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DynamoDB 中的游戏个人资料架构设计

游戏个人资料业务使用场景

此使用场景探讨使用 DynamoDB 来存储游戏系统的玩家个人资料。许多现代游戏，尤其是在线游戏，需要用户（在本例中为玩家）先创建个人资料，然后才能玩游戏。游戏个人资料通常包括以下内容：

为了满足此应用程序的细粒度数据查询访问要求，主键（分区键和排序键）将使用通用名称（PK 和 SK），因此它们可能会使用各种类型的值重载，如下所示。

此架构设计的访问模式为：

在不同的游戏中，游戏个人资料的大小会有所不同。压缩大型属性值可以让属性值符合 DynamoDB 的项目限制，从而降低成本。吞吐量管理策略取决于多种因素，例如：玩家数量、每秒玩的游戏数量以及工作负载的季节性。通常，对于新推出的游戏，玩家数量和受欢迎程度是未知的，因此我们一开始使用按需吞吐量模式。

游戏个人资料实体关系图

这是我们在游戏个人资料架构设计中使用的实体关系图（ERD）。

游戏个人资料访问模式

我们将为社交网络架构设计考虑这些访问模式。

游戏个人资料架构设计演变

从上面的 ERD 可以看出，这是一对多关系类型的数据建模。在 DynamoDB 中，一对多数据模型可以整理为项目集合，这不同于通过创建多个表并使用外键来链接的传统关系数据库。项目集合是一组共享相同分区键值但具有不同排序键值的项目。在项目集合中，每个项目都有一个唯一的排序键值，该值将其与其他项目区分开来。考虑到这一点，我们可以为每种实体类型的 HASH 和 RANGE 值使用以下模式。

首先，我们使用 PK 和 SK 等通用名称，将不同类型的实体存储在同一个表中，以便模型可供未来使用。为了提高可读性，我们可以添加前缀来表示数据的类型，也可以提供名为 Entity_type 或 Type 的任意属性。在当前示例中，我们使用以 player 开头的字符串，将 player_ID 存储为 PK；将 entity name# 用作 SK 的前缀，然后添加一个 Type 属性来指示这段数据所属的实体类型。这样，我们以后便能够支持存储更多的实体类型，并使用 GSI 重载和稀疏 GSI 等高级技术来满足更多的访问模式。

让我们开始实施访问模式。添加玩家和添加装备等访问模式可以通过 PutItem 操作实现，因此我们可以忽略这些访问模式。在本文中，我们将重点介绍上面列出的典型访问模式。

步骤 1：解决访问模式 1 (getPlayerFriends)

我们通过此步骤解决访问模式 1 (getPlayerFriends)。在我们目前的设计中，好友关系很简单，游戏中的好友数量很少。为简单起见，我们使用列表数据类型来存储好友列表（1:1 建模）。在此设计中，我们使用 GetItem 来满足这种访问模式。在 GetItem 操作中，我们明确提供分区键和排序键值以获取特定项目。

但是，如果某个游戏中有大量好友，并且他们之间的关系很复杂（例如好友关系是双向的，包括邀请和接受组件），则必须使用多对多关系来单独存储每个好友，这样才能扩展到大小不受限的好友名单。而且，如果好友关系变更涉及同时对多个项目进行操作，则可以使用 DynamoDB 事务将多个操作分组在一起，并将它们作为“全有或全无”的单个 TransactWriteItems 或 TransactGetItems 操作提交。

步骤 2：解决访问模式 2 (getPlayerAllProfile)、3 (getPlayerAllItems) 和 4 (getPlayerSpecificItem)

我们使用此步骤解决访问模式 2 (getPlayerAllProfile)、3 (getPlayerAllItems) 和 4 (getPlayerSpecificItem)。这三种访问模式的共同点是使用 Query 操作进行范围查询。根据查询的范围，使用键条件和筛选表达式，这些方法在实际开发中经常使用。

在查询操作中，我们为分区键提供一个值，然后获取具有该分区键值的所有项目。访问模式 2 (getPlayerAllProfile) 以这种方式实施。或者，我们可以添加排序键条件表达式，这是一个字符串，用于确定要从表中读取的项目。访问模式 3 (getPlayerAllItems) 通过添加键条件排序键 begins_with ITEMS# 来实施。此外，为了简化应用程序端的开发，我们可以使用筛选条件表达式来实施访问模式 4 (getPlayerSpecificItem)。

以下是使用筛选条件表达式筛选 Weapon 类别项目的伪代码示例：

filterExpression: "ItemType = :itemType" 
expressionAttributeValues: {":itemType": "Weapon"}

如果访问模式是查询大型数据集，需要筛选掉大量数据，仅保留一小部分数据，则合适的方法是设计更有效的 DynamoDB 分区键和排序键。例如，在上面的获取特定 ItemType 的示例中，如果每个玩家都有很多物品并且典型的访问模式是查询特定的 ItemType，那么将 ItemType 引入 SK 中作为复合键会更有效率。数据模型类似于以下所示：ITEMS#ItemType#ItemId。

步骤 3：解决访问模式 5 (updateCharacterAttributes) 和 6 (updateItemCount)

我们使用此步骤解决访问模式 5 (updateCharacterAttributes) 和 6 (updateItemCount)。当玩家需要修改角色时，例如减少货币或修改其物品中特定武器的数量，可以使用 UpdateItem 来实施这些访问模式。在更新玩家货币时，为了确保金额永远不会低于最低数量，我们可以添加一个 DynamoDB 条件表达式 CLI 示例，确保只有其大于或等于最低金额时才减少余额。以下是伪代码示例：

UpdateExpression: "SET currency = currency - :amount"
ConditionExpression: "currency >= :minAmount"

在使用 DynamoDB 进行开发并使用原子计数器减少库存时，我们可以通过使用乐观锁来确保幂等性。以下是原子计数器的伪代码示例：

UpdateExpression: "SET ItemCount = ItemCount - :incr" 
expression-attribute-values: '{":incr":{"N":"1"}}'

此外，在玩家用货币购买物品的情况下，整个流程中需要扣除货币并同时添加物品。我们可以使用 DynamoDB 事务将多个操作分组在一起，并将它们作为“全有或全无”的单个 TransactWriteItems 或 TransactGetItems 操作提交。TransactWriteItems 是同步的幂等性写入操作，可将最多 100 个写入操作分组到一个“全有或全无”操作中。这些操作以原子方式完成，以便所有操作都成功或都失败。事务有助于消除重复或货币消失的风险。有关事务的更多信息，请参阅DynamoDB 事务示例。

下表总结了所有访问模式以及架构设计如何解决访问模式：

游戏个人资料最终架构

这是最终的架构设计。要以 JSON 文件格式下载此架构设计，请参阅 GitHub 上的 DynamoDB 示例。

基表：

在此架构设计中使用 NoSQL Workbench

若要进一步探索和编辑新项目，您可以将此最终架构导入到 NoSQL Workbench，这是一款为 DynamoDB 提供数据建模、数据可视化和查询开发功能的可视化工具。请按照以下步骤开始使用：