服务器开发 - CSDN
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  •   写在前面的话 我在七八年前就看过这篇文章,那个时候我还是一名学生,它深深地影响了我学生时代以及后来的人生轨迹。(所以原文绝对不是首次发表于2015年,我猜想可能是后来的作者2015年修改了原作者的一些内容...

    这篇博客原作者的博客链接:https://blog.csdn.net/analogous_love

     

    写在前面的话

    我在七八年前就看过这篇文章,那个时候我还是一名学生,它深深地影响了我学生时代以及后来的人生轨迹。(所以原文绝对不是首次发表于2015年,我猜想可能是后来的作者2015年修改了原作者的一些内容,并增加了一些自己的东西,让它"与时俱进")。我学生时代深受这篇文章的影响,以至于我印象中的服务器开发的样子和地位就是这篇文章中所描述的。

    我的工作经历

    我毕业的时候,一心想做 Windows C/C++ 客户端开发,当时为了做这个开发放弃了我熟悉的flash编程和web开发,当然薪资也是比较低的。做了几年Windows客户端后,我毅然以一定的代价转到了linux服务器开发。到今天为止,大致做过股票资讯、交易系统、游戏服务器、即时通讯系统和直播类型的服务器,架构的能力也由最初的千人到后来的百万在线。我从不后悔我当初转行服务器开发,甚至很庆幸当初的抉择,然而我可能更喜欢的还是客户端开发。

    《写给那些傻傻的,想做服务器开发的应届生》一文中的有些观点,根据我的经历,我不敢赞同,或者说我的感受与之大相径庭。

    加班的情况

    首先说下加班的情况,不管是大公司还是小公司,由于现在的各种测试、预警机制、监控策略和公司发布流程的不断完善,一个月内经常为各种服务器bug、和应急的情况加班的现状已经大为改善不少,当然偶尔发版或者赶项目加班还是有的,不过一个月的频率也就那么一两次。如果你们团队频繁地为了修正紧急bug、解决服务器稳定性问题,那么你们真要好好考虑你们的方法是不是有问题了。

    服务器开发与轮子

    其次,服务器开发,不仅仅如文中所说的,利用或者组装各种轮子。一个稳定的服务器架构,必须是建立在设计师良好的基础知识和见多识广的经验基础上,即使是使用现有的轮子,也是对这个轮子足够熟悉的基础上,才能让轮子最大地适用自己的公司的业务。也就是说,服务器核心项目人员虽然不一定要造轮子,但一定要具备造轮子的能力。开源的东西好用是好用,但是要么不出问题,一旦出问题往往很难修改。我们去年做类似冲顶大会百万英雄这类直播答题应用,由于这类游戏是从美国HQ刮过来的风,国内各大公司为了迅速抢占市场与用户,都想着要比别人早点做出来上线,所以我们公司当时deadline压得比较紧。我们那个时候,最不想看到的人就是项目经理,天天跟着我们后面催项目的进度。项目进度紧不说,另外还有一个技术挑战,由于节目比较火热,同一个房间里面可能会达到百万人同时在线,而这百万人可能同时都会发弹幕消息。假设某个时刻,房间里面有n个人,某个人发一条消息,其他n-1个人收到,服务器需要推送n-1次。如果n个人同时发消息,那么服务器同一时间就要推送n*n,如果n等于1百万的时候,那么单秒的数据量将非常恐怖,这个是我们需要解决的一个技术难题,解决目标是最少延迟的情况下,弹幕最多的送达率;另外一个难题就是,保证出题和答案不能有太多的延时(小于1秒),并在用户给出答案后,服务器能够迅速统计出答案结果并应答客户端。(没办法,所以此时主持人的作用就发挥了,万一延迟太厉害,主持人可以和观众各种唠嗑,当然这是下下策,如果频繁出现这种情况,领导的脸色肯定也不好看,我们做技术的脸上也没有光彩。)那段时间基本上是周六周日都要加班,甚至连周末都可能要到凌晨才能回去。注意:我把这段经历并没有放在上面的关于服务器开发是否频繁地加班的栏目下,这里我想说明的并不是服务器开发要经常加班,我想说的是,如果你平常只会用轮子,而不注重基础内功的修养,这种场景你是很难应对的,首先是单机服务性能要做到极致,其次是多个服务之间的高效配合。很多人可能觉得这种场景也不难,甚至有的人号称单机服务就能解决,这些都是站着说话不腰疼了。像熊猫tv冲顶大会和西瓜视频的百万英雄前几次的答题活动中,也出现了服务中断或者题目延迟厉害,甚至百万英雄还出现过一次因技术问题答题活动被迫延期的事故。

    技术与产品思维

    接着说下,技术和产品方面的,服务器开发与客户端开发的思维方式和理念其实是不一样的,如果说客户端产品是一个产品的脸面,那么服务器端就是产品的灵魂。这里可能比喻有点不恰当,与客户端开发相比,优秀的服务器开发应该尽量在单机服务上的性能做到极致,必须尽量利用少的资源给尽可能多的客户端服务(在资源总量有限的情况下,你为单个客户端服务使用的资源越少,你才可能为越多的客户服务)。而服务器开发必须有条不紊地处理与每个客户端的交互,不能纠结或把资源花费在某一个客户端上。但是客户端不一样,客户端只需要管理好自己的一亩三分地就可以了,而且客户端的大多数逻辑和细节在界面(UI)逻辑上。但是我不赞成文中作者所说的客户端代码比服务器代码少很多,相反,我经历过的项目,都是客户度代码比服务器代码多很多。因为客户端代码往往有大量的界面逻辑,如果服务器端没有UI的话,其核心除了网路通信部分,剩下的就是各种业务逻辑(包括存储逻辑,也就是业务逻辑服务器和客户端都有,但是客户端还有界面逻辑)。而从开发团队的人数配比上来说,一般单个端(比如pc、安卓、ios中的一端)的人数要小于服务器开发人员的数量,因为一般一个高级客户端开发,往往可以一个人搞定一个客户端,但是一般很少有一个高级服务器开发可以单独搞定一套服务开发的。(说的是通常情形,请不要走极端)。服务器开发的核心字眼体现在服务上,如何为客户端提供稳定的、高效的服务,这是关键的地方。这里稳定也包括容灾容错。大凡有一定规模的用户群体的产品,如果服务器不稳定,那后果将是灾难性的,试想QQ或者微信服务器中断一两个小时,后果会怎样?而客户端更侧重的就是产品的细节、用户的体验,当然尽管有些用户体验可能是由服务器端决定的,但是最终还是由客户端反映出来。我不赞同文章中说,客户端更能积累除了技术以外的其他知识,服务器开发也一样的,不管是客户端还是服务器,只有具有产品思维的开发才是好的开发,而功能的设计与规划服务器端的开发在时间点上一般先于客户端开发的。而具体的功能点,也是需要服务器开发人员与产品人员乃至客户沟通的。

    薪资方面

    最后说下,薪资方面。一般大于两年且同样的工作年限的服务器开发人员要比客户端开发人员高至少三分之一左右。当然不排除一些非常优秀的客户端开发人员可能不在这个规则内。

    结语

    总结起来,选择了哪条路就选择了什么样的生活。做服务器开发的可以在高并发、高可用方向进一步努力,而做客户端开发可以在用户体验、设计细节方面下功夫。不管怎样,都是我们想要的生活,那里倾洒了我们的汗水,也收获了我们自己的成就感。

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    有一天,一位女士散步时经过一个工地,看见有三个工人在干活。她问第一个人,“你在做什么?”第一个人有点不高兴,吼道“难道你看不出来我在砌砖吗?”女士对这个答案并不满意,接着问第二个人他在做什么。第二个人回答道,“我正在建造一堵砖墙。”然后,他转向第一个人,说道:“嘿,你砌的砖已经超过墙高了。你得把最后一块砖拿下来。”女士对这个答案还是不满意,她接着问第三个人他在做什么。第三个人抬头看着天空,对她说:“我在建造这个世界上有史以来最大的教堂”。就在他望着天空出神的时候,另外两个人已经开始争吵多出的那块砖。他慢慢转向前两个人,说道:“兄弟们,别管那块砖了。这是一堵内墙,之后还会被刷上石灰的,没人会注意到这块砖。接着砌下层吧。”

    这个故事的寓意在于,当你掌握了整个系统的设计,明白不同的组件是以何种方式组合在一起的(砖块,墙,教堂)时候,你就能够更快地发现并解决问题(多出的砖块)。

    但是,这个故事与从头开发一个网络服务器有什么关系呢?

    在我看来,要成为一名更优秀的程序员,你必须更好地理解自己日常使用的软件系统,而这就包括了编程语言、编译器、解释器、数据库与操作系统、网络服务器和网络开发框架。而要想更好、更深刻地理解这些系统,你必须从头重新开发这些系统,一步一个脚印地重来一遍。

    孔子曰:不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。

    不闻不若闻之

    听别人说怎么做某事

    闻之不若见之

    看别人怎么做某事

    见之不若知之,知之不若行之。

    自己亲自做某事

    译者注:上面原作者所引用的那段话在国外的翻译是:I hear and I forget, I see and I remember, I do and I understand。外国人普遍认为出自孔子,但在查找这句英文的出处时,查到有篇博文称这句话的中文实际出自荀子的《儒效篇》,经查确实如此。

    我希望你读到这里的时候,已经认可了通过重新开发不同软件系统来学习其原理这种方式。

    《自己动手开发网络服务器》会分为三个部分,将介绍如何从头开发一个简易网络服务器。我们这就开始吧。

    首先,到底什么是网络服务器?

    HTTP请求/响应

    简而言之,它是在物理服务器上搭建的一个网络连接服务器(networking server),永久地等待客户端发送请求。当服务器收到请求之后,它会生成响应并将其返回至客户端。客户端与服务器之间的通信,是以HTTP协议进行的。客户端可以是浏览器,也可以是任何支持HTTP协议的软件。

    那么,网络服务器的简单实现形式会是怎样的呢?下面是我对此的理解。示例代码使用Python语言实现,不过即使你不懂Python语言,你应该也可以从代码和下面的解释中理解相关的概念:

    import socket
    
    HOST, PORT = '', 8888
    
    listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    listen_socket.bind((HOST, PORT))
    listen_socket.listen(1)
    print 'Serving HTTP on port %s ...' % PORT
    while True:
        client_connection, client_address = listen_socket.accept()
        request = client_connection.recv(1024)
        print request
    
        http_response = """\
        HTTP/1.1 200 OK
    
        Hello, World!
        """
    
        client_connection.sendall(http_response)
        client_connection.close()
    

    将上面的代码保存为webserver1.py,或者直接从我的Github仓库下载,然后通过命令行运行该文件:

    $ python webserver1.py
    Serving HTTP on port 8888

    接下来,在浏览器的地址栏输入这个链接:http://localhost:8888/hello,然后按下回车键,你就会看见神奇的一幕。在浏览器中,应该会出现“Hello, World!”这句话:

    浏览器返回“Hello World""

    是不是很神奇?接下来,我们来分析背后的实现原理。

    首先,我们来看你所输入的网络地址。它的名字叫URL(Uniform Resource Locator,统一资源定位符),其基本结构如下:

    URL的基本结构

    通过URL,你告诉了浏览器它所需要发现并连接的网络服务器地址,以及获取服务器上的页面路径。不过在浏览器发送HTTP请求之前,它首先要与目标网络服务器建立TCP连接。然后,浏览器再通过TCP连接发送HTTP请求至服务器,并等待服务器返回HTTP响应。当浏览器收到响应的时候,就会在页面上显示响应的内容,而在上面的例子中,浏览器显示的就是“Hello, World!”这句话。

    那么,在客户端发送请求、服务器返回响应之前,二者究竟是如何建立起TCP连接的呢?要建立起TCP连接,服务器和客户端都使用了所谓的套接字(socket)。接下来,我们不直接使用浏览器,而是在命令行使用telnet手动模拟浏览器。

    在运行网络服务器的同一台电脑商,通过命令行开启一次telnet会话,将需要连接的主机设置为localhost,主机的连接端口设置为8888,然后按回车键:

    $ telnet localhost 8888
    Trying 127.0.0.1 …
    Connected to localhost.
    

    完成这些操作之后,你其实已经与本地运行的网络服务器建立了TCP连接,随时可以发送和接收HTTP信息。在下面这张图片里,展示的是服务器接受新TCP连接所需要完成的标准流程。

    服务器接受TCP连接的标准流程

    在上面那个telnet会话中,我们输入GET /hello HTTP/1.1,然后按下回车:

    $ telnet localhost 8888
    Trying 127.0.0.1 …
    Connected to localhost.
    GET /hello HTTP/1.1
    
    HTTP/1.1 200 OK
    Hello, World!
    

    你成功地手动模拟了浏览器!你手动发送了一条HTTP请求,然后收到了HTTP响应。下面这幅图展示的是HTTP请求的基本结构:

    HTTP请求的基本结构

    HTTP请求行包括了HTTP方法(这里使用的是GET方法,因为我们希望从服务器获取内容),服务器页面路径(/hello)以及HTTP协议的版本。

    为了尽量简化,我们目前实现的网络服务器并不会解析上面的请求,你完全可以输入一些没有任何意义的代码,也一样可以收到"Hello, World!"响应。

    在你输入请求代码并按下回车键之后,客户端就将该请求发送至服务器了,服务器则会解析你发送的请求,并返回相应的HTTP响应。

    下面这张图显示的是服务器返回至客户端的HTTP响应详情:

    HTTP响应解析

    我们来分析一下。响应中包含了状态行HTTP/1.1 200 OK,之后是必须的空行,然后是HTTP响应的正文。

    响应的状态行HTTP/1.1 200 OK中,包含了HTTP版本、HTTP状态码以及与状态码相对应的原因短语(Reason Phrase)。浏览器收到响应之后,会显示响应的正文,这就是为什么你会在浏览器中看到“Hello, World!”这句话。

    这就是网络服务器基本的工作原理了。简单回顾一下:网络服务器首先创建一个侦听套接字(listening socket),并开启一个永续循环接收新连接;客户端启动一个与服务器的TCP连接,成功建立连接之后,向服务器发送HTTP请求,之后服务器返回HTTP响应。要建立TCP连接,客户端和服务器都使用了套接字。

    现在,你已经拥有了一个基本可用的简易网络服务器,你可以使用浏览器或其他HTTP客户端进行测试。正如上文所展示的,通过telnet命令并手动输入HTTP请求,你自己也可以成为一个HTTP客户端。

    下面给大家布置一道思考题:如何在不对服务器代码作任何修改的情况下,通过该服务器运行Djando应用、Flask应用和Pyramid应用,同时满足这些不同网络框架的要求?

    答案将在《自己动手开发网络服务器》系列文章的第二部分揭晓。

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  • Linux服务器开发(一)

    2019-02-26 22:17:58
    ftp服务器搭建 软件名: vsftpd 作用: 文件的上传和下载 修改配置文件: /etc/vsftpd.conf 连接ftp服务器: ftp ip 退出ftp服务器: bye 文件上传: put filename 文件下载: get filename ...

    ftp服务器搭建

    软件名: vsftpd
    作用: 文件的上传和下载
    修改配置文件: /etc/vsftpd.conf
    连接ftp服务器: ftp ip
    退出ftp服务器: bye
    文件上传: put filename
    文件下载: get filename
    配置匿名用户的家目录: anon_root=/home/Robin/MyFtp
    匿名用户登录时的用户名: anonymous 密码: 直接回车

    nfs服务器搭建

    软件名: nfs-kernel-server
    作用: 共享文件
    服务端:
           1.创建共享目录
           2.修改配置文件: /etc/exports (写共享目录的路径(/home/robin/NfsShare *(ro/rw,sync)))
           3.重启服务: sudo service nfs-kernel-server restart
    客户端:
          挂载服务器共享目录:mount serverIP:sharedir /mnt

    ssh服务器搭建

    软件名: openssh-server
    连接ssh服务器: ssh root@192.168.40.119
    退出登录: logout

    scp(super copy)

    scp -r 目标用户名@目标主机IP:目标文件的绝对路径 /保存到本地的绝对(相对)路径

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  • java服务器开发(一)

    2018-06-28 16:31:33
    从零开始java服务器开发之环境配置 1、安装jdk并配置环境变量 - - -java运行环境 见:https://blog.csdn.net/u012934325/article/details/73441617 2、myeclipse安装配置 - - -开发环境 见:...

    从零开始java服务器开发之环境配置

    1、安装jdk并配置环境变量 - - -java运行环境

    见:https://blog.csdn.net/u012934325/article/details/73441617

    2、myeclipse安装配置 - - -开发环境

    见:https://blog.csdn.net/yuanxiaobaibiji/article/details/79076965

    3、tomcat安装配置 - - -服务器代码运行及资源托管环境

    见:https://jingyan.baidu.com/article/ff42efa91132a0c19e220208.html
    安装好之后可用文本编辑打开安装根目录下的 conf/context.xml,找到<Context>,修改为<Context reloadable=”true”>,这项修改可以在后面的开发中使tomcat中部署的项目自动更新。

    4、myeclipse中配置tomcat - - -在myeclipse中开发之后可直接运行测试服务器

    见:https://jingyan.baidu.com/article/4853e1e53465271909f72690.html

    其中myeclipse中的代码提示:
    打开MyEclipse,找到 Window -> Perferences -> Java ->Editor -> Content Assist,在右边最下面一栏找到 auto-Activation
    ,下面有三个选项,找到第二个“Auto activation triggers for Java:”选项
    在其后的文本框中会看到一个“.”存在。这表示:只有输入“.”之后才会有代码提示和自动补全,我们要修改的地方就是这里。把该文本框中的“.”换掉,换成“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz.”,这样,你在Eclipse里面写Java代码就可以做到按“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz.”中的任意一个字符都会有代码提示。
    原回答地址:https://zhidao.baidu.com/question/471568261.html

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  • 网络服务器开发总结

    2014-09-23 13:49:57
    经过多年网络服务器开发实战,于此总结实践体会。本文涉及到异步连接、异步域名解析、热更新、过载保护与网络模型及协程等,但不会涉及到accept4、epoll等基本知识点。 二、可写事件 相信大多数初学者都会迷惑可...

    一、概述

    经过多年网络服务器开发实战,于此总结实践体会。本文涉及到异步连接、异步域名解析、热更新、过载保护与网络模型及协程等,但不会涉及到accept4epoll等基本知识点。

    二、可写事件

    相信大多数初学者都会迷惑可写事件的作用,可能觉得可写事件没有什么意义。但在网络服务器中监听并处理可写事件必不可少,其作用在于判断连接是否可以发送数据,主要用于当网络原因暂时无法立即发送数据时监听。

    当有数据需要发送到客户端时则直接发送。若没能立即完整发送,则先将其缓存到发送缓冲区,并监听其可写事件,当该连接可写时则再发送之并不再监听其可写事件(防止滥用可写事件)。

    值得注意的是,对于指定连接需要先将发送缓冲区数据发送完成后才能发送新数据,此也可能比较容易忽略,至少本人当年被坑过。

    三、连接缓冲区

    对于长连接来说,维持网络连接缓冲区也必不可少。目前一些网络服务器(如QQ宠物旧接入层)都没有维持连接的接收与发送缓冲区,更不会在暂无法发送时监听可写事件。其直接接收数据并处理,若处理过程中遇到不完整包则直接丢掉,如此则可能导致该连接后续网络数据包大量出错,从而导致大量丢包;在发送数据时也会在无法发送时直接丢弃。

    对每一网络连接均需要维持其接收与发送数据缓冲区,当连接可读取时则先读取数据到接收缓冲区,然后判断是否完整并处理之;当向连接发送数据时一般都直接发送,若不能立即完整发送时则将其缓存到发送缓冲区,然后等连接可写时再发送,但需要注意的是,若在可写缓冲区非空且可写之前需要发送新数据,则此时不能直接发送而是应该将其追加到发送缓冲区后统一发送,否则导致网络数据窜包。

    连接缓冲区内存分配常采用slab内存分配策略,可以直接实现slab算法(如memcached),但推荐直接采用jemalloctcmalloc等(如redis)。

    四、accept非阻塞性

    阻塞型listen监听套接字,其accept时也可能会存在小概率阻塞。

    accept队列为空时,对于阻塞套接字时accept会导致阻塞,而非阻塞套接字则立即返回EAGAIN错误。因此bindlisten后应该将其设置为非阻塞,并在accept时检查是否成功。

    五、异步连接

    网络服务器也常常需要连接到其它远程服务器,但作为服务器阻塞连接是不可接受的,因此需要异步连接。

    异步连接时首先需要socket并设置为非阻塞,然后connect连接该套接字即可。若connect返回0则表示连接立即建立成功;否则需要根据errno来判断是连接出错还是处于异步连接过程;若errnoEINPROGRESS则表示仍然处于异步连接连接,需要epoll来监听socket的可写事件(注意不是可读事件)。当可写后通过getsockopt来获取错误码(即getsockopt(c->sfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, (socklen_t*)&len);),若getsockopt返回0且错误码err0则表示连接建立成功,否则连接失败。

    由于网络或远程服务器重启等原因,网络服务器会需要能够自动断线重连,同时也应该避免远程服务器不可用时无限重试,因此需要一些重连策略。假设需要存在最多M条连接到同类远程服务器的网络连接,当有效网络连接断开时,若当前连接数(包括有效和异步连接中的连接)少于M/2则立即进行异步连接。若该连接为异步连接失败则不能进行再次连接,以防止远程服务器不可用时无限重连。当需要使用连接时,则可在M条连接随机取N次来获取有效连接,若遇到不可用连接则进行异步连接。若N次仍获取不到有效连接则循环M条连接来得到有效连接对象。

    六、异步域名解析

    当仅知道远程服务器的域名时,异步连接前需要先域名解析出远程服务器的IP地址(如WeQuiz接入层),同样,阻塞式域名解析对于服务器来说也不是好方式。

    幸好linux系统提供getaddrinfo_a函数来支持异步域名解析。getaddrinfo_a函数可以同步或异步解析域名,参数为GAI_NOWAIT时表示执行异步解析,函数调用会立即返回,但解析将在后台继续执行。异步解析完成后会根据sigevent设置来产生信号(SIGEV_SIGNAL)或启动新线程来启动指定函数(SIGEV_THREAD)。

    struct gaicb* gai = (gaicb*)calloc(1, sizeof(struct gaicb));

    gai->ar_name = config_ get_dns_url(); /* url */

    struct sigevent sig;

    sig.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;

    sig.sigev_value.sival_ptr = gai;

    sig.sigev_signo = SIGRTMIN; /* signalfd/epoll */

    getaddrinfo_a(GAI_NOWAIT, &gai, 1, &sig);

    对于异步完成后产生指定信号,需要服务器进行捕获该信号并进一步解析出IP地址。为了能够在epoll框架中统一处理网络连接、进程间通信、定时器与信号等,linux系统提供eventfdtimerfdsignalfd等。在此创建dns_signal_fd = signalfd(-1, &sigmask, SFD_NONBLOCK|SFD_CLOEXEC));并添加到epoll中。当异步完成后产生指定信号会触发dns_signal_fd可读事件。由read函数读取到signalfd_siginfo对象,并通过gai_error函数来判断异步域名解析是否成功,若成功则可遍历gai->ar_result得到IP地址列表。

    七、热更新

    热更新是指更新可执行文件时正在运行逻辑没有受到影响(如网络连接没有断开等),但新处理将会按更新后的逻辑处理(如新连接处理等)。热更新功能对接入层服务器(如游戏接入服务器或nginx等)显得更加重要,因为热更新功能大部分时候可以避免停机发布,且随时重启而不影响当前处理连接。

    WeQuiz手游接入服务器中热更新的实现要点:

    1)在父进程中创建listen_socketeventfd,然后创建子进程、监听SIGUSR1信号并等待子进程结束;而子进程将监听listen_socketeventfd,并进入epoll循环处理。

    2)当需要更新可执行文件时,发送SIGUSR1信号给父进程则可;当父进程收到更新信号后,其通过eventfd来通知子进程,同时fork出新进程并execv新可执行文件;此时存在两对父子进程。

    3)子进程通过epoll收到eventfd更新通知时,则不再监听并关闭listen_socketeventfd。由于关闭listen_socket则无法再监听新连接,但现有网络连接与处理则不受影响,不过其处理仍是旧逻辑。当所有客户端断开连接后,epoll主循环退出则该子进程结束。值得注意的是,由于无法通过系统函数来获取到epoll处理队列中的连接数,则需要应用层自己维持当前连接数,当其连接数等于0时则退出epoll循环。

    4)当旧父进程等待到旧子进程退出信号后则也结束,此时仅存在一对父子进程,完成热更新功能。

    八、过载保护

    对于简单网络服务器来说,达到100W级连接数(8G内存)与10W级并发量(千兆网卡)基本没问题。但网络服务器的逻辑处理比较复杂或交互消息包过大,若不对其进行过载保护则可能服务器不可用。尤其对于系统中关键服务器来说(如游戏接入层),过载可能会导致整个系统雪崩。

    网络服务器的过载保护常有最大文件数、最大连接数、系统负载保护、系统内存保护、连接过期、指定地址最大连接数、指定连接最大包率、指定连接限定、最大包量、指定连接最大缓冲区、指定地址或id黑白名单等方案。

    1)最大文件数

    可以在main函数中通过setrlimit设置RLIMIT_NOFILE最大文件数来约束服务器所能使用的最大文件数。此外,网络服务器也常用setrlimit设置core文件最大值等。

    2)最大连接数

    由于无法通过epoll相关函数得到当前有效的连接数,故需要服务器自己维持当前连接数,即连接时累加关闭时递减。可以在accept/accept4接受网络连接后判断当前连接数是否大于最大连接数,若大于则直接关闭连接即可。

    3)系统负载保护

    通过定时调用getloadavg来更新当前系统负载值,并在在accept/accept4接受网络连接后检查当前负载值是否大于最大负载值(如cpu* 0.8*1000),若大于则直接关闭连接即可。

    4)系统内存保护

    通过定时读取/proc/meminfo文件系统来计算当前系统内存相关值,并在在accept/accept4接受网络连接后检查当前内存相关值是否大于最大内存值(如交换分区内存占用率、可用空闲内存与已使用内存百分值等),若大于则直接关闭连接即可。

    g_sysguard_cached_mem_swapstat = totalswap == 0 ? 0 : (totalswap - freeswap) * 100 / totalswap;

    g_sysguard_cached_mem_free = freeram + cachedram + bufferram;

    g_sysguard_cached_mem_used = (totalram - freeram - bufferram - cachedram) * 100 / totalram;

    5)连接过期

    连接过期是指客户端连接在较长时间内并没有与服务器进行交互。为防止过多空闲连接占用内存等资源,故网络服务器应该有机制能够清理过期网络连接。目前常用方法包括有序列表或红黑树等方式来处理,但作为后端服务器开发人员来说,轮询总不是最佳方案。QQ宠物与WeQuiz接入层通过每一连接对象维持唯一timerfd描述符,而timerfd作为定时机制能够添加到epoll事件架构中,当接收该连接的网络数据时调用timerfd_settime更新空闲时间值,若空闲时间过大则epoll会返回而直接关闭该关闭即可。虽然作为首次尝试(至少本人没有看到其它项目中采用过),但接入服务器一直以来都比较稳定运行,应该可以放心使用。

    c->tfd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, TFD_NONBLOCK|TFD_CLOEXEC) ;

    struct itimerspec timerfd_value;

    timerfd_value.it_value.tv_sec = g_cached_time + settings.sysguard_limit_timeout;

    timerfd_value.it_value.tv_nsec = 0;

    timerfd_value.it_interval.tv_sec = settings.sysguard_limit_timeout;

    timerfd_value.it_interval.tv_nsec = 0;

    timerfd_settime(c->tfd, TFD_TIMER_ABSTIME, &timerfd_value, NULL) ;

    add_event(c->tfd, AE_READABLE, c) ;

    6)指定地址最大连接数

    通过维持key为地址value为连接数的散列表或红黑树,并在在accept/accept4接受网络连接后检查该地址对应连接对象数目是否大于指定连接数(如10),若大于则直接关闭连接即可。

    7)指定连接最大包率

    连接对象维持单位时间内的服务器协议完整数据包数目,读取数据后则判断是否为完整数据包,若完整则数目累加,同时此次读取数据包间隔大于单位时间则计数清零。若单元时间内的完整数据包数目大于限制值(如80)则推迟处理数据包(即仅收取到读取缓冲区中而暂时不处理或转发数据包),当其数目大于最大值(如100)则直接断开连接即可。当然也可以不需要推迟处理而直接断开连接。

    8)指定连接最大数率

    连接最大数率与连接最大包率过载保护方式基本一致,其区别在于连接最大包率针对单位时间的完整数据包数目,而连接最大数率是针对单位时间的缓冲区数据字节数。

    9)指定连接最大缓冲区

    可在recv函数读取网络包后判断该连接对象的可读缓冲区的最大值,若大于指定值(如256M)则可断开连接;当然也可以针对连接对象的可写缓冲区;此外,读取完整数据包后也可检查是否大于最大数据包。

    10)指定地址或id黑白名单

    可以设置连接ip地址或玩家id作为黑白名单来拒绝服务或不受过载限制等,目前WeQuiz暂时没有实现此过载功能。

    此外,还可以设置TCP_DEFER_ACCEPTSO_KEEPALIVE等套接字选项来避免无效客户端或清理无效连接等,如开启TCP_DEFER_ACCEPT选项后,若操作系统在三次握手完成后没有收到真正的数据则连接一直置于accpet队列中,并且当同一客户端连接(但不发送数据时)达到一定数目(如linux2.6+系统16左右)后则无法再正常连接。

    setsockopt(sfd, IPPROTO_TCP, TCP_DEFER_ACCEPT, (void*)&flags, sizeof(flags));

    setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (int[]){1}, sizeof(int));

    setsockopt(sfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, (int[]){600}, sizeof(int));

    setsockopt(sfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, (int[]){30}, sizeof(int));

    setsockopt(sfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, (int[]){3}, sizeof(int));

    九、超时或定时机制

    超时或定时机制在网络服务器中基本必不可少,如收到请求后需要添加到超时列表中以便无法异步处理时能够超时回复客户端并清理资源。对于游戏服务器来说,超时或定时机制并不需要真正定时器来实现,可以通过维持超时列表并在while循环或epoll调用后进行检测处理即可。

    定时器管理常使用最小堆(如libevent)、红黑树(如nginx)与时间轮(如linux)等方式。

    作为应用层服务器,可以不必自己实现最小堆或红黑树或时间轮等方式来实现定时器管理,但可以采用stlboost中多重红黑树来管理,其中超时时间作为键,相关对象作为值;而红黑树则自动按键排序,检测时仅需要从首结点开始遍历,直到键值大于当时时间即可;当然可以得到首结点的超时时间作为epoll_wait的超时时间。此外,游戏服务器上大区逻辑服务器或实时对战服务器也常需要持久化定时器,可以通过boost库将其持久化到共享内存。

    1)定时器管理对象

    typedef std::multimap<timer_key_t,timer_value_t> timer_map_t;

    typedef boost::interprocess::multimap<timer_key_t,timer_value_t,

    std::less<timer_key_t>,shmem_allocator_t> timer_map_t;

    2)定时器类

    class clock_timer_t

    {

    public:

    static clock_timer_t &instance() {static clock_timer_t instance; return instance; }

    static uint64_t rdtsc() {

    uint32_t low, high;

    __asm__ volatile ("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));

    return (uint64_t) high << 32 | low;

    }

    static uint64_t now_us() {

    struct timespec tv;

    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tv);

    return (tv.tv_sec * (uint64_t)1000000 + tv.tv_nsec/1000);

    }

    uint64_t now_ms() {

    uint64_t tsc = rdtsc();

    if (likely(tsc-last_tsc <= kClockPrecisionDivTwo && tsc >= last_tsc)){

    return last_time;

    }

    last_tsc = tsc;

    last_time = now_us() / 1000;

    return last_time;

    }

    private:

    const static uint64_t kClockPrecisionDivTwo = 500000;

    uint64_t last_tsc;

    uint64_t last_time;

    clock_timer_t() : last_tsc(rdtsc()), last_time(now_us()/1000) { }

    clock_timer_t(const clock_timer_t&);

    const clock_timer_t &operator=(const clock_timer_t&);

    };

    3)超时检测函数(whileepoll循环中调用),可以返回超时对象集合,也可以返回最小超时时间。

    timer_values_t xxsvr_timer_t::process_timer()

    {

    timer_values_t ret;

    timer_key_t current = clock_timer_t::instance().now_ms();

    timer_map_it it = timer_map->begin();

    while (it != timer_map->end()) {

    if (it->first > current) { //! return it->first - current;//返回超时时间

    return ret; //返回超时对象集合

    }

    ret.push_back(it->second);

    timer_map->erase(it++);

    }

    return ret;

    }

    十、网络模型

    Linux存在阻塞、非阻塞、复用、信号驱动与异步等多种IO模型,但并非每一类型IO模型均能应用于网络方面,如异步IO不能用于网络的每一方面(后面说明)。通过不同设计与相关IO模型可以归纳出一些通用的网络模型,如常用的异步网络模型包括reactorproactor、半异步半同步(hahs)、领导者跟随者(lf)、多进程异步模型与分布式系统(server+workers)等。

    1reactor

    Reactor网络模型常指采用单进程单线程形式,以epoll为代表的IO复用的事件回调处理方式。此网络在网络服务器开发方面最为常用(如redis),尤其对于逻辑相对简单的服务器,因为其瓶颈不在于cpu而在网卡(如千兆网卡)。

    2proactor

    Proactor网络模型一般采用异步IO模式,目前常用于window操作系统,如完成端口 IOCP;在linux可以在socket描述符上使用aio,而macosx中无法使用。尝试过socket + epoll + eventfd + aio模式,但无法成功;不过测试socket + sigio(linux2.4主流) + aio则可以。在linux服务器开发方面,异步IO一般只用于异步读取文件方面,如nginx中使用filefd + O_DIRECT + posix_memalign + aio + eventfd + epoll模式(可禁用),但其也未必比直接读取文件高效;而写文件与网络方面基本不采用异步IO模式。

    3)半异步半同步(hahs

    半异步半同步模型(HalfAsync-HalfSync)常采用单进程多线程形式,其包括一个监听主线程与一组工作者线程,其中监听线程负责接受请求,并选取处理当前请求的工作线程(如轮询方式等),同时将请求添加该工作线程的队列,然后通知该工作线程处理之,最后工作线程处理并回复。对于hahs模式,所有线程(包括主线程与工作线程)均存在自己的epoll处理循环,每一工作线程对应一个队列,主要用于主线程与工作线程间数据通信,而主线程与工作线程间通知通信常采用pipe管道或eventfd方式,且工作线程的epoll会监听该通知描述符。hahs模式应用也比较广泛,如memcachedthrift等,此外zeromq消息队列也采用类型模式。

    //! 主线程main_thread_process

    while (!quit) {

    ev_s = epoll_wait(...);

    for (i = 0; i < ev_s; i++) {

    if (events[i].data.fd == listen_fd) {

    accept4(….);

    } else if (events[i].events & EPOLLIN) {

    recv(…);

    select_worker(…);

    send_worker(…);

    notify_worker(…);

    }

    }

    //! 工作线程worker_thread_process

    while (!quit) {

    ev_s = epoll_wait(...);

    for (i = 0; i < ev_s; i++) {

    if (events[i].data.fd == notify_fd) {

    read(….);

    do_worker(…);

    }

    }

    }

    4)领导者跟随者(lf

    领导者跟随者模型(Leader-Follower)也常采用单进程多线程形式,其基本思想是一个线程作为领导者,而其余线程均该线程的跟随者(本质上为平等线程);当请求到达时,领导者首先获取请求,并在跟随者中选取一个作为新领导者,然后继续处理请求;在实现过程中,所有线程(包括领导者与跟随者线程)均存在自己的epoll处理循环,其通过平等epoll等待,并用加锁方式来让系统自动选取领导线程。lf模式应用也比较广泛,如pcl与一些java开源框架等。lf模式与hahs模式均能够充分利用多核特性,对于逻辑相对复杂的服务器其有效提高并发量。对于lf模式,所有线程均可平等利用epoll内核的队列机制,而hahs模式需要主线程读取并维持在工作线程的队列中,故本人比较常用lf模型,如QQPetWeQuie项目中接入服务层。

    while (!quit) {

    pthread_mutex_lock(&leader);

    Loop:

    while (loop.nready==0 && quit==0)

    loop.nready = epoll_wait(...);

    if (quit == 0) {

    pthread_mutex_unlock(&leader);

    break;

    }

    loop.nready--;

    int fd = loop.fired[loop.nready];

    conn *c = loop.conns[fd];

    if (!c) { close(fd); goto Loop; }

    loop.conns[fd] = NULL;

    pthread_mutex_unlock(&leader);

    do_worker(c);

    }

    5)多进程异步模型

    多进程异步模型(Leader-Follower)常采用主进程与多工作进程形式,主要偏用于没有数据共享的无状态服务器,如nginxlighttpdweb服务器;其主进程主要用于管理工作进程组(如热更新或拉起异常工作进程等),而工作进程则同时监听与处理请求,但也容易引起惊群,可以通过进程间的互斥锁来避免惊群(如nginx)。

    综上所述,常用网络模型各有优缺点,如reacor足够简单,lf利用多核等。但其实有时并不必太过于在意单台服务器性能(如连接数与并发量等),更应该着眼于整体架构的可线性扩容方面等(如网络游戏服务器)。当然一些特定应用服务器除外,如推送服务器偏向连接数,web服务器偏向并发量等。此外,阅读nginxzeromqredismemcached等优秀开源代码来体会提高技术与设计能力,如Nginx可达到几百万连接数与万兆网络环境至少可达50RPSzeromq采用相对独特设计让其成为最佳消息队列。

    十一、协程

    协程在pythonluago等脚本语言得到广泛应用,并且linux系统也原生支持c协程ucontext。协程可以与网络框架(如epolllibeventnginx等)完美结合(如gevent等);一般做法是收到请求创建新协程并处理,若遇到阻塞操作(如请求后端服务)则保存上下文并切换到主循环中,当可处理时(如后端服务器回复或超时)则通过上下文来找到指定协程并处理之。对于网络层的阻塞函数,可以通过dlsym函数来挂载相应的钩子函数,然后在钩子函数中直接调用原函数,并在阻塞时切换处理,这样应用层则可以直接调用网络层的阻塞函数而不必手动切换。

    游戏服务器一般采用单线程的全异步模式,直接使用协程模式可能相对比较少,但在一些cgi调用形式的web应用(如游戏社区或运营活动等)则逐步得到应用。比如QQ宠物社区游戏原来采用apache+cgi/fcgi模式的阻塞请求处理,基本仅能达到每秒300并发量,通过strace观察到时间基本消耗在网络阻塞中,所以需要寻求一种代码尽量兼容但能提高吞吐量的技术,从而协程成为最佳选择,即采用libevent+greenlet+python来开发新业务,而选择nginx+module+ucontext来重用旧代码,最后做到修改不到20行代码则性能提高20倍(siege压测实际业务可达到8kQPS)。

    十二、其它

    网络服务器方面除了基本代码开发以外,还涉及到构建、调试、优化、压测与监控等方面,但由于最近新项目开发任务比较重,将后期再逐步总结,现仅简单罗列一下。

    1)构建

    一直以来都使用cmake来构建各类工程(如linux服务器与window/macosx客户端程序等),体会到cmake是最优秀的构建工具之一,其应用也比较广泛,如mysqlcocos2dxvtk等大型工程。

    project(server)

    add_executable(server server.c)

    target_link_libraries(server pthread tcmalloc)

    cmake .; make; make install

    2)调试

    网络服务器开发调试大部分情况都可以通过日志来完成,必要时可以通过gdb调试,当然也可以在Linux系统下直接使用eclipse/gdb来可视化调试。

    当程序异常时,有core文件直接使用gdb调试,如bt full查看全栈详细信息或f跳到指定栈p查看相关信息;没有core文件时则可以查看/var/log/message得到地址信息,然后通过addr2lineobjdump来定位到相关异常代码。

    对于网络服务器来说,内存泄漏检测也是必不可少的,其中valgrind为最佳的内存泄漏检测工具。

    此外,其它常用的调试工具(编译阶段与运行阶段)有nmstringsstripreadelflddstraceltracemtrace等。

    3)优化

    网络服务器优化涉及算法与技术等多个方面。

    算法方面需要根据不同处理场景来选择最优算法,如九宫格视野管理算法、跳跃表排行算法与红黑树定时器管理算法等,此外,还可以通过有损服务来设定最佳方案,如WeQuie中采用到的有损排行榜服务。

    技术方面可以涉及到IO线程与逻辑分离、slab内存管理(如jemalloctcmalloc等)、socket函数(如accept4readvwritevsendfile64等)、socket选项(如TCP_CORKTCP_DEFER_ACCEPTSO_KEEPALIVETCP_NODELAYTCP_QUICKACK等)、新实现机制(如aioO_DIRECTeventfdclock_gettime等)、无锁队列(如CASboost::lockfree::spsc_queuezmq::yqueue_t等)、异步处理(如操作mysql时采用异步接口库libdrizzleredis异步接口或gevent类异步框架等)、协议选择(如httppb类型)、数据存储形式(如mysqlblob类型、mongodbbjson类型或pb类型等)、存储方案(如mysqlredisbitcaskleveldb等)、避免惊群(如加锁避免)、用户态锁(如nginx通过应用层的CAS实现(更好跨平台性))、网络状态机、引用计数、时间缓存、CPU亲缘性与模块插件形式(如pythonlua等)等等。

    常用的调优工具有valgrindgprofgoogle-perftools等,如valgrindcallgrind工具,可以在需要分析代码段前后加上CALLGRIND_START_INSTRUMENTATION; CALLGRIND_TOGGLE_COLLECT; CALLGRIND_TOGGLE_COLLECT; CALLGRIND_STOP_INSTRUMENTATION;,然后运行valgrind --tool=callgrind --collect-atstart=no --instr-atstart=no ./webdir即可,得到分析结果文件还可用Kcachegrind可视化展示。

    除了提高服务器运行效率外,还可以通过一些开发包或开源库来提高服务器开发效率,如采用boost库来管理不定长对象的共享内存与pythongo框架等。

    4)压测

    对于网络服务器来说,压力测试过程必不可少,其可用于评估响应时间与吞吐量,也可以有效检查是否存在内存泄漏等,为后期修正与优化提供依据。

    对于http服务器,常用absiege等工具进行压测,如./siege –c 500 –r 10000 –b –q http://10.193.0.102:8512/petcgi/xxx?cmd=yyy

    对于其它类型服务器一般都需要自己编写压测客户端(如redis压测工具),常用方法是直接创建多线程,每一线程使用libevent创建多连接与定时器等来异步请求。

    此外,若需要测试大量连接数,则可能需要多台客户机或需要为服务器创建多个虚拟ip地址。

    5)高可用性

    服务器的高可用性实现策略包括主从机制(如redis等)、双主机制(如mysql+keepalive)、动态选择(如zookeeper)与对称机制(如dynamo)等,如双主机制可由两台等效机器的VIP地址与心跳机制来实现,常常采用keepalive服务,当然也可以由服务器自主实现,如服务器启动时需要指定参数来标识其为主机还是从机,同时主备需要通过心跳包来保持异常时切换,如

    void server_t::ready_as_master()

    {

    primary = 1; backup = 0;

    system("/sbin/ifconfig eth0:havip 10.2.2.147 broadcast 10.2.2.255 netmask 255.255.255.0 up"); //! 虚拟IP

    system("/sbin/route add -host 10.2.2.147 dev eth0:havip");

    system("/sbin/arping -I eth0 -c 3 -s 10.2.2.147 10.2.2.254");

    up("tcp://10.2.2.147:5555");

    }

    void server_t::ready_as_slave()

    {

    primary = 0; backup = 1;

    system("/sbin/ifconfig eth0:havip 10.2.2.147 broadcast 10.2.2.255 netmask 255.255.255.0 down");

    down("tcp://10.2.2.147:5555");

    }

    当然这是相对简单方式(其前提是主备机器均可正常通信),没有考虑到异常情况,如主备机器间的网线断开情况等,此时可以考虑用双中心控制与多主选择结合模式等。

    6)监控

    Linux在服务器监控方面工具非常丰富,包括pstoppingtraceroutenslookuptcpdumpnetstatsslsofncvmstatiostatdstatifstatmpstatiotopdmesggstacksar(如-n/-u/-r/-b/-q等)及/proc等,如ps auxw查看进程标记位(一般地D阻塞在IORcpuS表示未能及时被唤醒等),gstack pid查看进程当前栈信息,ss -s查看连接信息,sar -n DEV 3 3查看包量,vmstat 1 5查看内存或进程切换情况等,iotopiostat -tdx 1查看磁盘信息,mpstat 2查看CPU信息等。此外有时最有效的是网络服务器的日记文件。

    十三、结束

    除了网络服务器基本开发技术之外,系统整体架构更为重要(如可线性扩容性),后期有时间再详细总结,对于网络游戏架构方面可参见WeQuiz手游服务器架构与QQPet架构介绍等。

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