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Unity3D —— protobuf网络框架
前言：
protobuf是google的一个开源项目，主要的用途是：
1.数据存储（序列化和反序列化），这个功能类似xml和json等；
2.制作网络通信协议；
一、资源下载：
1.github源码地址：https://github.com/mgravell/protobuf-net
2.google项目源码下载地址（访问需翻墙）：https://code.google.com/p/protobuf-net/
二、数据存储：
C#语言方式的导表和解析过程，在之前的篇章中已经有详细的阐述：Unity —— protobuf 导excel表格数据，建议在看后续的操作之前先看一下这篇文档，因为后面设计到得一些操作与导表中是一致的，而且在理解了导表过程之后，能够快速地理解协议数据序列化和反序列化的过程。
三、网络协议：
1.设计思想：
有两个必要的数据：协议号和协议类型，将这两个数据分别存储起来
- 当客户端向服务器发送数据时，会根据协议类型加上协议号，然后使用protobuf序列化之后再发送给服务器；
- 当服务器发送数据给客户端时，根据协议号，用protobuf根据协议类型反序列化数据，并调用相应回调方法。
由于数据在传输过程中，都是以数据流的形式存在的，而进行解析时无法单从protobuf数据中得知使用哪个解析类进行数据反序列化，这就要求我们在传输protobuf数据的同时，携带一个协议号，通过协议号和协议类型（解析类）之间的对应关系来确定进行数据反序列化的解析类。
此处协议号的作用就是用来确定用于解析数据的解析类，所以也可能称之为协议类型名，可以是string和int类型的数据。
2.特点分析：
使用protobuf作为网络通信的数据载体，具有几个优点：
- 通过序列化之后数据量比较小；
- 而且以key-value的方式存储数据，这对于消息的版本兼容比较强；
- 此外，由于protobuf提供的多语言支持，所以使用protobuf作为数据载体定制的网络协议具有很强的跨语言特性。
四、样例实现：
1.协议定义：
在之前导表的时候，我们得到了.proto的解析类，这是protobuf提供的一种特殊的脚本，具有格式简单、可读性强和方便拓展的特点，所以接下来我们就是使用proto脚本来定义我们的协议。例如：
// 物品
message Item
{
required int32 Type = 1; //游戏物品大类
optional int32 SubType = 2; //游戏物品小类
required int32 num = 3; //游戏物品数量
}
// 物品列表
message ItemList
{
repeated Item item = 1; //物品列表
} 上述例子中，Item相当于定义了一个数据结构或者是类，而ItemList是一个列表，列表中的每个元素都是一个Item对象。注意结构关键词：- required：必有的属性
- optional：可选属性
- repeated：数组
- 使用protoc.exe将.proto文件转化为.protodesc中间格式；
- 使用protogen.exe将中间格式为.protodesc生成指定的高级语言类，我们在Unity中使用的是C#,所以结果是.cs类
package cs;
message CSLoginInfo
{
required string UserName = 1;//账号
required string Password = 2;//密码
}
//发送登录请求
message CSLoginReq
{
required CSLoginInfo LoginInfo = 1;
}
//登录请求回包数据
message CSLoginRes
{
required uint32 result_code = 1;
} package关键字后面的名称为.proto转为.cs之后的命名空间namespace的值，用message可以定义类，这里定义了一个CSLoginInfo的数据类，该类包含了账号和密码两个字符串类型的属性。然后定义了两个消息结构：- CSLoginReq登录请求消息，携带的数据是一个CSLoginInfo类型的对象数据；
- CSLoginRes登录请求服务器返回的数据类型，返回结果是一个uint32无符号的整型数据，即结果码。
package cs;
enum EnmCmdID
{
CS_LOGIN_REQ = 10001;//登录请求协议号
CS_LOGIN_RES = 10002;//登录请求回包协议号
}
使用protoc.exe和protogen.exe将这两个protobuf脚本得到C#类，具体步骤参考导表使用的操作，这里我直接给出自动化导表使用的批处理文件general_all.bat内容，具体文件目录可以根据自己放置情况进行调整：::--------------------------------------------------- ::第二步：把proto翻译成protodesc ::--------------------------------------------------- call proto2cs\protoc protos\cs_login.proto --descriptor_set_out=cs_login.protodesc call proto2cs\protoc protos\cs_enum.proto --descriptor_set_out=cs_enum.protodesc ::--------------------------------------------------- ::第二步：把protodesc翻译成cs ::--------------------------------------------------- call proto2cs\ProtoGen\protogen -i:cs_login.protodesc -o:cs_login.cs call proto2cs\ProtoGen\protogen -i:cs_enum.protodesc -o:cs_enum.cs ::--------------------------------------------------- ::第二步：把protodesc文件删除 ::--------------------------------------------------- del *.protodesc pause转换结束后，我们的得到了两个.cs文件分别是：cs_enum.cs和cs_login.cs，将其放入到我们的Unity项目中，以便于接下来序列化和反序列化数据的使用。
2.协议数据构建：
直接在项目代码中通过usingcs引入协议解析类的命名空间，然后创建消息对象，并对对象的属性进行赋值，即可得到协议数据对象，例如登录请求对象的创建如下：
CSLoginInfo mLoginInfo = new CSLoginInfo();
mLoginInfo.UserName = "linshuhe";
mLoginInfo.Password = "123456";
CSLoginReq mReq = new CSLoginReq();
mReq.LoginInfo = mLoginInfo; 从上述代码，可以得到登录请求对象mReq，里面包含了一个CSLoginInfo对象mLoginInfo，再次枚举对象中找到与此协议类型对应的协议号，即：EnmCmdID.CS_LOGIN_REQ3.数据的序列化和反序列化：
数据发送的时候必须以数据流的形式进行，所以这里我们需要考虑如何将要发送的protobuf对象数据进行序列化，转化为byte[]字节数组，这就需要借助ProtoBuf库为我们提供的Serializer类的Serialize方法来完成，而反序列化则需借助Deserialize方法，将这两个方法封装到PackCodec类中：
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.IO;
using System;
using ProtoBuf;
/// <summary>
/// 网络协议数据打包和解包类
/// </summary>
public class PackCodec{
/// <summary>
/// 序列化
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="msg"></param>
/// <returns></returns>
static public byte[] Serialize<T>(T msg)
{
byte[] result = null;
if (msg != null)
{
using (var stream = new MemoryStream())
{
Serializer.Serialize<T>(stream, msg);
result = stream.ToArray();
}
}
return result;
}
/// <summary>
/// 反序列化
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="message"></param>
/// <returns></returns>
static public T Deserialize<T>(byte[] message)
{
T result = default(T);
if (message != null)
{
using (var stream = new MemoryStream(message))
{
result = Serializer.Deserialize<T>(stream);
}
}
return result;
}
} 使用方法很简单，直接传入一个数据对象即可得到字节数组：byte[] buf = PackCodec.Serialize(mReq);
为了检验打包和解包是否匹配，我们可以直接做一次本地测试：将打包后的数据直接解包，看看数据是否与原来的一致：
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System;
using cs;
using ProtoBuf;
using System.IO;
public class TestProtoNet : MonoBehaviour {
// Use this for initialization
void Start () {
CSLoginInfo mLoginInfo = new CSLoginInfo();
mLoginInfo.UserName = "linshuhe";
mLoginInfo.Password = "123456";
CSLoginReq mReq = new CSLoginReq();
mReq.LoginInfo = mLoginInfo;
byte[] pbdata = http://www.mamicode.com/PackCodec.Serialize(mReq);> 将此脚本绑到场景中的相机上，运行得到以下结果，则说明打包和解包完全匹配：
4.数据发送和接收：
这里我们使用的网络通信方式是Socket的强联网方式，关于如何在Unity中使用Socket进行通信，可以参考我之前的文章：Unity —— Socket通信(C#)，Unity客户端需要复制此项目的ClientSocket.cs和ByteBuffer.cs两个类到当前项目中。
此外，服务器可以参照之前的方式搭建，唯一不同的是RecieveMessage(object clientSocket)方法解析数据的过程需要进行修改，因为需要使用protobuf-net.dll进行数据解包，所以需要参考客户端的做法，把protobuf-net.dll复制到服务器项目中的Protobuf_net目录下：
假如由于直接使用源码而不用.dll会出现不安全保存，需要在Visual Studio中设置允许不安全代码，具体步骤为：在“解决方案”中选中工程，右键“数据”，选择“生成”页签，勾选“允许不安全代码”：
当然，解析数据所用的解析类和协议号两个脚本cs_login.cs和cs_enum.cs也应该添加到服务器项目中，保证客户端和服务器一直，此外PackCodec.cs也需要添加到服务器代码中但是要把其中的using UnityEngine给去掉防止报错，最终服务器目录结构如下：
5.完整协议数据的封装：
从之前说过的设计思路分析，我们在发送数据的时候除了要发送关键的protobuf数据之外，还需要带上两个附件的数据：协议头（用于进行通信检验）和协议号（用于确定解析类）。假设我们的是：
协议头：用于表示后面数据的长度，一个short类型的数据：
/// <summary>
/// 数据转换，网络发送需要两部分数据，一是数据长度，二是主体数据
/// </summary>
/// <param name="message"></param>
/// <returns></returns>
private static byte[] WriteMessage(byte[] message)
{
MemoryStream ms = null;
using (ms = new MemoryStream())
{
ms.Position = 0;
BinaryWriter writer = new BinaryWriter(ms);
ushort msglen = (ushort)message.Length;
writer.Write(msglen);
writer.Write(message);
writer.Flush();
return ms.ToArray();
}
} 协议号：用于对应解析类，这里我们使用的是int类型的数据：
private byte[] CreateData(int typeId,IExtensible pbuf)
{
byte[] pbdata = http://www.mamicode.com/PackCodec.Serialize(pbuf);> 客户端发送登录数据时测试脚本TestProtoNet如下，测试需要将此脚本绑定到当前场景的相机上：
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System;
using cs;
using Net;
using ProtoBuf;
using System.IO;
public class TestProtoNet : MonoBehaviour {
// Use this for initialization
void Start () {
CSLoginInfo mLoginInfo = new CSLoginInfo();
mLoginInfo.UserName = "linshuhe";
mLoginInfo.Password = "123456";
CSLoginReq mReq = new CSLoginReq();
mReq.LoginInfo = mLoginInfo;
byte[] data = http://www.mamicode.com/CreateData((int)EnmCmdID.CS_LOGIN_REQ, mReq);> 服务器接受数据解包过程参考打包数据的格式，在RecieveMessage(object clientSocket)中，解析数据的核心代码如下：
ByteBuffer buff = new ByteBuffer(result);
int datalength = buff.ReadShort();
int typeId = buff.ReadInt();
byte[] pbdata = http://www.mamicode.com/buff.ReadBytes();> 上面通过typeId来找到匹配的数据解析类，协议少的时候可以使用这种简单的使用if语句分支判断来实现，但是假如协议类型多了，则需要进一步封装查找方法，常用的方法有：定义一个Dictionary<int,Type>字典来存放协议号（int）和协议类型（Type）的对应关系。
6.运行结果：
启动服务器，然后运行Unity中的客户端，得到正确的结果应该如下：
项目服务器和客户端的完整代码可以前往此处下载：protobuf-net网络协议的定制
Unity3D —— protobuf网络框架