C#使用Protocol Buffer(ProtoBuf)进行Unity中的Socket通信

简介

Protocol Buffer（又称protobuf）是Google开发的一种数据序列化格式，它比XML和JSON更快、更小、更简单。由于最初是用于Google内部的系统和数据通信，并且其生成和解析代码性能优秀，因此被开源出来，可供广泛的应用使用。

Unity 的网络通信有多种方式，传统的网络通信方式使用的是二进制通信，Protocol Buffer 序列化后的数据包十分小巧，带来了传输效率的很大提升。本文介绍了如何使用 C# 库在 Unity 中进行 Protocol Buffer 序列化及网络通信。

使用ProtoBuf进行数据序列化

首先，需要引入 protobuf 的库文件，可以通过NuGet等工具来安装Protobuf-net，它是一个比较普及的C#的protobuf序列化库，有很好的公共库支持，适合Unity项目使用。

打开 Visual Studio 或者 Visual Studio Code 在项目的引用中添加 protobuf 库

using ProtoBuf;
using System;
[ProtoContract]
public class UserInfo
{
    [ProtoMember(1)]
    public int Id { get; set; }

    [ProtoMember(2)]
    public string Name { get; set; }
}

上述代码中，我们定义了一个名为 UserInfo 的类，加上 ProtoContract 标签，这是 protobuf 序列化的必要标记。同时，类中的属性也需要使用 ProtoMember 标签标注一下，用来指定属性序列化后的标记数字。

当类规模非常大的时候，我们可以通过 ProtoInclude 标签将已有的消息类型引入到消息基类中，从而减少代码量和工作量。

[ProtoContract]
[ProtoInclude(1, typeof(UserInfo))]
public abstract class BaseMessage
{

}

使用ProtoBuf进行网络通信

在 Unity 中实现 Socket 通信无外乎两个关键步骤：客户端向服务端发送消息、服务端收到消息并进行处理并向客户端回复消息。

客户端向服务端发送消息

客户端向服务端发送消息时，需使用 Socket 建立连接，然后将请求数据序列化后发送到服务端。

public class Client : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8888));

        UserInfo userInfo = new UserInfo { Id = 1, Name = "Debra" };
        byte[] buffer;
        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
        {
            Serializer.Serialize(ms, userInfo);
            buffer = ms.ToArray();
        }

        socket.Send(buffer);
    }
}

在上面的代码中，我们首先使用 Socket.Connect() 方法将客户端连接到指定的 IP 和端口上，接着我们创建一个 UserInfo 实例，在下一步中将其序列化成我们期望的二进制格式，最后使用 Socket.Send() 方法将请求数据发送到服务端。

服务端收到消息并进行处理并向客户端回复消息

当服务端接收到客户端的请求消息后，服务端需要先解析该请求消息，~~处理逻辑~~ ，制作响应消息并将响应消息序列化后返回给客户端。

public class Server : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        socket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8888));
        socket.Listen(0);
        Socket clientSocket = socket.Accept();

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int length = clientSocket.Receive(buffer);
        byte[] data = new byte[length];
        Array.Copy(buffer, data, length);

        UserInfo userInfo = null;
        using (MemoryStream ms = new MemoryStream(data))
        {
            userInfo = Serializer.Deserialize<UserInfo>(ms);
        }

        //处理逻辑
        userInfo.Name = userInfo.Name + "hello";

        byte[] sendBuffer;
        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
        {
            Serializer.Serialize(ms, userInfo);
            sendBuffer = ms.ToArray();
        }

        clientSocket.Send(sendBuffer);
        clientSocket.Close();
    }
}

在上述代码中，首先我们创建一个 Socket 执行 listen 监听，当客户端连接后，则会产生一个新的客户端socket。接着，我们使用客户端socket的 Receive() 方法来接收客户端发来的请求，同样需要将接收到的数据进行反序列化，接下来进行我们期望的业务逻辑处理来生成响应（在这个例子中，只是在UserName 末尾添加了“hello”的字样表示已经处理好了响应）。最后将这个响应数据通过 Socket.Send() 发送给客户端。

示例说明

在示例代码中，我们首先创建了一个 UserInfo 类作为 protobuf 的序列化格式，之后定义了一个 Server 和一个 Client 来表示服务端和客户端。在具体的执行中，服务端首先使用 Socket.Bind() 方法将服务器绑定到指定的端口，接着使用 Socket.Listen() 来启动监听。当客户端连接到服务端时，服务端则会调用 Socket.Accept() 方法并返回一个新的客户端Socket，之后通过该客户端 Socket 来接收客户端发来的请求。服务端处理完逻辑后，将响应数据序列化，并通过客户端Socket.Send() 将响应数据回传给客户端。 客户端则负责将请求数据序列化，并调用 Socket.Send() 方法向服务端发送请求数据。

总结

使用 protobuf 序列化技术来进行网络通信是一种非常良好的解决方案，它克服了二进制数据格式和传送速度之间的矛盾。在Unity中使用protobuf，不仅可以提高我们代码的执行效率，还可以提升我们的通信性能和体验。在实际项目中，借助 protobuf 进行数据序列化来进行通信，不仅可以进行各种尝试和创新，还有助于保障网络通信的质量、稳定性和安全性。