SOP aplicado em um jogo tipo de corrida usando a arquitetura cliente e servidor

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1 SOP aplicado em um jogo tipo de corrida usando a arquitetura cliente e servidor Resumo Alisson Rafael Appio alissonr.appio@gmail.com Aplicar o paradigma de programação Subject-Oriented Programming (SOP) no desenvolvimento de um jogo tipo de corrida multiplayer. Usando SOP para permitir a troca da camada de network sem acrescentar overhead a aplicação. O trabalho foi desenvolvido de maneira modular, onde foi possível desenvolver toda a lógica do jogo separado da camada de rede. Foram construídas duas camadas de rede, uma usando o protocolo TCP-IP e outra usando UDP-IP. Introdução Este relatório apresenta o desenvolvimento de um jogo tipo de corrida multiplayer baseado na arquitetura cliente / servidor. Cada usuário controla um carrinho e recebe notificações quando outro carrinho esta se movimentando, mantendo um estado consistente do jogo em cada cliente. As ferramentas utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho foram: linguagem Java como plataforma de desenvolvimento; eclipse como IDE de desenvolvimento e HyperJ como ferramenta de SOP. Desenvolvimento O desenvolvimento do jogo foi concebido de maneira modular, onde as classes de lógica do cliente e do servidor estão completamente separadas da camada de rede. Para realizar essa separação foi utilizado técnicas de SOP, abaixo é apresentado o diagrama de classes do render.

2 Foi desenvolvido um simples render 2D baseado no framework Swing (widget toolkit), estendendo o comportamento paint do JFrame, A classe render possui uma coleção de objetos que sabem se desenhar (Drawable). A figura abaixo apresenta o diagrama de classes do cliente.

3 A classe Game possui um Renderer e uma coleção de objetos de VehicleRender. Os principais métodos da classe Game são: run() que inicializa o jogo do lado do cliente, processphysics() que faz um processamento bem simples de uma física para movimentar os carrinhos, processinput() processa os inputs do usuário (telcas UP, DOWN, LEFT e RIGHT), setmyvehicle() que seta o veículo que será controlado pelo jogador. No lado do servidor do jogo temos as classes VehicleGameServer (figura abaixo) que contém métodos para adicionar (addvehicle(vehiclemodel)), remover (removevehicle(vehiclemodel)) e atualizar (updateposition(vehiclemodel) os carrinhos de todos os jogadores conectados no servidor. Esta classe agrega uma coleção de VehicleModel, onde cada objeto representa um objeto controlado pelo por um cliente. O diagrama de classes que representa a utilização da técnica de SOP para a classe Game é apresentado na figura abaixo. É implementado o método setmyvehicle(...) na visão do programador de network, onde deve ser informado ao servidor que o cliente acabou de criar um carrinho. O método removevehicle() serve para notificar o servidor que o usuário removeu o seu carrinho (normalmente quando ele termina o jogo), para isso esse método faz uma validação analisando se o carrinho a ser removido é o controlado pelo usuário. É importante notar que esse método também é chamado sempre que um carrinho é removido, sendo este carrinho controlado pelo usuário corrente ou por outro usuário remoto. O método run() inicializa o modulo de comunicação entre o cliente e o servidor.

4 A figura abaixo apresenta o diagrama de classe usando SOP aplicado no servidor, alguns métodos existem somente na classe de jogo (addvehicle(vehiclemodel), removevehicle(vehiclemodel), updateposition(vehiclemodel)), esses métodos fazem a lógica de notificar os objetos do servidor, provendo uma API para notificar os clientes (vehicleadded(vehiclemodel), vehicleremoved(vehiclemodel), vehiclechanged(vehiclemodel)) que será implementada pela visão de network notificando os clientes das operações executadas no servidor. VehicleGameServer +addvehicle(vehiclemodel) +removevehicle(vehiclemodel) +updateposition(vehiclemodel) +run() +initialize() +initializeoidto(vehiclemodel) +positionchanged(vehiclemodel) +vehicleadded(vehiclemodel) +vehicleremove(vehiclemodel) <<SOP>> VehicleGameServerComponent +setvehicleoid(vehiclemodel) +initialize() +initializeoidto(vehiclemodel) +run() +positionchanged(vehiclemodel) +vehicleadded(vehiclemodel) +vehicleremoved(vehiclemodel) ServerNetwork +sendbroadcast() +startserver() +send()

5 Abaixo é apresentado o código onde um carrinho é adicionado no servidor e por SOP é replicado aos outros clientes. public void addvehicle(vehiclemodel vehicle, int connectionowner){ clientsmap.put(connectionowner, vehicle); for (Entry<Integer, VehicleModel> entry: clientsmap.entryset()) { Integer connectionid = entry.getkey(); if (!connectionid.equals(connectionowner)){ vehicleadded(vehicle, connectionid); vehicleadded(entry.getvalue(), connectionowner); System.out.println("vehicle added"); void vehicleadded(vehiclemodel vehicle, Integer connectionid) { // not implemented here Classe do game Server void vehicleadded(vehiclemodel vehicle, Integer connectionid) { network.send(connectionid, 0, METHODS.vehicleAdded, vehicle); Visão do game Server usando SOP Abaixo é apresentado o diagrama de classes do VehicleModel usando SOP. A visão de network que implementa o método move(...) notificando os clientes que o carrinho esta se movendo.

6 Abaixo é apresentado o código do componente VehicleModel. private final Point position = new Point(); public void move(int x, int y) { this.position.move(x, y); Classe do game Server public void move(int x, int y) { ClientNetwork network = ClientNetwork.instance; network.send(0, METHODS.updatePosition, this); Visão do game Server usando SOP Dificuldades Encontradas Foram encontradas duas grandes dificuldades para realizar este trabalho. A primeira dificuldade esta relacionada o aprendizado e utilização do paradigma de programação SOP. A segunda dificuldade e considerada a maior dificuldade para realização deste trabalho esta relacionada com a ferramenta HyperJ nos seguintes aspectos: A ferramenta não é open source e não possui licença para visualização do código, dificultando a possibilidade de correção de bugs por terceiros. Foram encontrados problemas com a geração automática de construtores protegidos que deveriam lançar exceptions. Problemas em manipular algumas construções Java como, Enum, AlgumaClasse.class, inner-classes. Conclusão Apesar das limitações da ferramenta HyperJ foi possível realizar o trabalho usando o paradigma SOP com sucesso. O HyperJ é a única ferramenta que se tem conhecimento que suporta o paradigma SOP em Java. O jogo foi pensando e desenvolvido em partes, onde cada camada é responsável somente por uma função, i.e., a camada de lógica do jogo garante a estabilidade da aplicação do cliente e do servidor, a camada de network fica responsável pela troca de mensagens entre o cliente e o servidor sob os protocolos TCP ou UDP. É importante notar que a troca da camada de TCP para UDP foi muito simples, baseado no fato que a lógica de jogo esta separada (através de uma API bem definida) da camada de comunicação.