7.2 确定性与网络同步

7.2 确定性与网络同步

本节摘要：确定性指同一初始状态、同一输入 tick 序列、同一引擎版本，得到同一状态序列。固定 dt、整数 tick、约束排序稳定、慎用多线程归约和未定义浮点，是前提。联机常见锁步或状态同步加回滚。物理若绑渲染帧率，分叉是必然。先让单机回放咬死，再谈网络。

先说结论

阅读完本节，你应当能够：

1. 列出破坏确定性的常见来源
2. 设计以 tick 为键的输入缓冲
3. 比较锁步与快照插值，说明回滚对物理的要求
4. 用哈希校验发现哪一 tick 开始分叉

一、先能回放

把每 tick 的输入（键盘、射线命中随机种子、破碎随机）写入日志，重放时不读设备，只读日志。画面可以 144Hz 插值，逻辑必须 tick。校验：每 N tick 对动态体位置哈希，与录制时比。不等就从该 tick 单步找第一处差异。

破坏源：

• 变 dt
• 接触列表顺序随内存地址或哈希桶遍历而变
• 多线程岛完成顺序影响本不该耦合的写（分岛 bug）或日志
• rand() 未进输入日志
• 未初始化内存
• SIMD 归约顺序、快速数学、不同 CPU 的浮点
• 指针当排序键

接触排序按 (min(idA,idB), max(idA,idB), featureId)。宽相哈希遍历后必须排序再交给窄相。这点不做，回放必炸。

锁步不能丢 tick，一端慢全员等。回滚要求 step 纯函数式：能保存/恢复完整热状态。所以 1.3 的 SoA 便于 memcpy 快照。对象图指针满天飞时回滚是噩梦。

二、浮点现实

跨平台锁步极难：x87 vs SSE、FMA、GPU 物理几乎不可能一致。同编译器同架构同设置才有希望。跨平台常用：定点数、或主机权威不要求客户端物理一致。游戏产品多数选权威服务器，客户端物理只做表现，重要碰撞以服务器为准。格斗游戏愿意为锁步约束平台。

💡 关键直觉：网络同步首先是时间模型问题，其次才是压缩。没有固定 tick，再好的插值也在同步两套不同的物理定律。

客户端预测：本地立刻 step，服务器晚到的结果不同则回滚到服务器 tick 重演中间输入。重演次数受 RTT 限制。物理太贵就不要每帧全解回滚，改回滚简化代理（只角色胶囊）。载具全物理回滚要仔细预算。

三、随机、休眠与层

破碎随机、粒子喷射必须用随 tick 推进的确定性 RNG，种子进关卡或房间。休眠阈值造成的分叉：一端睡一端没睡，之后接触全变。锁步里休眠必须是确定性规则，浮点末位差异会被阈值放大。有人锁步关闭休眠，或用定点数速度。权威模式可休眠，因为客户端不需要一致。

⚠️ 常见坑：用系统高精度计时器当电机相位。相位必须是 tick * dt。墙钟不同步，门开关时机分叉。

哈希粒度：不要只哈希“有没有分叉”，要分岛哈希，定位哪座岛先坏。调试绘制在回放中可用，但不要把绘制纳入哈希。

物理与动画：KCC 若读动画曲线，曲线必须按逻辑时间采样。按显示时间采样，回放镜头一变轨迹就变。

测试：录 10 秒堆箱子，重放哈希全中。改接触排序再录，应能故意分叉，证明校验器工作。联机再测丢包：回滚后视觉可抖，逻辑应回到权威。

不要在物理里读文件、读时钟、遍历 std::unordered_map 当顺序源。容器遍历顺序是隐藏输入。

跨版本：哈希算法和约束顺序是协议的一部分。引擎一改 PGS 次数，旧回放失效。版本号进录像头。

四、分叉定位流程与输入压缩

分叉定位：权威与客户端每 N tick 对全场景哈希，不等则对岛哈希，定位岛后对该岛刚体位置逐个比，找到第一对差异物体，再看该 tick 接触列表是否同序同特征。通常是排序或随机。把接触列表也记进调试录像（可开关），体积大但能救命。

输入压缩：布尔键位打包位域，模拟摇杆量化。量化是确定性的一部分，两端同样量化。不要一端 float 一端压缩。射线命中若用于物理（钩索），命中刚体 id 必须进输入，不要两端各自射线，浮点相机一点差就会钩到不同物体。

回滚预算：物理 step 若 2 毫秒，回滚 10 tick 就是 20 毫秒，帧预算可能爆。对策：限制回滚深度、简化预测（只角色）、降低物理频率。测量再定。不要假设回滚免费。

关闭物理里的哈希表遍历当顺序源。候选对进数组后 sort。写一条静态分析或运行断言：step 内不得调用非确定性时钟。有人把性能计数器的时间戳写进休眠逻辑，分叉就来了。计数器只读出，不进分支。

跨版本录像失效要提示，不要静默错乱重放。版本号含：PGS 次数默认值、dt、约束排序规则编号。改默认迭代次数就是改协议。

实践问答

哈希多久比一次？

每 N tick，N 按带宽和定位精度折中。太稀定位慢，太密费。分岛哈希在全场景不等时再做。

钩索为什么要把命中 id 进输入？

两端各自射线会因相机浮点差钩到不同物体。权威命中进输入，客户端不自作主张。

回滚 10 tick 会不会卡？

step 若 2 毫秒就是 20 毫秒。测再定。简化预测、降物理频率、限深度。不要假设免费。

unordered_map 遍历为什么危险？

顺序是隐藏输入。候选进数组后 sort。step 内当顺序源的容器必须有稳定序。

改默认 PGS 次数为什么要升版本号？

那是协议。旧回放会分叉。版本号含 dt、迭代默认、排序规则。静默错乱重放比拒绝更糟。

参数扫描笔记：确定性

扫描 1：系统时钟当电机相位

门开关分叉。相位用 tick 乘 dt。

扫描 2：一端 float 摇杆一端量化

输入不一致。两端同样量化。

扫描 3：休眠阈值放大浮点差

锁步可关休眠或定点数。权威模式可休眠。

扫描 4：回放把绘制纳入哈希

开关绘制就分叉。绘制不含哈希。

扫描 5：KCC 按显示时间采动画

镜头一变轨迹变。逻辑时间采样。

扫描 6：step 读文件

隐藏输入。禁。

扫描 7：哈希只报是否分叉不分岛

定位慢。分岛再逐体。

扫描 8：旧录像无版本头

静默错乱。拒绝并提示。

扫描 9：预测回滚拷对象图指针

噩梦。热列 memcpy。又回到 1.3。

工程备忘录

备忘 1

「02-确定性与网络同步」的单元测试尽量不依赖图形窗口。能在无头模式跑的断言，才会每次提交都跑。只靠进游戏看一看，等于没有测试。把金字塔睡眠、速度交换、自由落体距离这类金标准写成断言。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 1 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 2

文档里的公式符号必须和代码注释同一张表。尤其是法向从谁指向谁、相对速度谁减谁、lambda 是力还是冲量。「02-确定性与网络同步」相关代码若混用两套符号，吸引接触和飞天会轮流出现，现场非常像随机 bug。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 2 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 3

性能上先问能不能少做。「02-确定性与网络同步」再快，也快不过把睡着的岛整岛跳过、把碎片到期删掉、把静态体移出动态表。减工作量优于把同样工作向量化。向量化平方算法只是错得更稳更快。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 3 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 4

可视化是「02-确定性与网络同步」的一部分而不是插件。接触生成时就把点、法向、深度留下来给绘制。事后从形状重新推断，会和求解器看到的数据不一致，你会修一个并不存在的偏差。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 4 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 5

固定时间步是「02-确定性与网络同步」所有数值实验的尺子。尺子在抖，你无法比较积分器，无法调 beta，无法谈确定性。谁把渲染帧时间直接喂进物理，谁就在用弹性的尺子量钢梁。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 5 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 6

「02-确定性与网络同步」里出现 NaN 要在源头断言：未归一化法向、零长度边当轴、除以过小的有效质量、四元数没归一。把 NaN 传到求解器再查，整场速度都会脏，回溯成本高一个数量级。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 6 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 7

和美术、策划交接「02-确定性与网络同步」参数时，用测试盒而不是形容词。说清楚二十厘米台阶能上、八十厘米不能，比说手感更跟手有用。测试盒还能在引擎升级后当合同跑一遍。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 7 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 8

「02-确定性与网络同步」若跨模块耦合，先单向再双向。布料先撞静地，流体先撞静箱，关节先吊静锚。双向一步到位时，你分不清是 A 推 B 写错还是 B 还力写错。控制变量不是学术，是省生命。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 8 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 9

睡眠和唤醒属于「02-确定性与网络同步」正确性，不只是性能。该醒不醒会穿模，不该醒全醒会卡顿。爆炸查询、关节边、运动学平台都是唤醒图的边。漏一条边，现场像鬼。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 9 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

备忘 10

「02-确定性与网络同步」的默认值要进协议版本。改默认迭代次数、默认 dt、默认皮肤半径，旧回放会分叉。版本头拒绝错版本，比静默错乱重放更负责任。 本条对应「02-确定性与网络同步」第 10 号备忘，和相邻条目不要合并成一句空话，分开验收。

本节速览

• 确定性 = 固定 tick + 稳定排序 + 输入日志 + 无隐藏状态。
• 先单机回放哈希，再联机。
• 跨平台浮点锁步几乎不现实；多数游戏权威服务器。
• 回滚需要可 memcpy 的热状态。
• RNG、休眠、动画采样都是输入。
• 墙钟不准进物理；相位用 tick。
• 哈希分岛，版本号进录像。

下一节决定这条自研路径何时该换成现成引擎，以及现成引擎各自擅长什么。