帧同步（Lockstep）和状态同步（State Synchronization）

所谓同步，就是要多个客户端表现效果是一致的，例如我们玩王者荣耀的时候，需要十个玩家的屏幕显示的英雄位置完全相同、技能释放角度、释放时间完全相同，这个就是同步。就好像很多个人一起跳街舞齐舞，每个人的动作都要保持一致。而对于大多数游戏，不仅客户端的表现要一致，而且需要客户端和服务端的数据是一致的。所以，同步是一个网络游戏概念，只有网络游戏才需要同步，而单机游戏是不需要同步的。

状态同步

同步的是游戏中的各种状态。一般的流程是客户端上传操作到服务器，服务器收到后计算游戏行为的结果，然后以广播的方式下发游戏中各种状态，客户端收到状态后再根据状态显示内容。状态同步最广泛的应用应该是在回合制游戏中。

帧同步

帧同步是一种客户端与服务器的同步方式，是为了实现高实时性，高同步性的应用而产生的。例如大家喜欢玩的王者荣耀，如果玩家A对玩家B发出了攻击而玩家B过了很久才发现，那么玩家B很可能就来不及做出防御，那这个游戏就没法玩，所以所有玩家的指令一定是要及时地同步到所有玩家的终端上的，而且大家收到的信息一定要是一致的，不然没法玩。

• 实时性

网络存在延迟，客户端发出指令到服务器需要时间，服务器发送指令到其他客户端也需要时间，为了做到让玩家感觉不出来延迟，这个发送消息的周期一定要短，例如我50ms就同步一次信息，加上网络延迟100ms，150ms的延迟，玩家是反应不过来的，这个延迟对于玩家来说是越小越小，但是对于运营成本，同步消息频率越大，对于性能要求越高，成本也就越高，所以是要做一个权衡。而且为了能够减小服务器的压力，也为了能够更快地转发信息，游戏的逻辑一般会放到客户端去执行，这样更快。

• 同步性

客户端需要将指令同步后然后在固定的帧间隔内进行逻辑计算，而不是将逻辑计算好了再发送到其他客户端，原因是在某一帧内，玩家如果在不知道其他用户的操作的情况下进行逻辑计算的话，会造成计算结果的不一致，比如说一帧内玩家A攻击了B导致B死亡而这一帧内B也攻击了A导致A死亡，那么两个客户端都认为对方死了，实际上通过指令同步后进行计算，只会有一个死。那就是最先发起攻击的那个人。

如果使用同步指令后再计算的模式，那么需要保证的是每个客户端收到相同指令都会运行出唯一的结果，为了保证这一点，所有客户端都应该有相同的随机种子，也就是说如果有需要随机的地方，那么每个客户端都应该随机出同一个结果，比如玩家A掷骰子，那么每个客户端那里玩家A都应该掷出相同的数字。

指令是不能丢失的，丢失后就会有客户端计算的结果不一致了，所以网络传输必须使用有数据可靠性保证的传输方式，例如tcp，例如kcp。

为了应对玩家掉线的情况，服务器应该保存一场游戏中的指令，在玩家断线重连后发送到玩家终端。

帧同步的关键

运行环境一致

• 随机数的确定

/*
* 根据随机算子产生伪随机数
*/
export class RandomSeed{private static s_seed:number = 0;public static set seed(value:number){RandomSeed.s_seed = value;};public static get seed():number{return RandomSeed.s_seed;};public static randomCount = 0;public static Random(min?:number,max?:number){++RandomSeed.randomCount;min = min || 0; max = max || 1; RandomSeed.s_seed = (RandomSeed.seed * 9301 + 49297) % 233280; let rnd:number = RandomSeed.seed / 233280.0; return min + rnd * (max - min);}
}

• 浮点数精度一致
• 协议数据顺序一致
• 客户端，服务器的处理逻辑一致
• 具有确定性的物理引擎

显示与逻辑分离

客户端逻辑渲染分离主要解决以下问题：
1，抗网络抖动导致的渲染抖动（各种表现不平滑），不分离的话网络抖动导致逻辑抖动进而影响渲染
2，新建线程处理逻辑层，避免逻辑渲染共用线程导致拖累渲染，平摊cpu资源，保证渲染资源不被占用。即无论逻辑层如何延迟，渲染层始终平滑。这样做还有好处是：逻辑和渲染可各自发挥最大效能，通常情况下逻辑层帧率在10到20间变化，可以轻松处理大几百单位的逻辑运算（寻路，避障，ai等）
3，逻辑层独立出来，可做服务端验算

export class FrameLock{public static Lock():FrameLock{let lock:FrameLock = new FrameLock();return lock;}public static UnLock(lock:FrameLock):void{}
}export class FrameManager {private static _clientFrameTime: number = 1.0 / ControlDefine.CLIENT_FRAME_RATE;public _curlogicFrame: number = 0;private _frameLocks:FrameLock[] = [];private _frameRate: number = 0;private _clientFrameNum: number = 0;private _startTime: number = 0;private _clientServerFrameRate: number;public get clientServerFrameRate() { return this._clientServerFrameRate;}public get frameRate(): number {return this._frameRate;}private _delayFrameCount: number = 0;private _waitBufferFull:boolean = false;  //客户端是否等待缓冲帧填满public set delayFrameCount(delay) {this._delayFrameCount = Math.max(Math.floor(delay), 0);}public get delayFrameCount() {return this._delayFrameCount;}constructor(frameRate, delayFrameCount: number = 0) {this._frameRate = frameRate;this._delayFrameCount = delayFrameCount;//_clientServerFrameRate应该要是整数this._clientServerFrameRate = ControlDefine.CLIENT_FRAME_RATE / this._frameRate;}public get clientFrameNum() { return this._clientFrameNum;}public restart() {this._delayFrameCount = 0;this._waitBufferFull = false;this._frameLocks = [];this._clientFrameNum = 0;this._startTime = 0;this._curlogicFrame = 0;}public isLocking(): boolean {return this._frameLocks.length > 0;}public lock(lock: FrameLock): boolean {if (this._frameLocks.indexOf(lock) > -1) {return false;} else {this._frameLocks.push(lock);return true;}}public unLock(lock:FrameLock):boolean{var index = this._frameLocks.indexOf(lock, 0);if (index > -1) {this._frameLocks.splice(index, 1);return true;}else{return false;}}public logicUpdate() {if (this.isLocking()) return;//客户单已接收到的最新的帧let lastSyncFrame: number = DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame;if (this._waitBufferFull) {if (lastSyncFrame >= this._curlogicFrame + this._delayFrameCount) {this._waitBufferFull = false;}}//已接受到当前帧的输入时可以进行当前帧的逻辑并继续向下推进逻辑帧if (lastSyncFrame > this._curlogicFrame) {if (lastSyncFrame > this._curlogicFrame + this._delayFrameCount + 1) {  //正常推进帧或快进帧this.stepToLogicFrame(lastSyncFrame); //客户端帧一定要跑完} else {cc.director.getScheduler().setTimeScale(1);}}}stepToLogicFrame(frame) {while (this._clientFrameNum < this._clientServerFrameRate * frame) {this.updateClient(FrameManager._clientFrameTime, false);}this.updateClient(FrameManager._clientFrameTime, false);}public updateTime = 0;public updateCount = 0;public update(dt: number) {if (this.isLocking()) return;this.logicUpdate();this.updateClient(dt, true);}//更新客户端帧public updateClient(dt: number, isUpdateShowFrame: boolean = true) {if (this._clientServerFrameRate * DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame > 0 && isUpdateShowFrame) {GlobalEvent.Dispatch(GlobalEventType.CLIENT_SHOW_FRAME_UPDATE, dt);}//客户端帧过快，服务器帧有延迟if (this._clientFrameNum > this._clientServerFrameRate * DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame) {return;}if (!this._waitBufferFull) {this._startTime += dt;}//等待缓冲帧if (DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame == this._curlogicFrame - 1&& this._clientFrameNum == DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame * this._clientServerFrameRate&& this._startTime > FrameManager._clientFrameTime * this._clientServerFrameRate) {this._waitBufferFull = true;this._startTime = 0;  //避免恢复时候的客户端帧会快进几帧的情况// cc.log(`frameManager _delayFrameCount:${this._delayFrameCount}  => waitting buffer full ........................`);}if (this._waitBufferFull) return;while (this._startTime >= FrameManager._clientFrameTime && this._clientFrameNum <= this._clientServerFrameRate * DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame) {if (DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame >= this._curlogicFrame && this._clientFrameNum == this._curlogicFrame * this._clientServerFrameRate) {GlobalEvent.Dispatch(GlobalEventType.LOGIC_FRAME_UPDATE, this._curlogicFrame);this._curlogicFrame++;}if (this._clientFrameNum < this._clientServerFrameRate * DataManager.gameFrameData.lastSyncFrame) {++this._clientFrameNum;GlobalEvent.Dispatch(GlobalEventType.CLIENT_FRAME_UPDATE, this._clientFrameNum);this._startTime -= FrameManager._clientFrameTime;} else {break;}}}
}

注意观察以上代码，如何分发客渲染帧（GlobalEventType.CLIENT_FRAME_UPDATE）和逻辑帧（GlobalEventType.LOGIC_FRAME_UPDATE）。这里面其实有一些细节：

1. 客户端帧先跑，还是逻辑帧先跑
2. 缓冲帧的逻辑
3. 快进帧的逻辑（stepToLogicFrame）
4. 客户端帧间隔如何均匀分发
5. 渲染帧、逻辑帧处理的逻辑拆分
6. 渲染帧和逻辑帧的误差的弥补

以上一些细节，其实也是客户端帧同步处理的核心、难点所在，而且不同游戏，不同团队有自己不同的处理差异，重要的是，渲染帧和逻辑帧一定要均匀间隔，不可出现跳帧，这样才能保证计算的一致性。

防作弊

帧同步的游戏，外挂横行，典型的就是FPS类的游戏，其主要原因是每个客户端具有完整的游戏数据，这就包括勒其它玩家的信息。根据不同游戏类型，复杂程度，作弊与反作弊的方式都会不一样，这里仅简述个人的一些经验思考。

1. 输入的合理性检测
2. 数据的加密处理
3. 定时的数据hash,检测异常
4. 服务器运行一个精简的可信赖的客户端环境，得到可信赖的数据