàn)的這種隱藏，其代價就是必需一種非常特別的、嚴(yán)格限制的編程模型。幸運(yùn)的是，這種模型恰好非常適合游戲服務(wù)器和虛擬世界已經(jīng)采用的編程方式。

? ? ? ? ?Darkstar項目要求的一般編程模型是反應(yīng)式的，在這種編程模型中，游戲的服務(wù)器端寫成了事件監(jiān)聽器，監(jiān)聽客戶端生成的事件（客戶端就是游戲玩家使用的機(jī)器，通常是一臺PC或游戲機(jī)）。如果檢測到事件，游戲服務(wù)器就應(yīng)該生成一項任務(wù)，這個任務(wù)是一個短期的計算序列，包括操作虛擬世界中的信息，并與最初生成事件的客戶端或其他一些客戶端進(jìn)行通信。任務(wù)也可以由游戲服務(wù)器自己生成，要么是響應(yīng)某些內(nèi)部的變化，要么是周期性地根據(jù)時間來生成任務(wù)。在這種情況下，游戲服務(wù)器可以在游戲或虛擬世界中生成一些角色，這些角色是不受外部玩家控制的。

? ? ? ? 這種編程模型非常適合游戲和虛擬世界，但它也應(yīng)用于一些企業(yè)級的架構(gòu)中，如J2EE和Web服務(wù)。之所以需要創(chuàng)建一個不同于這些企業(yè)計算機(jī)制的架構(gòu)，是因為MMO和虛擬世界存在的環(huán)境非常不一樣。這種環(huán)境幾乎剛好和經(jīng)典企業(yè)環(huán)境相反，這意味著如果你接受過企業(yè)環(huán)境方面的訓(xùn)練，你知道的所有事情在這個新世界中幾乎都是錯的。經(jīng)典的企業(yè)環(huán)境可以描述為一個“瘦”客戶端連接到一個“胖”服務(wù)器（這個服務(wù)器又常常連接到一個更“胖”的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）。服務(wù)器將保存客戶端需要的絕大部分信息，在最理想的情況下，客戶端內(nèi)存不多，沒有自己的硬盤，它是服務(wù)器的一個稱職的顯示設(shè)備，絕大多數(shù)真正的工作在服務(wù)器上完成。

3.2.2 游戲世界
? ? ? ? MMO和虛擬世界的環(huán)境始于一個非常胖的客戶端：它通常是頂級的PC、具有最強(qiáng)勁的CPU、很大的內(nèi)存，以及本身計算能力就很強(qiáng)的顯卡。它也可以是一臺游戲機(jī)，專門為圖形密集的、高度交互的任務(wù)而設(shè)計。只要有可能，數(shù)據(jù)就會存放在這些客戶端，特別是那些不會改變的信息，如地理信息、材質(zhì)貼圖和規(guī)則集。服務(wù)器保持盡可能的簡單，通常只保存非常抽象的世界表示和其世界中的實(shí)體的表示。而且，服務(wù)器的設(shè)計目標(biāo)是盡可能少地進(jìn)行計算。絕大部分的計算留給了客戶端。服務(wù)器的真正工作是保存共享的世界真實(shí)狀態(tài)，確保不同客戶端對世界的看法差異可以根據(jù)需要得到糾正。真實(shí)狀態(tài)需要由服務(wù)器來保存，因為控制客戶端的玩家很有興趣讓他們的表現(xiàn)變成最強(qiáng)，所以可能會受到誘惑，根據(jù)他們的喜好修改共享的真實(shí)（如果他們可以）。在一般情況下，如果有可能，玩家就會作弊，所以服務(wù)器必須是共享真實(shí)的最終來源。

? ? ? ? MMO和虛擬世界的數(shù)據(jù)訪問模式也和企業(yè)中看到的情況有著很大的區(qū)別。企業(yè)中的一般經(jīng)驗法則是90%的數(shù)據(jù)訪問都是只讀的，大多數(shù)任務(wù)會讀取大量數(shù)據(jù)，然后再改寫少量數(shù)據(jù)。在MMO和虛擬世界的環(huán)境中，大多數(shù)任務(wù)只訪問服務(wù)器上少量的狀態(tài)數(shù)據(jù)，但在它們訪問的數(shù)據(jù)中，大約一半會被改寫。

3.2.3 延遲是敵人
? ? ? ? ?但是，這兩種環(huán)境中最大的不同要追溯到用戶所做的事情的不同。在企業(yè)環(huán)境中，目標(biāo)是管理業(yè)務(wù)，如果總吞吐量得到改進(jìn)，在處理中有一點(diǎn)延遲是可以接受的。在MMO和虛擬世界的環(huán)境中，目標(biāo)是開心，而延遲是開心的敵人。所以MMO或虛擬世界的基礎(chǔ)設(shè)施需要圍繞著盡可能限定延遲的需求來設(shè)計，即便以吞吐量為代價也在所不惜。在線游戲和虛擬世界顯然已經(jīng)找到了辦法來實(shí)現(xiàn)伸縮性，以應(yīng)對數(shù)量巨大的用戶。目前的方法可以分成兩大類。第一類實(shí)質(zhì)上是基于地理位置來實(shí)現(xiàn)的。游戲設(shè)計成包含一組不同的區(qū)域，每個區(qū)域運(yùn)行在一臺服務(wù)器上。它可能是虛擬世界的一個島或房間，也可能是在線游戲中的一個小鎮(zhèn)或山谷。游戲設(shè)計試圖讓每個區(qū)域無關(guān)，限定地理區(qū)域的大小，這樣服務(wù)器不會因太多用戶進(jìn)入這個區(qū)域而擁塞。在實(shí)踐中，這樣的區(qū)域常常能實(shí)現(xiàn)自我限制，因為當(dāng)服務(wù)擁塞時，游戲就會變得響應(yīng)比較慢，趣味性下降。因此，玩家就會轉(zhuǎn)向更有趣的區(qū)域，這使得以前擁塞的區(qū)域人數(shù)減少，響應(yīng)時間得到改進(jìn)。

? ? ? ? 將不同地理區(qū)域分配給不同服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)伸縮性的方法有一個問題，即必須在游戲編寫時決定哪些區(qū)域應(yīng)該放到一臺服務(wù)器上。雖然在游戲或虛擬世界中添加新的區(qū)域相當(dāng)容易，但是改變已經(jīng)分配給服務(wù)器的區(qū)域卻可能需要改動代碼。決定哪些區(qū)域組成一個伸縮性單位，這必須是開發(fā)工作的一部分。

? ? ? ? 第二種處理游戲或虛擬世界中擁塞區(qū)域的方法叫做分區(qū)（sharding）。一個分區(qū)是該區(qū)域的一份副本，運(yùn)行在它自己的服務(wù)器上，獨(dú)立于其他的分區(qū)，它代表了游戲中相同的部分，即原來的區(qū)域。這樣，分區(qū)可能代表了某個房間或村莊的不同副本，允許成倍的玩
家進(jìn)入到世界的這個部分中。分區(qū)的缺點(diǎn)是它們不允許處于不同分區(qū)的玩家彼此之間進(jìn)行交互。隨著游戲和虛擬世界變成更多的社交體驗，而不僅僅是玩游戲，這種缺點(diǎn)就明顯了。玩家的目標(biāo)不只是要出現(xiàn)在虛擬世界中，而是要和他們的朋友（真實(shí)的和虛擬的）一起進(jìn)入虛擬世界。分區(qū)阻礙了這個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

? ? ? ? 因此，Darkstar架構(gòu)的另一個主要目標(biāo)就是支持隨時伸縮，同時不要求游戲邏輯受到伸縮的影響。這個架構(gòu)應(yīng)該支持游戲動態(tài)地響應(yīng)負(fù)載，而不是讓這種響應(yīng)成為游戲設(shè)計工作的一部分。

3.3 架構(gòu)
? ? ? ? Darkstar由一組獨(dú)立的服務(wù)構(gòu)成，這些服務(wù)可以在游戲或虛擬世界的服務(wù)器端的地址空間內(nèi)獲得。每個服務(wù)都定義為一個小的編程接口。盡管不是出于本意，但Darkstar項目提供的一些基本服務(wù)很像經(jīng)典操作系統(tǒng)的服務(wù)，它們支持游戲或虛擬世界的服務(wù)器端訪問持久存儲，調(diào)度并執(zhí)行任務(wù)，與游戲或虛擬世界的客戶端進(jìn)行通信。

? ? ? ? 用一組相互聯(lián)系的服務(wù)來構(gòu)建這個系統(tǒng)，顯然是開始了“分而治之”的過程，分而治之是設(shè)計所有大型計算機(jī)系統(tǒng)的基本方法。每種服務(wù)都可以用一個接口來描述，這讓使用該服務(wù)的程序不會受到底層實(shí)現(xiàn)變更的影響，同時也支持這些實(shí)現(xiàn)可以獨(dú)立地完成。對一個服務(wù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行變更不應(yīng)該影響到另一個服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，即使其他的服務(wù)會利用到這個變更的服務(wù)（假定接口和接口的語義沒有變更）。

? ? ? ? 我們采用服務(wù)分解的方法還有其他的原因。從一開始，Darkstar項目就設(shè)計成一個開放源代碼的項目，希望我們能夠放大核心團(tuán)隊的工作，支持其他社區(qū)成員創(chuàng)建更多的服務(wù)，豐富核心的功能。維護(hù)一個開源社區(qū)在任何情況下都是復(fù)雜的，我們相信在組成架構(gòu)的
服務(wù)之間擁有最大程度的隔離，將支持在不同服務(wù)實(shí)現(xiàn)層次之間的更高級的隔離。此外，當(dāng)時并不清楚是否存在單一一組服務(wù)能夠適合所有的MMO和虛擬世界。將基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計為一組獨(dú)立的服務(wù)，使得這些服務(wù)的不同組合可以在不同的情況下使用，這由使用該基礎(chǔ)設(shè)施的具體項目的需求來決定。Darkstar棧中具體包含哪些服務(wù)可以由一個配置文件來設(shè)置。

3.3.1 宏觀結(jié)構(gòu)
? ? ? ? 圖3-1展示了基于Darkstar項目基礎(chǔ)設(shè)施的游戲或虛擬世界的基本結(jié)構(gòu)。一些服務(wù)器構(gòu)成了游戲或虛擬世界的后端。每個服務(wù)器運(yùn)行著一組選定服務(wù)的副本（稱為Darkstar棧）和游戲邏輯的副本。客戶端將連接到其中一個服務(wù)器，與服務(wù)器保存的該世界的抽象表示進(jìn)行交互。

? ? ? ? 與大多數(shù)的復(fù)制策略不同，游戲邏輯的不同副本不需要處理相同的事件。每個副本可以獨(dú)立地與客戶端進(jìn)行交互。在這個設(shè)計中，復(fù)制主要用于支持伸縮性，而不是確保容錯（雖然我們后面會看到，容錯也實(shí)現(xiàn)了）。而且，游戲邏輯本身不知道、也不需要知道在
其他機(jī)器上運(yùn)行著服務(wù)器的其他副本。游戲程序員編寫的代碼就像在一臺機(jī)器上執(zhí)行一樣，不同副本之間的協(xié)作由Darkstar項目的基礎(chǔ)設(shè)施來完成。實(shí)際上，如果游戲的容量只需要一臺服務(wù)器，基于Darkstar的游戲就能夠在一臺服務(wù)器上運(yùn)行。

? ? ? ? 客戶端連接到游戲邏輯使用的通信機(jī)制是基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。這些機(jī)制支持客戶端到服務(wù)器的直接通信，也支持一種“發(fā)布-訂閱”通道，任何發(fā)往通道的消息都會送達(dá)該通道的所有訂閱者。

? ? ? ? ?Darkstar棧由一組元服務(wù)來協(xié)調(diào)，這是一組網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)，游戲或虛擬世界的程序員是不可見的。這些元服務(wù)支持棧的各個副本之間進(jìn)行協(xié)作，共同運(yùn)營整個游戲。例如，這些元服務(wù)將所有獨(dú)立的副本持續(xù)工作，如果某個副本失效，就會發(fā)起失效恢復(fù)。這些元服務(wù)還會跟蹤各副本的負(fù)載，在需要的時候重新分配負(fù)載，或者隨時添加新的服務(wù)器，增加總體容量。由于這些服務(wù)對于Darkstar項目的用戶來說是完全隱藏的，所以它們可以隨時改變或移除，或者添加新的服務(wù)，這都不需要修改游戲或虛擬世界的代碼。

? ? ? ? ?對于在Darkstar項目環(huán)境中創(chuàng)建游戲或虛擬世界的程序員來說，可見的架構(gòu)就是棧中包含的一組服務(wù)。服務(wù)的全集是可以改變和配置的，但4個基本服務(wù)必須存在，它們構(gòu)成

了運(yùn)營環(huán)境的核心，如圖3-2所示。

3.3.2 基本服務(wù)
? ? ? ? 在這些棧層面的服務(wù)中，最基本的服務(wù)就是“數(shù)據(jù)服務(wù)”（Data Service），游戲或虛擬世界用它來保存、讀取和操作所有持久數(shù)據(jù)。這里的持久概念可能比其他系統(tǒng)中的持久概念更寬泛。對于在Darkstar項目環(huán)境中編寫的游戲或虛擬世界，任何存在時間超過一個任務(wù)的數(shù)據(jù)都被視為持久的，必須在“數(shù)據(jù)服務(wù)”中保存。我們曾假定在這種編程模型中任務(wù)的時間是短暫的（這也是需求），所以幾乎所有用于表示游戲或虛擬世界的服務(wù)器端的數(shù)據(jù)都需要持久。“數(shù)據(jù)服務(wù)”也將運(yùn)行在不同服務(wù)器上的游戲或虛擬世界的副本聯(lián)系在一起，因為所有這些副本都共享同一個（概念上的）“數(shù)據(jù)服務(wù)”實(shí)例。所有的副本都會訪問相同的數(shù)據(jù)，所有的副本都可以根據(jù)需要讀取或改變存儲在“數(shù)據(jù)服務(wù)”中的數(shù)據(jù)。

? ? ? ? ?雖然“數(shù)據(jù)服務(wù)”看起來像是使用一個數(shù)據(jù)庫的好地方，但是存儲的需求實(shí)際上與通常條件下對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的需求有著很大的差別。存儲的對象之間靜態(tài)的關(guān)系很少，游戲中也不需要對存儲的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)雜的查詢。相反，簡單的命名策略就足夠了，包括在編程語言層面上對對象的引用。“數(shù)據(jù)服務(wù)”也必須針對延遲進(jìn)行優(yōu)化，而不是針對吞吐量來優(yōu)化。特定服務(wù)要訪問的對象個數(shù)可能很少（我們初步的測算基于一些游戲和虛擬世界的原型，這些測算表明每個任務(wù)大約訪問一打?qū)ο?#xff09;，在這些訪問的對象中，大約一半會在任務(wù)執(zhí)行中改變。

? ? ? ? ?第二個棧層面的服務(wù)是“任務(wù)服務(wù)”（Task Service），它用于調(diào)度或執(zhí)行任務(wù)。這些任務(wù)要么是響應(yīng)從客戶端收到的某個事件，要么是由游戲或虛擬世界服務(wù)器本身的內(nèi)部邏輯發(fā)起的。絕大部分任務(wù)是一次性事件，是由于客戶端的某種動作產(chǎn)生的，它們從“數(shù)據(jù)服務(wù)”中讀取一些數(shù)據(jù)，操作這些數(shù)據(jù)，可能還進(jìn)行一些通信，然后結(jié)束。任務(wù)也可能生成其他的任務(wù)，或者生成定期任務(wù)，在特定的時間執(zhí)行或以特定的時間間隔執(zhí)行。所有任務(wù)的執(zhí)行時間必須很短，執(zhí)行一項任務(wù)的最大時間是一個可配置的值，但默認(rèn)值是100毫秒。

? ? ? ? 游戲或虛擬世界的程序員會看到因事件或服務(wù)器邏輯本身而生成的單個任務(wù)，但在底層，Darkstar的基礎(chǔ)設(shè)施正盡其所能調(diào)度最多的任務(wù)。特別地，由服務(wù)器邏輯生成的任務(wù)與響應(yīng)客戶發(fā)起的事件而生成的任務(wù)是并行執(zhí)行的，就像響應(yīng)不同客戶端而生成的任務(wù)一樣。這樣的并發(fā)執(zhí)行可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)競爭。要處理這種競爭，就需要“任務(wù)服務(wù)”和“數(shù)據(jù)服務(wù)”協(xié)作。在底層，在服務(wù)器程序員不可見的地方，“任務(wù)服務(wù)”調(diào)度的每個任務(wù)都包裝在一個事務(wù)中。這個事務(wù)確保了任務(wù)中的所有操作要么全部完成，要么都不完成。此外，所有改變“數(shù)據(jù)服務(wù)”中對象的值的操作都由該服務(wù)作為中介。如果有多個任務(wù)試圖改變相同的數(shù)據(jù)對象，只有一個任務(wù)會執(zhí)行，其他任務(wù)都會中止，并安排在稍后執(zhí)行。執(zhí)行的那個任務(wù)會運(yùn)行到結(jié)束。當(dāng)執(zhí)行的任務(wù)結(jié)束時，其他的任務(wù)就可以執(zhí)行了。雖然服務(wù)器程序員可以說明訪問的數(shù)據(jù)將被修改，但這不是必需的。如果數(shù)據(jù)對象先被讀取，然后被修改，“數(shù)據(jù)服務(wù)”會在任務(wù)提交之前檢測到這種修改。在讀取時就說明打算進(jìn)行修改，這是一種優(yōu)化，能夠更早地檢測到?jīng)_突，但是不事先說明修改的意圖也不會影響程序的正確性。

? ? ? ? ?將任務(wù)包裝到一個事務(wù)中意味著通信機(jī)制也必須支持事務(wù)，只有當(dāng)包裝了消息發(fā)送任務(wù)的事務(wù)提交時，消息才會發(fā)出。這是通過Darkstar棧中余下兩項核心服務(wù)來完成的。

3.3.3 通信服務(wù)
第一個服務(wù)是“會話服務(wù)”（Session Service），它是客戶端和游戲或虛擬世界服務(wù)器之
間通信的中介。在登錄和認(rèn)證后，客戶端與服務(wù)器之間就會建立起一個會話。服務(wù)器通
過會話監(jiān)聽客戶端發(fā)出的消息，解析消息的內(nèi)容，確定生成怎樣的任務(wù)來響應(yīng)該消息。
客戶端通過會話接收來自服務(wù)器的響應(yīng)。這些會話隱藏了客戶端和服務(wù)器的真實(shí)端點(diǎn)，
這一點(diǎn)對于Darkstar的多機(jī)伸縮性策略是很重要的。會話也負(fù)責(zé)確保維持消息的順序。
如果來自某個客戶端的前一條消息所引發(fā)的任務(wù)還沒有完成，后一條消息就不會提交。
在“會話服務(wù)”對任務(wù)進(jìn)行這樣的排序之后，“任務(wù)服務(wù)”就得到了極大的簡化。“任務(wù)
服務(wù)”可以假定它在任何時候收到的任務(wù)在本質(zhì)上都是并發(fā)的。對來自特定客戶端的消
息排序是Darkstar框架中唯一的消息排序保證機(jī)制，外部觀察者看到的多個客戶端之間
的消息順序，與游戲或虛擬世界內(nèi)看到的順序有很大不同。

3.3.3 通信服務(wù)
? ? ? ? ?第一個服務(wù)是“會話服務(wù)”（Session Service），它是客戶端和游戲或虛擬世界服務(wù)器之間通信的中介。在登錄和認(rèn)證后，客戶端與服務(wù)器之間就會建立起一個會話。服務(wù)器通過會話監(jiān)聽客戶端發(fā)出的消息，解析消息的內(nèi)容，確定生成怎樣的任務(wù)來響應(yīng)該消息。客戶端通過會話接收來自服務(wù)器的響應(yīng)。這些會話隱藏了客戶端和服務(wù)器的真實(shí)端點(diǎn)，這一點(diǎn)對于Darkstar的多機(jī)伸縮性策略是很重要的。會話也負(fù)責(zé)確保維持消息的順序。如果來自某個客戶端的前一條消息所引發(fā)的任務(wù)還沒有完成，后一條消息就不會提交。在“會話服務(wù)”對任務(wù)進(jìn)行這樣的排序之后，“任務(wù)服務(wù)”就得到了極大的簡化。“任務(wù)服務(wù)”可以假定它在任何時候收到的任務(wù)在本質(zhì)上都是并發(fā)的。對來自特定客戶端的消息排序是Darkstar框架中唯一的消息排序保證機(jī)制，外部觀察者看到的多個客戶端之間的消息順序，與游戲或虛擬世界內(nèi)看到的順序有很大不同。

? ? ? ? ?會話和通道的復(fù)雜性有多種原因，其中之一就是它們必須遵守任務(wù)的事務(wù)語義。因此，會話連接或通道上的實(shí)際消息傳送不能夠在調(diào)用相應(yīng)的send()方法時發(fā)生，它只能夠在該方法所處的任務(wù)提交時才能發(fā)生。這些通信機(jī)制為我們實(shí)現(xiàn)伸縮性機(jī)制的第二部分奠定了基礎(chǔ)。既然所有通信都必須通過Darkstar會話或通道的抽象層，而這些抽象層又不暴露客戶端或服務(wù)器通信的真實(shí)端點(diǎn)，那么在實(shí)體通信和通信起止端的實(shí)際位置之間就存在著一個抽象層。這意味著我們可以在Darkstar系統(tǒng)中將服務(wù)器通信的端點(diǎn)從一臺機(jī)器移到另一臺機(jī)器，同時不會改變客戶端對這次通信的感覺。從游戲或虛擬世界的視角來看，通信也是經(jīng)過一個會話或通道。但是底層的基礎(chǔ)設(shè)施可以隨著時間的推移和負(fù)載的變化，根據(jù)負(fù)載平衡的需要，將會話或通道從一臺機(jī)器移到另一臺機(jī)器。

3.3.4 任務(wù)的可移動性
? ? ? ? ?要實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的能力，其關(guān)鍵之處在于，對于我們要求的編程模型和必須使用的基本棧服務(wù)，響應(yīng)客戶端事件或游戲內(nèi)部事件的任務(wù)可以從任何一臺運(yùn)行著Darkstar棧和游戲或虛擬世界副本的機(jī)器上移動到另一臺同樣的機(jī)器上。任務(wù)本身是用Java編寫的（注2），這意味著只要（物理）機(jī)器的運(yùn)行時棧中包含相同的Java虛擬機(jī)，任務(wù)就能夠運(yùn)行。任務(wù)讀取和操作的所有數(shù)據(jù)必須從“數(shù)據(jù)服務(wù)”獲得，“數(shù)據(jù)服務(wù)”是所有機(jī)器上的游戲或虛擬世界的實(shí)例和Darkstar棧所共享的。通信由“會話服務(wù)”或“通道”來實(shí)現(xiàn)中介，它們抽象了通信的真實(shí)端點(diǎn)，而且支持特定的會話和通道從一個服務(wù)器移動到另一個服務(wù)器上。因此，所有任務(wù)都可以運(yùn)行在任意一個游戲服務(wù)器的實(shí)例上，同時不改變?nèi)蝿?wù)的語義。

? ? ? ?這使得Darkstar的基本伸縮機(jī)制看起來很簡單。如果有一臺機(jī)器超載了，只要將一些任務(wù)從這臺機(jī)器移到另一臺負(fù)載較小的機(jī)器就行了。如果所有的機(jī)器都超載了，就向運(yùn)行著Darkstar棧和游戲/虛擬世界的集群中添加新的機(jī)器。底層的負(fù)載平衡軟件會將負(fù)載分發(fā)給新的機(jī)器。

? ? ? ? 對單臺機(jī)器的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)控并在需要時重新分配負(fù)載，這是元服務(wù)的工作。這些元服務(wù)是網(wǎng)絡(luò)層面的服務(wù)，對于游戲或虛擬世界的程序員是不可見的，但是它們對Darkstar棧中的服務(wù)是相互可見的。例如，這些元服務(wù)會監(jiān)控哪些機(jī)器正在運(yùn)行（并監(jiān)控是否有機(jī)器失效），哪些用戶與某臺機(jī)器有關(guān)，不同的機(jī)器當(dāng)前的負(fù)載。由于元服務(wù)對于游戲或虛擬世界的程序員是不可見的，所以它們在任何時候都可以改變，不會影響到游戲邏輯的正確性。這讓我們能夠嘗試不同的策略和方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)負(fù)載平衡，也讓我們能夠豐富基礎(chǔ)設(shè)施所需的元服務(wù)集合。

? ? ? ? ?同樣，我們使用實(shí)現(xiàn)多機(jī)伸縮機(jī)制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高容錯。由于任務(wù)和通信機(jī)制所使用的數(shù)據(jù)是與具體機(jī)器無關(guān)的，所以很明顯，我們可以將任務(wù)從一臺機(jī)器移到另一臺機(jī)器上。但是如果機(jī)器失效，我們?nèi)绾位謴?fù)在那臺機(jī)器上執(zhí)行的任務(wù)呢？答案很簡單：任務(wù)本身
也是持久對象，保存在系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)服務(wù)”中。因此，如果一臺機(jī)器失效，該機(jī)器上正在執(zhí)行的所有任務(wù)都被視為中斷的事務(wù)，會重新調(diào)度在不同的機(jī)器上執(zhí)行。盡管這種重新調(diào)度比在一臺機(jī)器上重新調(diào)度中斷的任務(wù)的延遲要長，但系統(tǒng)的正確性是不變的。系統(tǒng)的用戶（游戲玩家或虛擬世界的居民）頂多會注意到響應(yīng)時間暫時有點(diǎn)延長。這樣的延遲讓人有點(diǎn)不舒服，但總好過現(xiàn)在其他游戲或虛擬世界環(huán)境中服務(wù)器崩潰所造成的影響。在那些環(huán)境中，會導(dǎo)致玩家掉線，還可能導(dǎo)致相當(dāng)一部分游戲狀態(tài)的丟失。

3.4 關(guān)于架構(gòu)的思考
? ? ? ? 也許所有人關(guān)于架構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)的第一個問題就是它的性能。雖然未經(jīng)深思熟慮就對架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是諸多罪惡之源，但是我們也可能設(shè)計出一個架構(gòu)，而它的實(shí)現(xiàn)根本不可能達(dá)到好的性能。由于Darkstar架構(gòu)的一項基本選擇，這種擔(dān)心是真實(shí)的。而且由于游戲行業(yè)的特點(diǎn)，確定服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的性能是很難的。

? ? ? ? 要確定游戲或虛擬世界服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的性能，其難度源自一個簡單的事實(shí)：沒有針對大規(guī)模MMO或虛擬世界的性能測試標(biāo)準(zhǔn)或共同接受的例子。缺少性能測試標(biāo)準(zhǔn)并不奇怪，因為絕大多數(shù)游戲或虛擬世界的服務(wù)器組件都是針對特定的游戲或虛擬世界從頭開發(fā)的。只有少數(shù)的通用基礎(chǔ)設(shè)施可以作為可復(fù)用的構(gòu)建塊，這些組件一般是事后從特定的游戲或虛擬世界中提取出來的，提供給其他構(gòu)建類似游戲的人使用。也許是因為游戲行業(yè)還比較年輕，或是因為娛樂業(yè)中出現(xiàn)重要技術(shù)的偶然性，結(jié)果是沒有共同接受的性能測試標(biāo)準(zhǔn)用于測試新的基礎(chǔ)設(shè)施，也無法對不同的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行比較。

? ? ? ? ?關(guān)于游戲或虛擬世界的預(yù)期計算、數(shù)據(jù)操作和通信負(fù)載也基本上沒有什么資料，所以很難創(chuàng)建性能測試標(biāo)準(zhǔn)程序。部分原因是已有的服務(wù)器都是定制的。每臺服務(wù)器都是為特定的游戲或虛擬世界設(shè)計的，所以考慮的是那款游戲或虛擬世界的具體負(fù)載特征。而且，這種狀況也是因為游戲業(yè)的強(qiáng)烈的保密性。在游戲業(yè)中，關(guān)于一款游戲開發(fā)的信息是嚴(yán)格保密的，而且發(fā)布游戲的實(shí)現(xiàn)方式也是嚴(yán)格保密的。同時，行業(yè)中的許多人對這些信息是不感興趣的。大量的思考和討論集中在藝術(shù)設(shè)計、故事情節(jié)或玩家交互模式上，這
些令新游戲更有趣、更好玩，而不是游戲服務(wù)器的設(shè)計方式和游戲為支持并發(fā)玩家（這個數(shù)字也是嚴(yán)格保密的）所采取的伸縮性技術(shù)。所以，獲得現(xiàn)有的游戲和虛擬世界的這種服務(wù)器負(fù)載信息都很困難。

? ? ? ? 根據(jù)我們的經(jīng)驗，即使我們能夠找來開發(fā)者，談?wù)撍麄兊挠螒蚧蛱摂M世界加在服務(wù)器上的負(fù)載，他們也常常會報告錯誤的信息。這不是因為他們想保持商業(yè)優(yōu)勢而故意錯誤報告他們服務(wù)器的情況，而是因為他們真的自己不也了解。在游戲服務(wù)器上基本不會加入一些手段，讓他們收集有關(guān)服務(wù)器真實(shí)性能或完成事務(wù)的信息。對于這種服務(wù)器的分析一般最多是經(jīng)驗性的。程序員在服務(wù)器上工作，直到它讓游戲玩起來有趣，這是一種迭代式的工作方式，而不是仔細(xì)對代碼本身進(jìn)行測量。在這些系統(tǒng)中，更多的是手工技術(shù)活，而不是科學(xué)測定。

? ? ? ? 這并不是說，這些游戲或虛擬世界后面的服務(wù)器是一些粗制濫造的代碼，也不是說它們做得不好。實(shí)際上，許多代碼是效率杰作，展示了聰明的編程技巧，也展示了針對高要求的應(yīng)用構(gòu)造一次性、專門目的服務(wù)器的優(yōu)勢。但是，為每個游戲或虛擬世界構(gòu)建一個新服務(wù)器的習(xí)慣意味著人們不太注意積累構(gòu)建這種服務(wù)器所需的知識，也沒有共同接受的機(jī)制來比較不同的基礎(chǔ)設(shè)施。

3.4.1 并行與延遲
? ? ? ? 缺少有關(guān)服務(wù)器可接受的性能的資料，這一點(diǎn)引起了Darkstar團(tuán)隊的特別關(guān)注，因為我們所做的一些關(guān)鍵決定，都是圍繞著如何能夠從游戲或虛擬世界服務(wù)器中獲得好的性能。也許Darkstar架構(gòu)和一般實(shí)踐之間的最大區(qū)別就在于，Darkstar架構(gòu)拒絕在服務(wù)器的主內(nèi)存中存放任何重要的信息。所有生存周期超過一次具體任務(wù)的數(shù)據(jù)都需要持久在“數(shù)據(jù)服務(wù)”中，這是實(shí)現(xiàn)Darkstar基礎(chǔ)設(shè)施功能的核心。這讓基礎(chǔ)設(shè)施能夠檢測到并發(fā)問題，反過來又讓系統(tǒng)能夠?qū)Τ绦騿T隱藏這些問題，同時讓服務(wù)器能夠利用多核架構(gòu)。它也是實(shí)現(xiàn)整體伸縮性的關(guān)鍵組件，支持任務(wù)從一臺服務(wù)器移動到另一臺服務(wù)器，從而在一組機(jī)器上實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。

? ? ? ? 在游戲和虛擬世界服務(wù)器領(lǐng)域，任何時候都持久保存游戲狀態(tài)是一種異端邪說，因為人們普遍很關(guān)心延遲。在編寫這種服務(wù)器時，大家的觀點(diǎn)是只有將所有信息都放在內(nèi)存中才能讓延遲足夠小，達(dá)到要求的響應(yīng)時間。可以偶爾保存狀態(tài)的快照，但對交互速度的要求表明，這種長時間的操作只能夠偶爾進(jìn)行，而且要在后臺進(jìn)行。所以，從表面上看，我們的架構(gòu)似乎絕不可能達(dá)到足夠好的性能，從而服務(wù)于它的目標(biāo)應(yīng)用。雖然要求數(shù)據(jù)持久肯定是這個架構(gòu)的主要不同之處，而且要求通過“數(shù)據(jù)服務(wù)”來訪問數(shù)據(jù)會在架構(gòu)中引入一定的延遲，但我們相信我們所采取的方式更具有競爭力，原因有幾點(diǎn)。首先，我們相信能夠讓訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)和訪問“數(shù)據(jù)服務(wù)”中的數(shù)據(jù)之間的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般人們的看法。雖然在概念上每個生命周期超出一次任務(wù)的對象都需要從持久存儲中讀出，并寫入持久存儲，但實(shí)現(xiàn)這種存儲可以利用人們在數(shù)據(jù)庫緩存和一致性方面多年的研究成果，從而減少因這種方式而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)訪問延遲。

? ? ? ? 如果我們能夠?qū)⒃L問局限在一個特定服務(wù)器上的幾組特定對象，就更是如此了。如果用到一組特定對象的那些任務(wù)都運(yùn)行在一臺服務(wù)器上，那么就可以利用該服務(wù)器的緩存，達(dá)到接近內(nèi)存的對象讀寫速度（受到需要滿足的持久性約束的影響）。我們可以識別任務(wù)屬于哪些玩家或虛擬世界的哪些用戶。這樣，我們就可以利用基礎(chǔ)設(shè)施中服務(wù)所接收到的數(shù)據(jù)訪問和通信請求，來收集特定時刻游戲或虛擬世界中數(shù)據(jù)訪問模式和通信模式的信息。有了這些信息，我們相信能夠非常準(zhǔn)確地估計哪些玩家應(yīng)該與另一些玩家放在一起。因為我們可以根據(jù)需要將玩家移動到任何服務(wù)器上，所以能夠根據(jù)觀察到的運(yùn)行

? ? ? ? 這聽起來非常像目前在大規(guī)模游戲和虛擬世界中為實(shí)現(xiàn)伸縮性而采用的地理區(qū)域分解技術(shù)。在這種技術(shù)中，服務(wù)器開發(fā)者將世界分解成一些區(qū)域，將它們指派給一些服務(wù)器，不同的區(qū)域就成為用戶分區(qū)的機(jī)制。同一區(qū)域的玩家比不同區(qū)域的玩家進(jìn)行交互的可能性更大，所以這種集中在一個服務(wù)器上的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。不同之處在于，目前的地理區(qū)域分解是在游戲開發(fā)過程中進(jìn)行的，被編入源代碼，放到服務(wù)器上。而我們的位置集中基于運(yùn)行時的信息，可以根據(jù)游戲中發(fā)生的實(shí)際玩法和交互模式來實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。這類似于編譯時優(yōu)化和運(yùn)行時優(yōu)化之間的區(qū)別。前一種方法試圖針對程序所有可能的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，而后一種方法試圖針對當(dāng)前的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

? ? ? ? 我們不相信我們能夠消除內(nèi)存訪問和持久訪問之間的差別，而且我們也不認(rèn)為有必要這樣做，最后讓這種架構(gòu)比使用內(nèi)存的架構(gòu)性能更好。要知道，通過讓所有的數(shù)據(jù)持久，我們可以支持在服務(wù)器上使用多線程（從而也支持多核）。盡管我們不相信并發(fā)是完美的（即對于每個添加的核，我們都能充分利用），但我們確實(shí)相信在游戲和虛擬世界中可以使用大量的并行運(yùn)算（初步的結(jié)果也證實(shí)了這種看法）。如果可使用的并行運(yùn)算超過我們可能引入的延遲，那么游戲或虛擬世界的總體性能就會更好。

3.4.2 賭未來
? ? ? ? 我們對多核處理器中多線程的信心基本上是在賭處理器將來的發(fā)展方向。目前服務(wù)器的處理器提供2～32個核，我們相信將來的芯片設(shè)計將集中向更多的核發(fā)展，而不是讓現(xiàn)有的核以更高的時鐘頻率運(yùn)行。當(dāng)我們在幾年前開始這個項目時，這種賭博似乎比現(xiàn)在更具投機(jī)性。那時候，我們在做展示時常常說這種設(shè)計是一種“假定”的演練，說我們正嘗試一種架構(gòu)，如果芯片性能更好地支持多線程而不是單線程的時鐘速度，這種架構(gòu)將是可行的。這就是在研究實(shí)驗室中進(jìn)行這類項目的好處之一，可以接受設(shè)計方法中存在很高的風(fēng)險，探索一個將來也許在商業(yè)上可行的領(lǐng)域。我們決定構(gòu)建一個以多線程為中心的架構(gòu)，與這個決定做出時相比，目前芯片設(shè)計的趨勢讓我們看得更清楚。（注3）即使我們只能得到50%的完美并發(fā)，如果我們能把使用持久存儲的延遲控制在使用內(nèi)存的延遲的2～16倍，就能夠在性能上持平。我們相信在并發(fā)方面以及減少訪問持久狀態(tài)和全內(nèi)存方案之間的差異方面都可以做得更好。但是結(jié)果主要取決于構(gòu)建于這個基礎(chǔ)設(shè)施之上的應(yīng)用的使用模式（我們曾提到，這一點(diǎn)很難發(fā)現(xiàn)）。
? ? ? ? 我們也不應(yīng)認(rèn)為減少延遲就是這個基礎(chǔ)設(shè)施的唯一目標(biāo)。通過將游戲或虛擬世界服務(wù)器端的對象全部保存在“數(shù)據(jù)服務(wù)”中，我們把因服務(wù)器失效而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失減到了最小。實(shí)際上，在大多數(shù)情況下，服務(wù)器失效時用戶只會注意到延時有一點(diǎn)增加，因為任務(wù)（它們本身也是持久對象）從失效的服務(wù)器移到了另一臺服務(wù)器上。沒有數(shù)據(jù)會丟失。

? ? ? ? 一些緩存機(jī)制可能導(dǎo)致丟失幾秒鐘的游戲成果，但即使是這樣，也比在線游戲和虛擬世界目前使用的機(jī)制好得多，它們只是將偶爾進(jìn)行內(nèi)存快照作為主要的持久方式。在它們的基礎(chǔ)設(shè)施中，如果服務(wù)器在不巧的時間崩潰，可能會造成數(shù)小時的游戲成果丟失。只要延遲是可以接受的，Darkstar所使用持久機(jī)制的可靠性更高，這對于在這個基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)建系統(tǒng)的開發(fā)者和系統(tǒng)的用戶來說都是優(yōu)點(diǎn)。

3.4.3 簡化程序員的工作
? ? ? ? 實(shí)際上，如果在支持伸縮性的同時減少延遲是服務(wù)器開發(fā)者的唯一目標(biāo)，那么開發(fā)者最好的方法就是專門針對特定的游戲，編寫自己的分布式和多線程基礎(chǔ)設(shè)施。但這要求服務(wù)器開發(fā)者處理復(fù)雜的分布式和并發(fā)編程。在為速度需求而過度煩惱之前，我們應(yīng)該想到Darkstar的第二個同樣重要的目標(biāo)，即在支持多線程、分布式游戲產(chǎn)品的同時，為程序員提供一個單機(jī)單線程的開發(fā)模型。
? ? ? ?在相當(dāng)大的程度上，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。通過將所有任務(wù)封裝到事務(wù)中，并在“數(shù)據(jù)服務(wù)”中檢測數(shù)據(jù)沖突，程序員就能夠享受到多線程的好處，又不必在他們的代碼中引入鎖協(xié)議、同步和信號量。程序員不必?fù)?dān)心如何將玩家從一臺服務(wù)器移到另一臺服務(wù)器，因為Darkstar為他們提供了透明的負(fù)載平衡。編程模型雖然有自己的風(fēng)格和限制，但社區(qū)中的早期成員認(rèn)為，這對他們開發(fā)的那種游戲和虛擬世界來說是比較自然的。不幸的是，我們發(fā)現(xiàn)我們不能夠向程序員隱藏所有的東西。當(dāng)在Darkstar上編寫的第一個游戲表現(xiàn)出極少的并行度（以及意料之外的糟糕性能）時，這一點(diǎn)就明確了。通過檢查源代碼，我們很快就發(fā)現(xiàn)了原因。游戲中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致了游戲中所有的狀態(tài)改變都只涉及一個對象，并由它來協(xié)調(diào)所有的工作。使用這個對象實(shí)際上使得游戲中所有動作序列化執(zhí)行，這使得基礎(chǔ)設(shè)施不能夠發(fā)現(xiàn)并利用并發(fā)計算。
? ? ? ?當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)時，我們與游戲開發(fā)者進(jìn)行了長時間的討論，主題是在設(shè)計對象時需要考慮到并發(fā)訪問。通過對游戲中數(shù)據(jù)對象進(jìn)行審查，我們發(fā)現(xiàn)了一些類似的情況：數(shù)據(jù)設(shè)計方案排除了并發(fā)的可能性（并非出自設(shè)計者本意）。當(dāng)這些對象重新設(shè)計之后，系統(tǒng)的整體性能增加了好幾個數(shù)量級。

? ? ? ? 這告訴我們，不可能讓使用Darkstar的開發(fā)者完全不知道系統(tǒng)底層的并發(fā)和分布式實(shí)質(zhì)。但是，他們對系統(tǒng)這方面特點(diǎn)的知識不需要包括并發(fā)控制、鎖，以及在系統(tǒng)的各個分布式部分之間的通信。實(shí)際上，他們只需要在設(shè)計活動中確保他們的數(shù)據(jù)對象定義能夠充
分利用并發(fā)。這種設(shè)計一般只需要確保對象定義是自包含的，它們的操作不需要依賴其他對象的屬性。這一點(diǎn)對于任何系統(tǒng)來說，都不是不好的設(shè)計原則

? ? ? ?關(guān)于Darkstar架構(gòu)，我們還有許多方面沒有測試，或者說我們并未完全理解。雖然我們已經(jīng)得到了一個系統(tǒng)，使得多臺機(jī)器能夠利用多線程運(yùn)行一個游戲或虛擬世界，同時對服務(wù)器程序員（幾乎）保持透明，但是我們還沒有通過添加核心服務(wù)之外的其他服務(wù)，來檢驗該架構(gòu)的能力。由于Darkstar任務(wù)的事務(wù)本質(zhì)，這可能比我們開始設(shè)想的要復(fù)雜得多，但我們希望這些添加的服務(wù)不需要參與到核心服務(wù)的事務(wù)中。我們已經(jīng)開始試驗通過不同的方式來收集系統(tǒng)負(fù)載的信息和實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。幸運(yùn)的是，因為實(shí)現(xiàn)這種負(fù)載平衡的機(jī)制對于使用系統(tǒng)的程序員是完全不可見的，所以我們可以移除老的方式，引入新的方式，同時又不影響Darkstar的用戶。
? ? ? ? 作為一個架構(gòu)，Darkstar展示了一些創(chuàng)新的方法，這使它變得很有趣。它試圖構(gòu)造一個游戲或虛擬世界的基礎(chǔ)設(shè)施，使其具有企業(yè)級軟件一樣的可靠性，同時又滿足游戲行業(yè)對延遲、通信和伸縮性的要求。它是目前為數(shù)不多的這類嘗試之一。通過利用更多機(jī)器和更多線程來實(shí)現(xiàn)效率，我們希望能夠抵消因使用持久存儲機(jī)制而導(dǎo)致的延遲增加。最后，游戲和虛擬世界環(huán)境中極為不同的情況，即客戶端的處理很多而服務(wù)器端的處理很少，與我們常見的高并發(fā)、分布式系統(tǒng)環(huán)境形成了鮮明的對比。現(xiàn)在說這個架構(gòu)是否成功還為時尚早，但我們相信它已經(jīng)很有趣了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的架构师必看-架构之美第15章伸缩性架构设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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