跳至主要内容

使用 Firestore 添加多人游戏支持

多人游戏需要一种方法来同步玩家之间的游戏状态。从广义上讲,存在两种类型的多人游戏

  1. **高 Tick 率**。这些游戏需要每秒多次同步游戏状态,并且延迟很低。这包括动作游戏、体育游戏、格斗游戏。

  2. **低 Tick 率**。这些游戏只需要偶尔同步游戏状态,延迟的影响较小。这包括纸牌游戏、策略游戏、益智游戏。

这类似于实时游戏与回合制游戏的区别,尽管这种类比并不完全准确。例如,实时策略游戏(顾名思义)以实时运行,但这并不意味着其 Tick 率很高。这些游戏可以在本地机器上模拟玩家交互之间发生的大部分事件。因此,它们不需要经常同步游戏状态。

An illustration of two mobile phones and a two-way arrow between them

如果作为开发者,你可以选择低 Tick 率,那么你应该这样做。低 Tick 率可以降低延迟要求和服务器成本。有时,游戏需要高 Tick 率的同步。对于这些情况,Firestore 等解决方案**并不适用**。选择专用的多人游戏服务器解决方案,例如 Nakama。Nakama 有一个 Dart 包

如果你预计你的游戏需要低 Tick 率的同步,请继续阅读。

此食谱演示了如何使用 cloud_firestore 在你的游戏中实现多人游戏功能。此食谱不需要服务器。它使用两个或多个客户端通过 Cloud Firestore 共享游戏状态。

1. 准备你的游戏以支持多人模式

#

编写你的游戏代码,使其能够响应本地事件和远程事件来更改游戏状态。本地事件可能是玩家操作或某些游戏逻辑。远程事件可能是来自服务器的世界更新。

Screenshot of the card game

为了简化此食谱,请从 card 模板开始,该模板可以在 flutter/games 仓库 中找到。运行以下命令克隆该仓库

git clone https://github.com/flutter/games.git

templates/card 中打开项目。

2. 安装 Firestore

#

Cloud Firestore 是一个横向扩展的、云端的 NoSQL 文档数据库。它包含内置的实时同步功能。这非常适合我们的需求。它将游戏状态保存在云数据库中,因此每个玩家都能看到相同的状态。

如果你想快速了解一下 Cloud Firestore(大约 15 分钟),请查看以下视频


什么是 NoSQL 数据库?了解 Cloud Firestore

要将 Firestore 添加到你的 Flutter 项目中,请按照 Cloud Firestore 快速入门指南 中的前两步操作

期望的结果包括

  • 一个准备好在云端的 Firestore 数据库,处于**测试模式**
  • 一个生成的 firebase_options.dart 文件
  • 添加到你的 pubspec.yaml 中的适当插件

你**不需要**在此步骤中编写任何 Dart 代码。一旦你理解了该指南中编写 Dart 代码的步骤,请返回到此食谱。

3. 初始化 Firestore

#
  1. 打开 lib/main.dart 并导入插件以及 flutterfire configure 在上一步中生成的 firebase_options.dart 文件。

    dart
    import 'package:cloud_firestore/cloud_firestore.dart';
    import 'package:firebase_core/firebase_core.dart';
    
    import 'firebase_options.dart';
  2. lib/main.dartrunApp() 调用之前的上方添加以下代码

    dart
    WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized();
    
    await Firebase.initializeApp(
      options: DefaultFirebaseOptions.currentPlatform,
    );

    这确保了 Firebase 在游戏启动时初始化。

  3. 将 Firestore 实例添加到应用程序中。这样,任何小部件都可以访问此实例。如果需要,小部件还可以对实例丢失做出反应。

    要使用 card 模板执行此操作,你可以使用 provider 包(它已经作为依赖项安装)。

    将样板 runApp(MyApp()) 替换为以下内容

    dart
    runApp(
      Provider.value(
        value: FirebaseFirestore.instance,
        child: MyApp(),
      ),
    );

    将 provider 放在 MyApp 上方,而不是放在其内部。这使你能够在没有 Firebase 的情况下测试应用程序。

4. 创建 Firestore 控制器类

#

虽然你可以直接与 Firestore 交互,但你应该编写一个专用的控制器类,以使代码更易读和维护。

你如何实现控制器取决于你的游戏以及多人游戏体验的确切设计。对于 card 模板的情况,你可以同步两个圆形游戏区域的内容。这对于完整的多人游戏体验来说还不够,但这是一个良好的开端。

Screenshot of the card game, with arrows pointing to playing areas

要创建控制器,请复制以下代码并将其粘贴到一个名为 lib/multiplayer/firestore_controller.dart 的新文件中。

dart
import 'dart:async';

import 'package:cloud_firestore/cloud_firestore.dart';
import 'package:flutter/foundation.dart';
import 'package:logging/logging.dart';

import '../game_internals/board_state.dart';
import '../game_internals/playing_area.dart';
import '../game_internals/playing_card.dart';

class FirestoreController {
  static final _log = Logger('FirestoreController');

  final FirebaseFirestore instance;

  final BoardState boardState;

  /// For now, there is only one match. But in order to be ready
  /// for match-making, put it in a Firestore collection called matches.
  late final _matchRef = instance.collection('matches').doc('match_1');

  late final _areaOneRef = _matchRef
      .collection('areas')
      .doc('area_one')
      .withConverter<List<PlayingCard>>(
          fromFirestore: _cardsFromFirestore, toFirestore: _cardsToFirestore);

  late final _areaTwoRef = _matchRef
      .collection('areas')
      .doc('area_two')
      .withConverter<List<PlayingCard>>(
          fromFirestore: _cardsFromFirestore, toFirestore: _cardsToFirestore);

  StreamSubscription? _areaOneFirestoreSubscription;
  StreamSubscription? _areaTwoFirestoreSubscription;

  StreamSubscription? _areaOneLocalSubscription;
  StreamSubscription? _areaTwoLocalSubscription;

  FirestoreController({required this.instance, required this.boardState}) {
    // Subscribe to the remote changes (from Firestore).
    _areaOneFirestoreSubscription = _areaOneRef.snapshots().listen((snapshot) {
      _updateLocalFromFirestore(boardState.areaOne, snapshot);
    });
    _areaTwoFirestoreSubscription = _areaTwoRef.snapshots().listen((snapshot) {
      _updateLocalFromFirestore(boardState.areaTwo, snapshot);
    });

    // Subscribe to the local changes in game state.
    _areaOneLocalSubscription = boardState.areaOne.playerChanges.listen((_) {
      _updateFirestoreFromLocalAreaOne();
    });
    _areaTwoLocalSubscription = boardState.areaTwo.playerChanges.listen((_) {
      _updateFirestoreFromLocalAreaTwo();
    });

    _log.fine('Initialized');
  }

  void dispose() {
    _areaOneFirestoreSubscription?.cancel();
    _areaTwoFirestoreSubscription?.cancel();
    _areaOneLocalSubscription?.cancel();
    _areaTwoLocalSubscription?.cancel();

    _log.fine('Disposed');
  }

  /// Takes the raw JSON snapshot coming from Firestore and attempts to
  /// convert it into a list of [PlayingCard]s.
  List<PlayingCard> _cardsFromFirestore(
    DocumentSnapshot<Map<String, dynamic>> snapshot,
    SnapshotOptions? options,
  ) {
    final data = snapshot.data()?['cards'] as List?;

    if (data == null) {
      _log.info('No data found on Firestore, returning empty list');
      return [];
    }

    final list = List.castFrom<Object?, Map<String, Object?>>(data);

    try {
      return list.map((raw) => PlayingCard.fromJson(raw)).toList();
    } catch (e) {
      throw FirebaseControllerException(
          'Failed to parse data from Firestore: $e');
    }
  }

  /// Takes a list of [PlayingCard]s and converts it into a JSON object
  /// that can be saved into Firestore.
  Map<String, Object?> _cardsToFirestore(
    List<PlayingCard> cards,
    SetOptions? options,
  ) {
    return {'cards': cards.map((c) => c.toJson()).toList()};
  }

  /// Updates Firestore with the local state of [area].
  Future<void> _updateFirestoreFromLocal(
      PlayingArea area, DocumentReference<List<PlayingCard>> ref) async {
    try {
      _log.fine('Updating Firestore with local data (${area.cards}) ...');
      await ref.set(area.cards);
      _log.fine('... done updating.');
    } catch (e) {
      throw FirebaseControllerException(
          'Failed to update Firestore with local data (${area.cards}): $e');
    }
  }

  /// Sends the local state of `boardState.areaOne` to Firestore.
  void _updateFirestoreFromLocalAreaOne() {
    _updateFirestoreFromLocal(boardState.areaOne, _areaOneRef);
  }

  /// Sends the local state of `boardState.areaTwo` to Firestore.
  void _updateFirestoreFromLocalAreaTwo() {
    _updateFirestoreFromLocal(boardState.areaTwo, _areaTwoRef);
  }

  /// Updates the local state of [area] with the data from Firestore.
  void _updateLocalFromFirestore(
      PlayingArea area, DocumentSnapshot<List<PlayingCard>> snapshot) {
    _log.fine('Received new data from Firestore (${snapshot.data()})');

    final cards = snapshot.data() ?? [];

    if (listEquals(cards, area.cards)) {
      _log.fine('No change');
    } else {
      _log.fine('Updating local data with Firestore data ($cards)');
      area.replaceWith(cards);
    }
  }
}

class FirebaseControllerException implements Exception {
  final String message;

  FirebaseControllerException(this.message);

  @override
  String toString() => 'FirebaseControllerException: $message';
}

注意此代码的以下功能

  • 控制器的构造函数接收一个 BoardState。这使控制器能够操作游戏的本地状态。

  • 控制器订阅本地更改以更新 Firestore,并订阅远程更改以更新本地状态和 UI。

  • 字段 _areaOneRef_areaTwoRef 是 Firebase 文档引用。它们描述了每个区域的数据存储位置,以及如何在本地 Dart 对象(List<PlayingCard>)和远程 JSON 对象(Map<String, dynamic>)之间进行转换。Firestore API 允许我们使用 .snapshots() 订阅这些引用,并使用 .set() 写入它们。

5. 使用 Firestore 控制器

#
  1. 打开负责启动游戏会话的文件:对于 card 模板,该文件为 lib/play_session/play_session_screen.dart。你将从该文件中实例化 Firestore 控制器。

  2. 导入 Firebase 和控制器

    dart
    import 'package:cloud_firestore/cloud_firestore.dart';
    import '../multiplayer/firestore_controller.dart';
  3. _PlaySessionScreenState 类添加一个可为空的字段,以包含控制器实例

    dart
    FirestoreController? _firestoreController;
  4. 在同一类的 initState() 方法中,添加代码以尝试读取 FirebaseFirestore 实例,如果成功,则构造控制器。你在“初始化 Firestore”步骤中将 FirebaseFirestore 实例添加到 main.dart 中。

    dart
    final firestore = context.read<FirebaseFirestore?>();
    if (firestore == null) {
      _log.warning("Firestore instance wasn't provided. "
          'Running without _firestoreController.');
    } else {
      _firestoreController = FirestoreController(
        instance: firestore,
        boardState: _boardState,
      );
    }
  5. 使用同一类的 dispose() 方法释放控制器。

    dart
    _firestoreController?.dispose();

6. 测试游戏

#
  1. 在两台单独的设备上或同一设备上的两个不同窗口中运行游戏。

  2. 观察如何在其中一台设备上向一个区域添加卡片,使其出现在另一台设备上。

  3. 打开 Firebase Web 控制台 并导航到项目的 Firestore 数据库。

  4. 观察它如何实时更新数据。你甚至可以在控制台中编辑数据,并看到所有正在运行的客户端更新。

    Screenshot of the Firebase Firestore data view

故障排除

#

测试 Firebase 集成时可能遇到的最常见问题包括以下内容

  • 尝试访问 Firebase 时游戏崩溃。

    • Firebase 集成未正确设置。重新访问**步骤 2** 并确保在该步骤中运行 flutterfire configure
  • 游戏在 macOS 上不与 Firebase 通信。

    • 默认情况下,macOS 应用程序没有 Internet 访问权限。首先启用 Internet 授权

7. 下一步

#

此时,游戏在客户端之间具有近乎即时且可靠的状态同步。它缺少实际的游戏规则:何时可以玩哪些牌,以及结果如何。这取决于游戏本身,留给读者自行尝试。

An illustration of two mobile phones and a two-way arrow between them

此时,比赛的共享状态仅包括两个游戏区域及其中的卡片。你也可以将其他数据保存到 _matchRef 中,例如玩家是谁以及轮到谁。如果你不确定从哪里开始,请按照 一两个 Firestore 代码实验室 来熟悉 API。

首先,一个比赛就足以与同事和朋友一起测试你的多人游戏。随着发布日期的临近,请考虑身份验证和匹配机制。值得庆幸的是,Firebase 提供了一种 内置方法来验证用户,并且 Firestore 数据库结构可以处理多个比赛。你可以使用尽可能多的记录填充比赛集合,而不是单个 match_1

Screenshot of the Firebase Firestore data view with additional matches

在线比赛可以从“等待”状态开始,只有第一个玩家在场。其他玩家可以在某种大厅中看到“等待”中的比赛。一旦有足够多的玩家加入比赛,它就会变为“活动”状态。再次强调,确切的实现取决于你想要创建的在线体验类型。基本原理保持不变:一个包含大量文档的集合,每个文档代表一场正在进行或潜在的比赛。