C++高效能伺服器引擎設計 與 Unity 實戰 課程規劃

C++高效能伺服器引擎設計 與 Unity 實戰
課程規劃（週六：每次四小時）

六週課程概要
- C++伺服器引擎製作概要
- winsock API 應用
- 記憶體池管理和資料結構應用
- 多執行緒伺服器設計
- Unity連線實作
- Unity聊天室完成和分散式伺服器概要

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課程內容

第一週
  ◉ C++伺服器講座概要
  ◉ 如何學習開發遊戲引擎？（心法＆獨立思考＆實作）
  ◉ 為什麼要使用C++？優點？
  ◉ 為什麼要使用C++？缺點？
  ◉ 使用C++只需要使用部分語法（語法其實很簡單，難的是設計框架framework）
  ◉ 引擎核心必須使用C/C++
  ◉ 業務邏輯使用 C++ vs Script 的比較
  ◉ 主流遊戲引擎對於Script的選擇
  ◉ 引擎檔案模組架構（引擎主體是.EXE，功能元件是.DLL，業務邏輯也是.DLL）
  ◉ 減少繼承，多用組合
  ◉ 遊戲用框架設計的歷史演變
  ◉ 給自己的小型伺服器引擎命名
  ◉ 實作：工具集：Log函式
  ◉ 實作：工具集：記憶體計數器
  ◉ 實作：單向鏈結串列
  ◉ 實作：雙向鏈結串列
  ◉ 實作：樣板鏈結串列
  ◉ 實作：組件式框架設計（參考unity & 使用遞迴呼叫）
  ◉ 實作：C++黑盒子class寫法（真正隱藏實作的C++寫法）
  ◉ C++專案超快速編譯方法

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第二週
  ◉ winsock - TCP UDP（概要）
  ◉ 第一步：製作最簡單的TCP server
  ◉ IP & Port 相關設定
  ◉ winsock 基礎函式介紹
  ◉ 阻塞式 vs 非阻塞式
  ◉ 輪詢檢查 vs 事件通知
  ◉ 實作：winsock - TCP server class（阻塞式）
  ◉ 實作：winsock - TCP client class（阻塞式）
  ◉ 實作：winsock - TCP server class（非阻塞式）
  ◉ 實作：winsock - TCP server class（接受多人連線）
  ◉ 實作：TCP client class（非阻塞式）

  ◉ 測驗：TCP server class（接受多人連線）專案改為：聊天訊息廣播給所有玩家

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第三週
  ◉ 什麼是記憶體破碎？
  ◉ 虛擬記憶體切換問題 與 記憶體池
  ◉ 記憶體破碎問題要不要注意？
  ◉ 如何避免記憶體破碎？
  ◉ 伺服器可以永遠不重啟嗎？
  ◉ 為什麼要用記憶體池？
  ◉ 善用CPU cache hit（CPU快取命中率＆高效能）

  ◉ 為什麼要用記憶體池版本的List？
  ◉ 實作：記憶體池class
  ◉ 實作：記憶體池版本Linked List

  ◉ winsock - select API（概要）
  ◉ winsock - select API（進階優化）
  ◉ 字串封包格式（封包編號＋暱稱＋訊息）

  ◉ 實作：winsock - TCP server class（使用select）
  ◉ 實作：winsock - TCP server class（使用select（接受多人連線：使用記憶體池List））
  ◉ 實測：C++ client 與 server 互相通訊測試（使用select/字串測試）（本機server測試）
  ◉ 實作：字串封包格式（封包編號＋暱稱＋訊息）

  ◉ 測驗：client連線成功後，
          先輸入client暱稱，
          然後client接著開始輸入聊天訊息...
          測驗結果：例如client畫面要顯示：recv_len= 29, [1] ANDY：hello world.
 
  如果封包格式正確傳遞完成，再繼續把封包訊息傳給全部的client，即完成！
 
  從下列二個專案開始改：
          修改client專案：chapter 02 - 5 - TCP client - non-blocking
          修改server專案：chapter 03 - 3 - TCP server - select - multi-client

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第四週
  ◉ 行程和執行緒（Process / Thread）
  ◉ 分時多工 vs 即時多工
  ◉ 併發 vs 並行
  ◉ 使用執行緒API
  ◉ 啟用太多執行緒的代價
  ◉ 多執行緒的最佳數量？
  ◉ 多執行緒專用的鎖API
  ◉ 執行緒競爭問題
  ◉ 執行緒死結問題
  ◉ 如何安全的使用執行緒鎖？（避免死結）
  ◉ 業務邏輯最好不要使用鎖
  ◉ 原子性的數值設定系列函式API
  ◉ 執行緒的沉睡和喚醒可能會產生死鎖
  ◉ 需要用Sleep把執行緒控制權還給作業系統嗎？
  ◉ 善用WaitForSingleObject與Sleep，大幅減低效能損耗
  ◉ 正確安全的結束執行緒

  ◉ 實作：執行緒class
  ◉ 實作：鎖class
  ◉ 實作：鎖class（嵌套鎖）
  ◉ 實作：等待事件class（生產者與消費者）
  ◉ 實作：多執行緒經典範例（生產者與消費者：任務串列）
  ◉ 實作：multi-threading TCP server（多執行緒版）

  ◉ 測驗：（生產者與消費者:任務串列）的範例，原本是輪流增減，現在改為同步進行增減！

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第五週
  ◉ 計時任務class概要
  ◉ 實作：計時任務class
  ◉ 什麼是黏包問題？
  ◉ 用code示範黏包的狀態是什麼
  ◉ 二進位封包檔頭 + 自定義內容（二進位/字串）
  ◉ 實作：封包序列編號判定是否為不正確的封包
  ◉ recv解決粘包方式
  ◉ 實作：修改recv函式接收，定義封包檔頭長度，處理黏包問題（WSAEWOULDBLOCK）（server/client）
  ◉ send也有發送不完全的問題
  ◉ 實作：修改send函式發送，因為會有可能發送不完全的問題　（WSAEWOULDBLOCK）（server/client）
  ◉ 實作：禁用Nagle演算法（TCP_NODELAY）（server/client）
  ◉ 實作：心跳包機制（失去反應時的斷線檢查處理）（server/client）
   
  ◉ 使用 Unity TcpClient class（概要）
  ◉ Unity TcpClient - 分散式讀取封包
  ◉ 實作：封裝 Unity TcpClient class

  ◉ 測驗：做一個新的訊息封包，client傳給server．

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第六週
  ◉ 多執行緒伺服器交互通訊圖解（基本版）
  ◉ 多執行緒伺服器交互通訊圖解（加強版）
  ◉ 調整winsock的RecvBuffer、SendBuffer

  ◉ 使用DLL的優點？
  ◉ Server Engine DLL 使用範例
  ◉ 實作：DLL規劃設計，把做過的Library製作成DLL，讓主程式來使用.
  ◉ 檢查engine code是否保證執行緒安全
  ◉ 壓力測試 BOT
  ◉ 實作：壓力測試程式

  ◉ unity - 製作聊天介面
  ◉ 實作：登錄介面 UGUI（輸入暱稱）
  ◉ 實作：聊天介面 UGUI（全頻聊天）

  ◉ 進階課題概要：分散式伺服器的優缺點？
  ◉ 分散式伺服器：優缺點？
  ◉ Actor model 分散式伺服器：設計概念（每一個Actor都可以成為一個伺服器）
  ◉ Actor model 分散式伺服器：設計概念（撰寫時只需集成一個伺服器（方便撰寫），發佈時可根據ini設定成為分散式伺服器）
  ◉ Actor Model 圖解
  ◉ 分散式伺服器模組架構參考（Actor Model）