小白探究UE4网络系列(一)、UE4网络基础类分析

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一、概要

　　捣鼓UE4也有两个多月了，从这儿开始，逐步探究UE4中经典的值复制，RPC两种同步方式。想要弄到其复制和调用的原理，就得从根本的网络层开始捋，优秀的文章有:

风蚀之月-UE4网络底层概览-https://blog.ch-wind.com/ue4-network-overview/

知乎专栏-Exploring In UE4- https://zhuanlan.zhihu.com/p/34723199

　　各位如果想大概了解网络的基本流程，可以认真学习一下这两篇文章，深入浅出讲解的很明晰。

　　我也是在拜读了这几篇文章后，下定认真查看UE4的源码，从根本上了解UE4的网络原理，实现方案，优化方案等。

　　整个系列应该比较长，就跟着自己的学习笔记，慢慢探究UE4的网络设计和实现，当作一个别样的旅程

二、基本网络类

　　在游戏开发中，基本的网络都是通用的，来自于Socket，在UE中，使用的是其子类BSDSocket(伯克利套接字)，而对于BSDSocket的使用，又是封装在SocketSubSystem中，又在其基础上封装了一层SocketSubSystemModule来做模块管理。

　　所以简单的总结，其基本的层次为:

　　　　Socket->BSDSocket->SocketSubSystem->SocketSubSystemModule

　　那么本文就介绍一下其基本的网络类，为后面的网络连接过程提供一个基本的知识印象。

2.1 基本网络类 Socket

　　这个类是最基本的类，自然就是和网络最底层挂钩:IP 和 Port，主要用于实现对IP 和 port的连接，用于网络连接的绑定，监听，数据收发。

2.1.1 基本接口

　　构建接口和析构函数:

	inline FSocket() :
		SocketType(SOCKTYPE_Unknown),
		SocketDescription(TEXT("")),
		IsNotSendEncrypt(false),
		IsNotRecvDecrypt(false)
	{ }

　　其中SocketType分为三类: None/TCP/UDP, 多一嘴，UE是以UDP为主的。IsNotSendEncrypt/IsNotRecvDecrypt 为收发加密相关。

2.1.2 绑定相关接口

virtual bool Bind(const FInternetAddr& Addr) = 0;

virtual bool Connect(const FInternetAddr& Addr) = 0;

virtual bool Close() = 0;

2.1.3 数据接受相关接口

virtual bool SetReceiveBufferSize(int32 Size, int32& NewSize) = 0;

virtual bool Recv(uint8* Data, int32 BufferSize, int32& BytesRead, ESocketReceiveFlags::Type Flags = ESocketReceiveFlags::None)   

virtual bool RecvFrom(uint8* Data, int32 BufferSize, int32& BytesRead, FInternetAddr& Source, ESocketReceiveFlags::Type Flags = ESocketReceiveFlags::None)

2.1.4 数据发送相关接口

virtual bool SetSendBufferSize(int32 Size, int32& NewSize) = 0;

virtual bool SendTo(const uint8* Data, int32 Count, int32& BytesSent, const FInternetAddr& Destination);   

virtual bool Send(const uint8* Data, int32 Count, int32& BytesSent);

　　总结：这个类就是一个基类，大部分实现还是要看子类的override实现。

2.2 基本网络类 BSDSocket

　　继承自Socket的类，相关接口实现更为完备，类似的类为FSocketBSDIPv6，就在这儿一起处理了。

2.2.1 基本构造和析构接口

	FSocketBSD(SOCKET InSocket, ESocketType InSocketType, const FString& InSocketDescription, ISocketSubsystem * InSubsystem)
		: FSocket(InSocketType, InSocketDescription)
		, Socket(InSocket)
		, LastActivityTime(0)
		, SocketSubsystem(InSubsystem)
        , SendEncryptBufLength(DEFAULT_CRYPT_BUFFER_LEN)
        , RecvEncryptBufLength(DEFAULT_CRYPT_BUFFER_LEN)
	{
        SendEncryptBuf = new char[DEFAULT_CRYPT_BUFFER_LEN];
        RecvEncryptBuf = new char[DEFAULT_CRYPT_BUFFER_LEN];
    }

	/**
	 * Destructor.
	 *
	 * Closes the socket if it is still open
	 */
	virtual ~FSocketBSD()
	{
		Close();

        delete[] SendEncryptBuf;
        SendEncryptBuf = nullptr;
        delete[] RecvEncryptBuf;
        RecvEncryptBuf = nullptr;
	}

　　比较简单，相对父类而言，多了收发buff的构建和析构回收操作。

2.2.2 其他接口

　　也就是场景的数据收发，Bind，连接，监听，Wait几个基本操作，也提供了多路操作。相对而言，重点关注几个变量：

　　 * UpdateActivity() 这个函数用于更新最新的存活时间戳，应该是用于心跳检测相关的；

　　* FDateTime LastActivityTime: 最新的存活时间，用于心跳检测，同上；

　　* ISocketSubsystem* SocketSubsytem 注释中就说明了，只想创建其的SocketSubSystem, 所以BSDSocket的创建来自于SocketSubsystem的触发，后面会分析到。

2.2.3 具体的实现

　　在对于的cpp中会有很多具体的实现，我就重点归纳几个要点:

Close: 内部会调用底层的closesocket来关闭socket
Bind: 内部会调用底层的bind来Bind socket
Connect: 同上，内部会调用底层的connect来connect socket
Listen：调用底层的listen接口，返回bool表示是否在监听
SendTo: 如果发送的数据超过当前的buffer，会删除当前Buffer, 扩大2倍用来存储和加密数据，然后执行发送操作sendto，如果发送数据量超过0，就默认为发送成功，刷新LastActivityTime
Send: 同上，只是调用的接口为send
RecvFrom: 接收接口，如果接收数据size超过当前Buffer，会删除当前buffer，扩大2倍用来存放接收的数据，对于接收到的数据，会进行是否接收数量(Byte)小于0且不为BLOCK状态，如果是则说明当前接收的数据不正确，返回。对于正确接受的数据，会进行解密操作，存放在对应Buffer中, 刷新LastActivityTime
Recv：同上，只是调用的是recv接口，上面调用的是recvfrom接口，刷新LastActivityTime
GetConnectionState: 获取当前Socket的状态，根据LastActivityTime，如果当前连接正常，同时数据收发间隔超过5s，则判断是否需要重新刷新链接时间LastActivityTime，还是断开连接

　　总结：这是项目中具体使用的BSDSocket，重点关注收发数据接口。

2.3 基本网络类 SocketSubsystem

　　前面介绍了Socket和BSDSocket，相当于介绍了工具，那么如何使用这个工具？UE给我们将这个工具做了一层封装，也就是SocketSubSystem，对于封装好的接口，我们想要调用，一般不会直接去调用，而是包装了一层，构建一个工具的管理器来进行相关的操作，避免和工具直接打交道。当然，UE还在SocketSubsystem的基础上更进一步的封装了Module来管理，后面会分析。

　　在实际的项目中，SocketSubsystem只是一个积累，具体的SocketSubsystem，还需要根据对于的平台来进行创建，目前理出的主要的继承关系如下:

ISocketSubsystem---FSocketSubsystemBSDCommon---FSocketSubsystemBSD      ---FPS4SocketSubsystem
                                                                        ---FSwitchSocketSubsystem
                                                                        ---FSocketSubsystemWindows
                                                                        ---FSocketSubsystemLinux
                                                                        ---FSocketSubsystemMac
                                                                        ---FSocketSubsystemAndroid

                                            ---FSocketSubsystemBSDIPv6  ---FSocketSubsystemIOS
                                                                        ---FSocketSubsystemAndroidv6
                ---FSocketSubsystemSteam
                ---FSocketSubsystemHTML5

　　　基本关系：在游戏启动的时候，会先加载SocketSubsystemModule，然后触发对应平台的SocketSubsystem的创建，再执行对应的BSDSocket的创建，所以接下来看看SocketSubsystemModule的加载过程。

2.4 基本网络类 SocketSubsystemModule的加载

　　在游戏启动，或者编辑器启动的时候(注意编辑器下不是执行play，而是编辑器启动的时候)，会执行Module的加载。在UE4中，各个模块都会统一到Module设计中，对应于网络这部分，就是SocketSubsystemModule，下面来逐步跟随追踪其加载过程：

2.4.1 加载FOnlineSubsystemModule

　　首先会执行加载FOnlineSubsystemModule，在执行完该Module的加载后，会执行一次StartupModule（Module的虚函数接口，每个Module各自实现），在FOnlineSubsystemModule中实现为:

　　在加载完成后，会执行GetOnlineSubsystem的操作：

　　第一次加载的时候，OSSFactory为空，则会触发执行CreateSubsystem的操作：

　　会在FOnlineFactoryNull中执行创建FOnlineSubsystemNull，然后执行初始化:

　　初始化的关键是： new FOnlineIdentityNull的创建：

　　里面会执行Login，而Login会进入到ISocketSubsystem:Get操作：

　　最终来到了创建静态SocketSubsystem的操作：

　　静态第一次创建的时候，执行加载SocketSubsystemModule，则其会执行：

　　对应编辑器为Windows，则会执行：

　　创建完后的register：

　　总结：至此，完成了从FOnlineSubsystemModule的初始化，到SocketSubsystemModule的加载，然后完成SocketSubsystem的创建和注册的流程。

本文就写到这儿，主要分析了基本的网络类，网络system以及相关Module的加载，下一篇会重点分析NetDriver 和Connection 这两个UE中的重头类。