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属性同步
NiceTry12138 546991813e feat: 添加属性同步的一些解释 4 ماه پیش
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Image 38f9c88fd3 feat: 添加 replicateActor 流程图 4 ماه پیش
README.md 546991813e feat: 添加属性同步的一些解释 4 ماه پیش

README.md

属性同步

简单使用

无论是 RPC 还是 属性赋值 都需要设置 Replicates 属性为 True

Pawn 和 Character 默认开启 Replicates， Actor 需要手动开启

如果想要属性同步，则需要设置属性的 Replication

枚举值 含义
None 不进行网络同步
Replicated 在服务器修改此值，会自动同步到客户端，但是有一定时间延迟
RepNotify 在服务器修改此值，会自动同步到客户端，但是有一定时间延迟，同时会自动调用回调函数

当选择 RepNotify 时，蓝图中会自动生成一个名为 OnRep_属性名 的一个函数，该函数作为回调函数

除了 Replication 之外，还有 ReplicationCondition 属性

ReplicationCondition 属性是 ELifetimeCondition 类型，用于精细控制属性复制的条件。定义了什么情况系啊服务器会将属性的更新发送给客户端

枚举值 作用
COND_None 无条件复制，属性每次变化时都会发送给所有相关客户端
COND_InitialOnly 仅限初始同步，属性只在 Actor 首次出现在客户端时发送（创建时），后续变化不再同步
COND_OwnerOnly 仅发送给拥有者，属性只同步给控制该 Actor 的客户端
COND_SkipOwner 排除拥有者，属性同步给所有客户端，除了拥有者
COND_SimulatedOnly 仅模拟客户端，只发送给非控制该 Actor 的客户端
COND_AutonomousOnly 仅自主客户端，只发送给控制该 Actor 的客户端
COND_SimulatedOrPhysics 模拟或物理Actor，发送给模拟客户端或启用了物理复制(bRepPhysics)的客户端
COND_InitialOrOwner 初始或拥有者，首次出现时发送给所有客户端，后续变化只发送给拥有者

还有很多其他的条件枚举，不一一列举

在 C++ 中如果想要定义某个属性需要被复制，则需要使用 Replicated

UPROPERTY(Replicated, ReplicatedUsing = OnRep_SpawnedAttributes, Transient)
TArray<TObjectPtr<UAttributeSet>>	SpawnedAttributes;

然后使用， 在 GetLifetimeReplicatedProps 函数中，定义哪些属性需要网络复制（Replicated）以及如何复制

对于需要复制的属性，通常需要 注册复制属性、配置复制规则

void UAbilitySystemComponent::GetLifetimeReplicatedProps(TArray< FLifetimeProperty > & OutLifetimeProps) const
{	FDoRepLifetimeParams Params;
	Params.bIsPushBased = true;
	Params.Condition = COND_None;
	DOREPLIFETIME_WITH_PARAMS_FAST(UAbilitySystemComponent, SpawnedAttributes, Params);
	Super::GetLifetimeReplicatedProps(OutLifetimeProps);
}

除了 DOREPLIFETIME 之外，还有其他的，比如 DOREPLIFETIME_WITH_PARAMS 和 DOREPLIFETIME_CONDITION 等。这些宏本质上就是将属性快速注册到 OutLifetimeProps 参数中

针对 SpawnedAttributes，当从服务器同步属性之后，会触发 ReplicatedUsing 配置的 OnRep_SpawnedAttributes 函数

NetDriver 同步流程

  1. 收集所有的 Actor
  2. 属性对比，对比哪些属性发生了变化
  3. 遍历 Component 并进行属性对比
  4. 遍历所有的 UActorChannel

引擎通过引入 ReplicationGraph 和 NetDormancy 减少了 收集 Actor 阶段处理的 Actor 数量；通过 PushModel 减少了属性对比的执行次数

收集 Actor

在当前 UWorld::SpawnActor 的时候，会调用在最后调用 UWorld::AddNetworkActor 函数就该 Actor 通知给 UNetDriver

ForEachNetDriver(GEngine, this, [Actor](UNetDriver* const Driver)
{
	if (Driver != nullptr)
	{
		Driver->AddNetworkActor(Actor);
	}
});

最后所有的 Actor 都会存储在 UNetDriver 的 NetworkObjects 容器中

GetNetworkObjectList().FindOrAdd(Actor, this);
if (ReplicationDriver)
{
	ReplicationDriver->AddNetworkActor(Actor);
}

ReplicationDriver 需要开启 Iris 才能使用，否则为 nullptr

https://dev.epicgames.com/documentation/zh-cn/unreal-engine/iris-replication-system-in-unreal-engine

开始处理复制

过滤/更新 ActorInfo

在 UNetDriver::TickFlush 时会调用 ServerReplicateActors 开启属性复制流程

首先通过 ServerReplicateActors_BuildConsiderList 对 GetNetworkObjectList 中缓存的 Actor 进行过滤，剔除无效或者不用复制的 Actor

  1. 过滤 不强制更新 并且 ActorInfo->NextUpdateTime 时间未到到的 ActorInfo
  2. 过滤 PendingKill 的 Actor，会从 NetworkObjects 容器中删除
  3. 过滤 RemoteRole 为 ROLE_None 的 Actor，会从 NetworkObjects 容器中删除
  4. 过滤与当前运行的 NetDriver 不一直的 Actor
  5. 过滤还没有 Initialize 的 Actor
  6. 过滤 Actor 所属的 Level 正处于 In 或者 Out 的 Actor
  7. 过滤没有被唤醒的 Actor

每个 Actor 都被封装在 FNetworkObjectInfo 结构体中，除了 Actor 之外还有一些其他信息

FNetworkObjectInfo 属性 作用
Actor，WeakActor 对 Actor 的强引用和软引用
NextUpdateTime 下一次更新时间
LastNetReplicateTime 上一次复制时间
OptimalNetUpdateDelta 期望的复制间隔
LastNetUpdateTimestamp 上一次基于 NextUpdateTime 进入 要考虑复制 状态时的内部时间戳

通过前面过滤，得到有效的 Actor 之后，对 Actor 所属的 ActorInfo 进行数据处理

  1. 通过 LastNetReplicateTime 计算更新频率，更新后短期内保持高频更新，长期不更新则降低频率
  2. 计算 ActorInfo->NextUpdateTime 下一次更新时间
  3. 通知 Actor->CallPreReplication 要开始复制了

处理 NetConnection

核心处理函数是

  1. 优先级排序，ServerReplicateActors_PrioritizeActors
  2. 同步处理，ServerReplicateActors_ProcessPrioritizedActorsRange
  3. 标记相关Actor，ServerReplicateActors_MarkRelevantActors

不过对 NetConnection 进行处理需要满足条件

  1. if (i >= NumClientsToTick)
  2. if (Connection->ViewTarge)

由于 NetDriver 中包含多个 NetConnection，i 就是遍历 NetConnection 的序号，NumClientsToTick 表示本次 Tick 更新多少个 NetConnection，这是为了解决服务器性能不足时跳过部分客户端

由于决定哪些 Actor 需要被赋值时，需要 ViewTarget，所以会要求 ViewTarget 有效

通过 UNetConnection 来构建 FNetViewer，计算得到 视图源点的世界坐标位置 和 视图方向的单位向量

FNetViewer::FNetViewer(UNetConnection* InConnection, float DeltaSeconds) :
	Connection(InConnection),
	InViewer(InConnection->PlayerController ? InConnection->PlayerController : InConnection->OwningActor),
	ViewTarget(InConnection->ViewTarget),
{
	APlayerController* ViewingController = InConnection->PlayerController;

	// Get viewer coordinates.
	ViewLocation = ViewTarget->GetActorLocation();
	if (ViewingController)
	{
		FRotator ViewRotation = ViewingController->GetControlRotation();
		ViewingController->GetPlayerViewPoint(ViewLocation, ViewRotation);
		ViewDir = ViewRotation.Vector();
	}
}
FNetViewer 属性 作用
Connection 当前视图关联的网络连接对象
InViewer 控制网络视图的 Actor（通常是 PlayerController）
ViewTarget 实际用于观察的对象 Actor，比如 PlayerCharacter
ViewLocation 视图源点的世界坐标位置
ViewDir 视图方向的单位向量

通过 NetConnection 和其 ChildConnection 得到 TArray<FNetViewer>

const bool bProcessConsiderListIsBound = OnProcessConsiderListOverride.IsBound();

if (bProcessConsiderListIsBound)
{
	// 通过事件，转发给 DisplayClusterReplication 进行处理
	OnProcessConsiderListOverride.Execute( { DeltaSeconds, Connection, bCPUSaturated }, Updated, ConsiderList );
}

if (!bProcessConsiderListIsBound)
{
	// 执行常规复制流程 
	// ServerReplicateActors_PrioritizeActors
	// ServerReplicateActors_ProcessPrioritizedActorsRange
	// ServerReplicateActors_MarkRelevantActors
}

通过前面一系列操作，已经收集到这些信息

  • TArray<FNetworkObjectInfo*> ConsiderList 存储着本帧需要被处理的对象
  • TArray<FNetViewer>& ConnectionViewers 存储着本 NetConnection 关联的视角信息
ServerReplicateActors_PrioritizeActors

主要是对 ConsiderList 和 DestroyedStartupOrDormantActors 进行处理

DestroyedStartupOrDormantActors 主要是用于记录和管理 启动状态下被销毁 和 休眠状态下被销毁的 Actor

针对 ConsiderList

通过 AActor::IsNetRelevantFor 筛选出与当前 NetConnection 相关的 Actor

  • bAlwaysRelevant 强制相关开关
  • 该 Actor 的 Owner 或者 Instigator 是 ViewTarget 或者 InViewer
  • 该 Actor 的 Owner 的 IsNetRelevantFor 返回值，向 Owner 递归
  • 该 Actor 的 RootComponent 的 AttachParetn 的 Owner 的 IsNetRelevantFor
  • 距离判断，Actor 与 ViewTarget 距离不嫩超过 NetCullDistanceSquared

如果全局变量设置为允许休眠 也就是 GSetNetDormancyEnabled，需要判断 Actor 能否休眠

/** 如果需要休眠 返回 true */
ENGINE_API virtual bool GetNetDormancy(const FVector& ViewPos, const FVector& ViewDir, class AActor* Viewer, AActor* ViewTarget, UActorChannel* InChannel, float Time, bool bLowBandwidth);

需要子类重写该函数， Actor 默认函数返回 false

将符合条件的 Actor 封装到 FActorPriority 中

OutPriorityList[FinalSortedCount] = FActorPriority( PriorityConnection, Channel, ActorInfo, ConnectionViewers, bLowNetBandwidth );

最后对 OutPriorityList 进行根据 Priority 属性大小，从大到小进行排序

Algo::SortBy(MakeArrayView(OutPriorityActors, FinalSortedCount), &FActorPriority::Priority, TGreater<>());

FActorPriority 在构造的时候会计算 Priority 也就是优先级

Priority = 0;
const float Time = Channel ? (InConnection->Driver->GetElapsedTime() - Channel->LastUpdateTime) : InConnection->Driver->SpawnPrioritySeconds;
for (int32 i = 0; i < Viewers.Num(); i++)
{
	Priority = FMath::Max<int32>(Priority, FMath::RoundToInt(65536.0f * ActorInfo->Actor->GetNetPriority(Viewers[i].ViewLocation, Viewers[i].ViewDir, Viewers[i].InViewer, Viewers[i].ViewTarget, InChannel, Time, bLowBandwidth)));
}

如果是新的 Actor 它没有 Channel，则使用 SpawnPrioritySeconds 配置进行赋值；否则使用当前时间减去上次更新时间的差值

然后调用 AActor::GetNetPriority 进行优先级计算

  1. 自己就是 ViewTarget 则 Time * 4
  2. 如果在 ViewTarget 后方，距离 ViewTarget 超过远距离 则 Time * 0.2；超过近距离 则 Time * 0.4
  3. 如果在 ViewTarget 前方，距离 ViewTarget 不超过一定数值，且与角色夹角小于一定数值，则 Time * 2
  4. 如果在 ViewTarget 前方，距离 VieTarget 超过一定数值，则 Time * 0.4
  5. 其他情况 Time 不变

最后将 Time * AActor::NetPriority 得到该 Actor 真正的优先级

可见，一个 Actor 的复制优先级，是根据 Actor 在 ViewTarget 的 视角 和 距离 进行评判

如果想要手动设置 Actor 的优先级，可以直接其 NetPriority 属性的大小

NetPriority 是 BlueprintReadWrite 的

ServerReplicateActors_ProcessPrioritizedActorsRange

按 优先级顺序 对一段 Actors 子集进行复制

  • 传入 ActorsIndexRange 表示数组子区间
  • 传入 bIgnoreSaturation 表示忽略带宽饱和，默认 false
  • 输出 OutUpdated 计数
FNetworkObjectInfo*	ActorInfo = PriorityActors[j]->ActorInfo;

PriorityActors 中包含需要被删除的 Actor

在处理一个 FNetworkObjectInfo 时，先判断其是否是要被销毁的 Actor 判断条件就是 ActorInfo == NULL && PriorityActors[j]->DestructionInfo

// 发送销毁信息
SendDestructionInfo(Connection, PriorityActors[j]->DestructionInfo);

其他情况表示需要同步 Actor

如果 Actor 没有对应的 Channel 则创建对应的 Channel 并绑定 Actor

Channel = (UActorChannel*)Connection->CreateChannelByName( NAME_Actor, EChannelCreateFlags::OpenedLocally );
if ( Channel )
{
	Channel->SetChannelActor(Actor, ESetChannelActorFlags::None);
}

设置本次复制的一些信息：OptimalNetUpdateDelta 、LastNetReplicateTime 、RelevantTime 用于以后的一些条件判断

在检查通道带宽之后，开始 进行复制

// 检查 通道是否饱和
if ( Channel->IsNetReady( 0 ) || bIgnoreSaturation)
{
	// do something
	if(Channel->ReplicateActor())	// 真正复制 Actor 数据 并 发送数据
	{
		// do something
	}
	// do somehting
}
ServerReplicateActors_MarkRelevantActors

网络带宽不足时，智能标记那些需要在下帧优先处理的 Actor

PriorityActors[k]->ActorInfo->bPendingNetUpdate = true;

ReplicateActor

属性复制的核心逻辑就在 Channel->ReplicateActor() 中

核心做的事情就是：收集并序列化这个 Actor 及其子对象需要复制的属性、RPC 等，组装成一个或多个 FOutBunch，调用 SendBunch 入队，最终由连接发送到远端

其中序列化属性中的属性又分成三类: Actor自身属性 + ActorComponent 属性 + SubObject 属性

每类属性的序列化都会调用同一个函数: FObjectReplicator::ReplicateProperties

FObjectReplicator

每一个同步的 UObject，都对应着一个 FObjectReplicator 对象，这个对象负责了属性的对比，同步属性的提取，RepState的维护，丢包的处理，属性同步可靠的处理等等

在创建 UActorChannel 并通过 SetChannelActor 设置 Actor 的时候，就会初始化 ActorReplicator 对象

FRepLayout

FRepLayout 对象，该对象存储了对象中所有需要网络复制的属性（标记为CPF_Net）的布局信息，包括属性类型、内存偏移、复制条件等

通过 FRepLayout::CreateFromClass 创建 FRepLayout，并通过 FRepLayout::InitFromClass 初始化 FRepLayout

在 FObjectReplicator 中就包含着 FRepLayout 的成员属性

通过 InObjectClass->SetUpRuntimeReplicationData() 初始化 UClass 中所有网络相关的属性，并保存在 UClass::ClassReps 数组中

通过遍历 UClass::ClassReps 数组，初始化 FRepLayout::Parents 数组

随后调用 CDO 的 GetLifetimeReplicatedProps 函数构建 LifetimeProps 数组

TArray<FLifetimeProperty> LifetimeProps;
LifetimeProps.Reserve(Parents.Num());

UObject* Object = InObjectClass->GetDefaultObject();

Object->GetLifetimeReplicatedProps(LifetimeProps);

GetLifetimeReplicatedProps 需要子类重写，该函数主要用于定义需要复制的属性、复制属性的条件等

最后通过遍历 LifetimeProps 数组，将手动设置的属性的 Condition 复制到 Parents 数组中

Parents[ParentIndex].Condition = LifetimeProps[i].Condition;
Parents[ParentIndex].RepNotifyCondition = LifetimeProps[i].RepNotifyCondition;

通过这段代码，可以知道 GetLifetimeReplicatedProps 是在构建 FRepLayout 时执行的

由于每个类型的 UClass 是固定的，所以每个 UClass 只需要创建一个对应的 FRepLayout 即可

TSharedPtr<FRepLayout>* RepLayoutPtr = RepLayoutMap.Find(Class);

RepLayoutMap 是 UNetDriver 的属性，全局唯一

InitWithObject

FObjectReplicator::InitWithObject 初始化 FObjectReplicator

ObjectClass = InObject->GetClass();
Connection = InConnection;
RemoteFunctions = nullptr;
RepLayout = Connection->Driver->GetObjectClassRepLayout(ObjectClass);
// 其他属性初始化

// 缓存当前属性状态，为后面比较数值是否变化
InitRecentProperties(Source);

ReplicateProperties_r

  1. 更新 ChangelistMgr
const ERepLayoutResult UpdateResult = FNetSerializeCB::UpdateChangelistMgr(*RepLayout, SendingRepState, *ChangelistMgr, Object, Connection->Driver->ReplicationFrame, RepFlags, OwningChannel->bForceCompareProperties || bUseCheckpointRepState);
  1. 属性对比 并写入 Writer
const bool bHasRepLayout = RepLayout->ReplicateProperties(SendingRepState, ChangelistMgr->GetRepChangelistState(), (uint8*)Object, ObjectClass, OwningChannel, Writer, RepFlags);
  1. 写入自定义数据数据到 Writer 中
ReplicateCustomDeltaProperties(Writer, RepFlags, bSkippedPropertyCondition);
  1. 写入 Unreliable 的 RPC 数据
Writer.SerializeBits( RemoteFunctions->GetData(), RemoteFunctions->GetNumBits() );
  1. 写入 Bunch
OwningChannel->WriteContentBlockPayload( Object, Bunch, bHasRepLayout, Writer );

客户端接收

在 UActorChannel::ReceivedBunch 中判断 Bunch 当前能否处理

在 UActorChannel::ReceivedBunch 中真正处理 Bunch

// Bunch 没有到末尾 Connection 有效且没有被关闭
while ( !Bunch.AtEnd() && Connection != NULL && Connection->GetConnectionState() != USOCK_Closed )
{
	// 有效性判断
	
	// 处理 Bunch
	if ( !Replicator->ReceivedBunch( Reader, RepFlags, bHasRepLayout, bHasUnmapped ) )
	{
		// 是否跳过
	}
}

// 通知 Actor 初次网络同步完成，只有第一次调用
if (Actor && bSpawnedNewActor)
{
	SCOPE_CYCLE_COUNTER(Stat_PostNetInit);
	Actor->PostNetInit();
}

通过 FObjectReplicator::ReceivedBunch 来处理 Bunch 中的数据

从 Bunch 中得到

  • FieldCache 元数据
  • Reader 字段数据
// 处理 非自定义增量的属性/结构体 
if (!LocalRepLayout.ReceiveProperties(OwningChannel, ObjectClass, RepState->GetReceivingRepState(), Object, Bunch, bLocalHasUnmapped, bGuidsChanged, ReceivePropFlags))
{
	UE_LOG(LogRep, Error, TEXT( "RepLayout->ReceiveProperties FAILED: %s" ), *Object->GetFullName());
	return false;
}

// 读取 Bunch 中的数据
if (!OwningChannel->ReadFieldHeaderAndPayload(Object, ClassCache, NetFieldExportGroup, Bunch, &FieldCache, Reader))
{
	break;
}

// Handle property
if (FStructProperty* ReplicatedProp = CastField<FStructProperty>(FieldCache->Field.ToField()))
{
	// 处理自定义结构体的属性复制
}
// Handle function call
else if ( Cast< UFunction >( FieldCache->Field.ToUObject() ) )
{
	// 处理 Unreliable 的 RPC 调用
}

当处理完毕之后，统一触发属性修改的回调函数

FObjectReplicator::PostReceivedBunch()

在 RepState 中存储着需要被 Notify 的属性，遍历触发即可

for (FProperty* RepProperty : RepState->RepNotifies)
{
	// ... do something
	UFunction* RepNotifyFunc = Object->FindFunction(RepProperty->RepNotifyFunc);
	Object->ProcessEvent(RepNotifyFunc, nullptr);
}