探究UE4网络系列(二)、UE4网络核心类分析

时间:2019-12-17 zblade 人气:0

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一、概要

前面分析了网络核心的基础类Socket/BSDSocket/SocketSubsystem/SocketSubsysteModule，其主要是用于基础的模块加载和socket连接。在此基础上，进一步的层次是NetDriver和Connection，这两者并不是完全上下层的关系，更像是互相依托的关系。在实际的应用中会在NetDriver的基础上进一步封装出子类IpNetDriver。

所以本文就主要分析三大类：NetDriver/IpNetDriver/Connection。NetDriver还有个子类DemoNetDriver，主要用于replay，这儿就不再详细分析，需要的可以去深入研究一下。

二、三大基础网络核心类

2.1 基础类 NetDriver

在每个单独的UE进程中，只会有一个NetDriver的实例，虽然具体的是UIpNetDriver，但是本质是一样，都是网络驱动类。NetDriver和NetConnection是互相依托的，简单的来说，就是构建NetDriver，然后注册NetConnection，在NetConnection中注册ActorChannel, ControlChannel，VoiceChannel等。在更新的时候，从World触发相关Tick，然后触发到NetDriver，然后逐个触发其上面的Connection。在NetDriver和NetConnection中会有一些和RPC相关的操作接口，当然RPC的主要操作还是在UChannel上，这个在后续文章会具体分析其原理。

2.1.1 主要变量

NetDriver的主要变量有：

class UNetConnection* ServerConnection: 连接到的服务器Connnection，只在客户端才赋值
TArray<class UNetConnection*> ClientConnections: 连接到host的所有client connection, 这在host上才维护，注意这是一个数组，也就是可以有多个客户端在host上注册
TUniquePtr<PacketHandler> ConnectionlessHandler: 在连接初始化的时候会应用到
TWeakPtr<StatelessConnectHandlerComponent> StatelessConnectComponent: 在连接初始化的时候会用到
class UWorld* World: 当前NetDriver注册所在的World
TMap< TWeakObjectPtr< UObject >, TSharedPtr< FRepChangedPropertyTracker > > RepChangedPropertyTrackerMap; RPC相关的历史存储数据变量
TMap< TWeakObjectPtr< UObject >, TSharedPtr< FRepLayout > >RepLayoutMap; RPC相关的数据变量
TMap< TWeakObjectPtr< UObject >, TSharedPtr< FReplicationChangelistMgr > >ReplicationChangeListMap; RPC相关的数据变量

2.1.2 初始化和构造函数

构造函数主要是对一系列的变量进行赋值操作，然后对Control/Actor/Voices三种Channel的类进行注册。完成构造后会有几个相关的初始化接口:

ENGINE_API virtual void PostInitProperties() override;
主要是初始化simulation相关属性，然后确定是否有timeout，然后注册level的加载的两个事件委托

ENGINE_API virtual void FinishDestroy() override;   
销毁操作，清理服务器和客户端connection， 然后移除上面注册的两个事件委托

ENGINE_API virtual void Serialize( FArchive& Ar ) override;    
序列化相关

ENGINE_API static void AddReferencedObjects(UObject* InThis, FReferenceCollector& Collector);   
添加到gc对象列表中，然后从当前replication相关数据中移除

其他和构建销毁相关的接口有:

InitBase:
　　Common initialization between server and client connection setup
InitClient:
　　Initialize the net driver in client mode
InitListen:
　　Initialize the network driver in server mode (listener)
InitConnectionlessHandler:
　　Initialize a PacketHandler for serverside net drivers, for handling connectionless packets
FlushHandler:
　　Flushes all packets queued by the connectionless PacketHandler
InitConnectionClass:
　　Initializes the net connection class to use for new connections
ShutDown:
　　Shutdown all connections managed by this net driver
LowLevelDestroy:
　　Close socket and Free the memory the OS allocated for this socket

2.1.3 RPC相关的接口

RPC的三个触发相关的接口：

TickDispatch: handle time update，tick更新前的time更新
TickFlush: ReplicateActors and Flush，值赋值和刷新
PostTickFlush: PostTick actions tick更新后的刷新和清除操作

具体的RPC相关的接口：

PreCheckReplicateActors: Replicate之前的操作
FlushActorDormancy：刷新处于睡眠状态的Actor
ForceActorRelevantNextUpdate: 强制刷新actor的关联关系
PreReplicateActors： actor进行值复制之前的操作
ServerReplicateActorsXXX: 以ServerReplicateActors开头的函数接口，都是服务器执行值复制的相关接口
ProcessRemoteFunction：处理RPC函数调用的接口

2.1.4 网络相关的接口

NetDriver本身还是又和数据发送相关的接口，主要是:

LowLevelSend： 数据发送接口
ProcessLocalServerPackets： Process any local talker packets that need to be sent to clients
ProcessLocalClientPackets： Process any local talker packets that need to be sent to the server

总结： NetDriver其实主要是初始化，RPC和值复制相关接口，对于值复制相关的接口，在后续的值复制操作中会详细的分析，这儿就不展开详细分析。

2.2 基础类 IpNetDriver

相比于其父类NetDriver，IpNetDriver主要负责具体的Tick和Socket的创建，所以整体的网络最终网络连接实例实在这儿进行的，当然部分还是沿用其父类的实现。

2.2.1 主要变量

FSocket* Socket：当前IPNetDriver关联创建的Socket
uint32 ServerDesiredSocketReceiveBufferBytes ：Number of bytes that will be passed to FSocket::SetReceiveBufferSize when initializing a server
uint32 ServerDesiredSocketSendBufferBytes： Number of bytes that will be passed to FSocket::SetSendBufferSize when initializing a server.
uint32 ClientDesiredSocketReceiveBufferBytes： Number of bytes that will be passed to FSocket::SetReceiveBufferSize when initializing a client
uint32 ClientDesiredSocketSendBufferBytes ：Number of bytes that will be passed to FSocket::SetSendBufferSize when initializing a client.

2.2.2 主要接口

1. InitBase

在host端，将connectionlesshandler重置为null，为后续的登录连接做准备。

2. InitConnect

在调用InitBase后，会对应的创建一个ServerConnection，然后初始化，并在这个ServerConnection中创建一个Control Channel，其实现为:

这个Control Channel会在后面的连接过程中被使用。

3. InitListen

初始化话监听相关，同时处理ConnectionlessHandler相关:

4. LowlevelSend

数据发送，具体看实现的cpp代码即可。

5. TickDispatch

每帧的更新，看具体的实现即可。

6. ProcessRemoteFunction

对RPC函数的操作，后面会详细的分析。

总结：IpNetDriver虽然作为具体的网络驱动类，其部分逻辑沿用父类，部分自我实现，具体的分析，最好还是和后面的RPC和网络连接一起分析比较好，这儿就忽略不具体分析，后面来具体补充分析接口的实现逻辑和流程。

2.3 基础类 NetConnection

上面的两个类只是简单的阐述其接口和变量，由于其作为网络连接的核心驱动类，在后面的网络连接初始化，值复制和RPC中会反复的提及和分析，所以就简单的分析了。NetConnection作为连接类，在数据收发和网络状态中具有重要的作用，所以先详细的分析这个类。

2.3.1 基本变量分析

NetConnection中的变量，主体还是和网络连接相关，主要可以分为以下几类:

1. 连接相关外部类

class UNetDriver* Driver: 该connection所关联的NetDriver
class AActor* ViewTarget: 当前connection关联的actor
class AActor* OwningActor: 主要指当前connection所关联的controller（controller本身也是actor）

2. 网络配置相关数据

int32 MaxPacket; 最大packet size
int NumPacketIdBits; 当前packet中PacketId所占bit数目
int NumBunchBits: 当前packet中的bunches所占bit数目
int NumAckBits: 当前packet中ack所占bit数目
int NumPaddingBits: 当前packet中Padding所占bit数目
int32 MaxPacketHandlerBits: the maximum number of bits all packet handlers will reserve
enum{ MAX_CHANNELS = 10240 }; 最大的channel数目，当然每个项目可以自己修改数目，现在10240对于有的有点过大

3. 网络连接相关

EConnectionState State 当前网络连接状态：Invalid/Closed/Pending/Open
uint32 bPendingDestroy:1; true的时候，表明当前controller或则client正在被销毁，标志位
TUniquePtr<PacketHandler> Handler: PacketHandler，主要用来管理packets的收发
TWeakPtr<StatelessConnectHandlerComponent> StatelessConnectComponent: 主要用来指向PacketHandler component, 用来管理无状态连接的握手处理，后面在网络初始化的时候会分析讲解
bool bNeedsByteSwapping: 当前数据是否需要交换byte
FUniqueNetIdRepl PlayerId: 这个id只在客户端有效，在server端保存这个id，用来表明remote连接的client

其余还有连接时的各种数据，主要分为连接时的数据，连接时的时间变量，以及网络stat相关数据，这儿就不再具体分析了。

4. Packet相关

FBitWriter SendBuffer: 发送的buffer， queued up bits waiting to send
double OutLagTime[256]: for lag measuring
int32 OutLagPacketId[256]: for lag measuring 延迟优化相关
int32 OutBytesPerSecondHistory[256]: for saturation measuring
float RemoteSaturation:
int32 InPacketId: full incoming packet index
int32 OutPacketId: most recently sent packet
int32 OutAckPacketId: most recently acked outgoing packet

5. Channel Table相关

class UChannel* Channels[MAX_CHANNELS];
int32 OutReliable[MAX_CHANNELS];
int32 InReliable[MAX_CHANNELS];
int32 PendingOutRec[MAX_CHANNELS];
TArray<int32> QueuedAcks, ResendAcks;

6. RPC相关变量

TMap<TWeakObjectPtr<AActor>, UActorChannel*, FDefaultSetAllocator, TWeakObjectPtrMapKeyFuncs<TWeakObjectPtr<AActor>, UActorChannel*>> ActorChannels; 简单明了，每个actor一个channel
TMap<FNetworkGUID, TArray<class UActorChannel*>> KeepProcessingActorChannelBunchesMap： This holds a list of actor channels that want to fully shutdown, but need to continue processing bunches before doing so
TMap< TWeakObjectPtr< UObject >, TSharedRef< FObjectReplicator > > DormantReplicatorMap 睡眠actor列表
TSet<FNetworkGUID> DestroyedStartupOrDormantActors

2.3.1 基本接口分析

主要分为以下几种主要接口：

1. 构造相关的接口

InitBase接口
初始化该Connection的实例基本设置，主要为设置stat相关的初始时间，设置handler，创建packagemap， 以及创建一个voice channel, 不过voice channel 基本现在不常用，相关接口可以暂时不关注

InitHandler
在上面接口中会执行InitHandler, 会执行MakeUnique来创建一个Handler，然后设置其mode为client还是server，初始化委托，并创建statelessconnectcomponent，为后面的握手操作设置。

InitConnection
这个相对于InitBase，主要没有Handler的设置相关，stat的设置相关，这个主要用于DemoNetDriver中的设置，DemoNetDriver主要用于回放系统

InitSequence
在握手完成后基于握手的数据重新设置InComingSequence/OutgoingSequence

EnableEncrytionWithKeyServer/EnableEncryptionWithKey
设置加密的key

Close
会将所有的Channel关闭，然后执行一次FlushNet

CleanUp
对所有子NetConnection执行CleanUp, 然后执行Close， 然后区分当前connection为server还是client，分别执行对应的connection的置空和remove操作，最后当前connection上的所有openchannel/actorchannel执行cleanup, 置空handler和Driver等一系列置空清除操作

FinishDestroy
调用CleanUp

AddReferencedObjects
将当前对象添加到可GC列表中

2. 数据接收相关接口

ClientHasInitializedLevelFor
returns whether the client has initialized the level required for the given object

ValidateSendBuffer：项目改进的接口
当前sendbuffer是否有效

InitSendBuffer
初始SendBuffer

ReceivedRawPacket(void InData, int32 Count)*
接收到rawpacket，重点接口，如果handler不为空，则执行InComming的数据接收到的校验，然后刷新接收到的数据的统计，然后构建FBitReader，执行ReceivedPacket

ReceivedNak
获取到重新发送的packet的操作, 其来在receivedpack

ReceivedPacket
重点接口，获取到packet的相关操作，主要有

　　* 更新时间戳
　　* 检测packet的packetId的合法性，只能递增，不能比当前packet更小，否则就被标记为乱序不执行后续
　　* 分类执行，基于当前packet是否为ack进行区分执行
　　* Ack的packet的执行分类
　　　　* 判断当前packet是否为重发的Ack, 是则调用上面的ReceivedNak
　　　　* 更新controller的Ping
　　　　* 更新当前OpenChannels中的每个channel的ack状态
　　* 非Ack的packet的执行分类
　　　　* 将当前packet解析为bunch
　　　　* 对bunch进行排序
　　　　* 基于bunch的ChIndex进行校验，对应不存在的情况进行校验，如果不存在当前对应的channel，同时Control对应的channel没有创建，则返回
　　　　* 如果control对应的channel存在，并且bunch对应的ChIndex对应的channel不存在，则执行对应的channel的创建
　　　　* 在创建完channel后进行是否接收该创建的channel的校验，如果不通过，则close和delete该channel
　　　　* 如果通过校验，则设置执行ReceivedRawBunch
　　　　* 刷新计数，校验Bunch
　　* 发送回ack packet: SendAck

3. 数据发送相关

WriteBitsToSendBuffer
主要是创建SendBuffer对应的FBitWriterMark，然后序列化数据进去，具体发送的时机，要么是当前操作完成后，已经填满buffer，则触发flushnet，否则等待下一次flushnet的时候执行LowLevelSend才会执行send

SendAck
发送Ack包，只限制在非replay得情况下，对Ack对应得FBitWriter进行数据填充和序列化，然后调用WriteBitsToSendBuffer

SendRawBunch 对channel中发来的Bunch数据再进行包装一层后发送出去，调用WriteBitsToSendBuffer

4. Tick

Tick的基本操作可以分为几个部分:

基本时间刷新：主要是各种stat的时间，更新的时间，以及超时的判断
如果超时，则执行Close操作
如果没有超时，则执行更新，主要更新:集中刷新发送Ack数据包
- ChannelsToTick数组中元素的更新
- OpenChannels的元素更新
- KeepProcessingActorChannelBunchesMap字典中value的更新
处理连接过程中的FlushNet
集中处理刷新发送Handler中的rawpacket/packet数据包
做一个数据统计

所以基本的还是数据统计，channel更新，handler中packet的相关刷新发送

5. FlushNet

FlushNet，相当于Flush操作，将当前缓存积累的数据都进行一次flush操作。函数操作比较长，但是主体的操作就是：将当前的sendbuffer中的数据执行 LowLevelSend操作来发送出去，然后刷新对应的相关计数和统计数据

6. RPC相关

NetConnection不是RPC的主要战场，会有部分与RPC相关的接口，主要是对Dormancy的actor进行刷新的操作:

FlushDormancy
对当前actor以及actor的cpnt进行FlushDormancyForObject的操作

FlushDormancyForObject
对当前DormantReplicatorMap字典中的对象进行dormancy state的判断，为后面的replication操作做准备

7. 登录相关

SetClientLoginState
设置客户端的loginstate

SetExpectedClientLoginMsgType
在服务器上设置期望下次客户端在登陆时候发送的msg type

IsClientMsgTypeValid
和上面对应的msg type进行比对

总结：其实从接口分析来看，NetConnection主要的就是构造初始化，断开相关，对Packet数据进行收发相关，以及和登录RPC部分相关的接口，具体RPC的操作，还是需要在对应的Channel中进行仔细推敲分析，后面回进一步的分析到RPC相关。

在完成基本类的分析后，后面还会有对UChannel这个类的详细分析，但是其最好是和值复制以及RPC具体挂钩分析更佳。下面会分为网络连接的流程，RPC和值复制的逻辑原理两个方面继续深入分析网络连接。

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