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JSnapSync

License Java

JSnapSync 是一个专为游戏服务器设计的 Java 快照同步库。采用对象-属性模式,以对象和属性为粒度支持增量快照同步。

如果这个项目帮到了你,欢迎点个 star⭐ 支持一下~ 这会让更多人发现它 😊

🚀 核心特性

  • 对象-属性架构:以对象(SerializeObject)与属性(SerializeAttribute)组织同步数据,支持灵活的数据结构设计
  • 增量同步:仅同步发生变化的属性数据,大幅减少网络带宽使用
  • 高性能序列化:使用优化的二进制序列化协议(VarInt、ByteBuf),支持多种基础类型与集合
  • 缓冲机制:内置快照缓冲区(SnapshotBuffer),支持历史状态追溯和全量/增量快照发送

📋 系统要求

  • Java 21 或更高版本
  • Maven 3.6 或更高版本

🏗️ 架构概览

JSnapSync 采用以下核心架构:

同步对象层次结构

对象即参与同步的实体(如玩家、怪物、道具),属性即挂在对象上的数据块(如血量、位置、背包等);一个对象可包含多个属性,对应接口如下:

同步对象 (SerializeObject / DeserializeObject)
├── 同步属性1 (SerializeAttribute / DeserializeAttribute)
│   ├── 字段1
│   ├── 字段2
│   └── ...
├── 同步属性2 (SerializeAttribute / DeserializeAttribute)
└── 同步属性3 (SerializeAttribute / DeserializeAttribute)

消息结构

JSnapSync 使用二进制协议进行高效数据传输:

单帧消息: [实体数量] [实体1] [实体2] ...
实体数据: [UID] [类型ID] [属性数量] [属性1] [属性2] ...
属性数据: [属性字节长度] [属性ID] [字段数据...]

特点

  • 紧凑的二进制格式(如整数 VarInt 编码)
  • 支持增量同步与全量快照
  • 自动处理数据类型和长度编码

核心类

  • SnapshotServer:快照服务端,管理对象注册、快照生成与向各客户端的广播
  • SnapshotClient:快照客户端连接,代表房间内一个玩家,负责全量/增量快照发送及上行数据反序列化
  • SnapshotObjectTracker:单个同步对象的快照跟踪器,管理该对象的历史快照与差异
  • SnapshotBuffer:快照缓冲区,按序列号存储历史快照
  • AttributeSerializer:属性序列化器,将 SerializeAttribute 序列化为字节
  • DeserializeFactory:反序列化工厂,根据类型 ID 创建 DeserializeObject 并驱动反序列化

🔧 快速开始

1. 定义同步属性

实现 SerializeAttributeDeserializeAttribute,使用 ReplicatedWriter / ReplicatedReader 读写字段,顺序需一致。

public class PlayerAttribute implements SerializeAttribute, DeserializeAttribute {
    private String name;
    private int level;
    private float health;

    @Override
    public Integer getTypeId() {
        return 1; // 属性类型 ID
    }

    @Override
    public void serialize(ReplicatedWriter writer) {
        writer.writeString(name);
        writer.writeInteger(level);
        writer.writeFloat(health);
    }

    @Override
    public void deserialize(ReplicatedReader reader) {
        name = reader.readString();
        level = reader.readInteger();
        health = reader.readFloat();
    }

    // getters and setters...
}

2. 定义同步对象

实现 SerializeObjectDeserializeObject:序列化侧通过 getAttributes() 提供属性集合;反序列化侧在 deserializeAttribute(ReplicatedReader reader) 中按“属性数量 + 每块长度 + 类型 ID + 数据”读取并填充各属性。

public class Player implements SerializeObject, DeserializeObject {
    private int guid;
    private int typeId;
    private final List<SerializeAttribute> attributes = new ArrayList<>();

    public Player(int guid, int typeId) {
        this.guid = guid;
        this.typeId = typeId;
        attributes.add(new PlayerAttribute());
    }

    public Player() {}

    @Override
    public Collection<SerializeAttribute> getAttributes() {
        return attributes;
    }

    @Override
    public int getGuid() {
        return guid;
    }

    @Override
    public int getTypeId() {
        return typeId;
    }

    @Override
    public void setGuid(int id) {
        this.guid = id;
    }

    @Override
    public void setTypeId(int type) {
        this.typeId = type;
    }

    @Override
    public void deserializeAttribute(ReplicatedReader reader) {
        int size = reader.readInteger();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            int attributeSize = reader.readInteger();
            int attributeType = reader.readInteger();
            // 根据 attributeType 找到对应属性并 deserialize(reader)
        }
    }
}

3. 创建快照服务端

继承 SnapshotServer,在构造函数或初始化方法中注册实体类型与客户端生成方式;游戏循环中调用 stepSnapshot()

public class GameSnapshotServer extends SnapshotServer {

    public GameSnapshotServer() {
        getDeserializeFactory().registerEntityType(100, () -> new Player(0, 100));
        getDeserializeFactory().registerEntityType(101, () -> new Monster(0, 101));
    }

    @Override
    protected SnapshotClient generateConnection(long connectionId) {
        return new GameSnapshotClient(connectionId, this);
    }

    @Override
    protected void onClientRemove(SnapshotClient client) {}

    @Override
    protected void onClientAdd(SnapshotClient client) {}

    public void gameLoop() {
        // 注册对象、生成/移除客户端后,每帧调用
        stepSnapshot();
    }
}
  • 注册对象:registerObject(SerializeObject entity)
  • 注销对象:unregisterEntity(SerializeObject)unregisterEntity(int replicateId)
  • 生成客户端连接:generateClient(long clientId)
  • 移除客户端:removeClient(SnapshotClient)removeClient(long clientId)

4. 实现快照客户端连接

继承 SnapshotClient,实现 sendFullSnapshotsendAdditionSnapshotreceive。服务端每帧对每个客户端调用 sendPackage(serverSequence),由库内部根据缓冲决定发全量或增量;客户端上行数据通过 deserializer(inSequence, byteArray) 注入,反序列化后的对象会回调 receive(inSequence, deserializeObject)

public class GameSnapshotClient extends SnapshotClient {

    public GameSnapshotClient(long uid, SnapshotServer server) {
        super(uid, server);
    }

    @Override
    protected void sendFullSnapshot(int inSequence, int outSequence, byte[] updateBytes, Collection<Integer> createIds) {
        // 将全量快照数据发送给客户端
    }

    @Override
    protected void sendAdditionSnapshot(int inSequence, int outSequence, byte[] updateBytes,
                                       Collection<Integer> createIds, Collection<Integer> destroyIds) {
        // 将增量快照数据发送给客户端
    }

    @Override
    protected void receive(int inSequence, DeserializeObject deserializeObject) {
        // 处理客户端上行反序列化后的对象
    }
}
  • 服务端驱动发送:在 stepSnapshot() 之后对每个客户端调用 client.sendPackage(server.getSequence())(或等价序列号)。
  • 客户端上行:收到客户端包时调用 client.deserializer(inSequence, byteArray)

📊 支持的数据类型

基础类型

  • byte, char, boolean, short, int, long, float, double
  • String, byte[]

集合与数组

  • List<T>writeBooleanList / readBooleanListwriteIntList / readIntListwriteStringList / readStringList
  • 基础类型数组:writeIntArray / readIntArraywriteStringArray / readStringArray
  • 自定义对象列表:writeObjList(List<? extends SerializeAttribute>) / readObjList(Class<T extends DeserializeAttribute>)

自定义结构体

  • 实现 SerializeAttributeDeserializeAttribute 的类,可作为字段或列表元素,通过 writeObject / readObject(Class)writeObjList / readObjList(Class) 序列化。

⚙️ 高级特性

增量快照

服务端通过 SnapshotObjectTracker 比较相邻序列号快照,仅在有变化时下发该对象的增量数据;若客户端落后超过 SnapshotConfig.SnapshotBufferSize(默认 64),则自动切换为全量快照。

快照缓冲

  • 服务端为每个已注册对象维护 SnapshotBuffer,用于历史快照与差异计算。
  • 缓冲区大小由 SnapshotConfig.SnapshotBufferSize 控制。

实体类型注册

  • SuppliergetDeserializeFactory().registerEntityType(typeId, () -> new Player(0, typeId));
  • 类引用(需无参构造):getDeserializeFactory().registerEntityType(typeId, Player.class);

可选:为实体类标注 @SnapshotDeserializer(typeId),使用 ClassUtils.getClassByAnnotation(packageName, SnapshotDeserializer.class) 扫描后批量注册。

🧪 测试

运行测试套件:

mvn test

测试包含属性序列化/反序列化、边界值、增量快照等。

📝 注意事项

  1. 对象与属性固定性:对象注册后,其 getAttributes() 返回的集合不应在运行期增删;反序列化侧需能根据类型 ID 找到对应属性实例并填充。
  2. 类型 ID 唯一性:同一上下文中对象类型 ID、属性类型 ID 需唯一。
  3. 序列化顺序serializedeserialize 的字段顺序必须严格一致。
  4. 线程模型:SnapshotServer 与 SnapshotClient 均为单线程写、单线程读。对同一 Server/Client 的调用(如 registerObjectstepSnapshotgenerateClientsendPackagedeserializer 等)应在同一线程执行,适用于守望先锋等开房间类游戏中一个房间由单线程主循环驱动的场景,无需框架内部加锁。

📄 许可证

本项目采用 Apache License 2.0 许可证。详细信息请查看 LICENSE 文件。

📋 后续开发计划

  • 二进制快照反序列化可视化工具(进行中)
  • 支持回放的快照数据存储模块(未开始)

🔗 相关链接


JSnapSync - 让游戏服务器状态同步变得简单高效 🎮

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A Java library for snapshot synchronization in game servers

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