[Book] 게임 서버 프로그래밍 교과서 - 7장 데이터베이스 기초

7장 데이터베이스 기초

 

1. 플레이어의 정보 저장

싱글 플레이 게임을 만들 때는 보통 플레이어의 로컬 컴퓨터 안에 저장한다. 그러나 멀티 플레이 게임을 만들 때도 싱글 플레이와 같이 로컬 컴퓨터 안에 저장한다면, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.

• 플레이어가 컴퓨터를 변경하면, 자신이 하던 플레이 정보를 이어서 할 수가 없다.
• 플레이어가 해킹을 할 줄 안다면, 플레이 정보를 조작할 수 있다.

 

따라서 온라인 게임에서는 플레이어 정보를 클라이언트가 아닌 서버에만 저장한다. 클라이언트는 로그인 후 플레이어 정보를 서버에서 받아 사용한다.

 

플레이어 정보를 서버에 저장하는 방법에는 크게 파일, 데이터베이스가 있다.

• 상용으로 서비스되는 게임들은 대부분 데이터베이스를 이용해 플레이어 정보를 저장한다.
• 플레이어 각각의 데이터를 저장하거나 불러오는 속도는 파일이 빠르다. 그러나 나머지 부분은 데이터베이스가 모두 앞선다.

파일과 데이터베이스 비교

 

2. 데이터베이스 사용

데이터베이스 종류에는 여러 가지가 있지만, 많이 사용되는 것은 Microsoft SQL Server나 Oracle MySQL이다. 둘 중 SQL Server Express를 사용해 볼 것이며 SQL Server Management Studio도 함께 설치하면 더욱 다양한 기능을 사용할 수 있다.

 

3. 데이터베이스의 데이터 구성

• 데이터베이스에서 다루는 데이터는 표(table) 형태의 집합이다. 여기서 테이블 집합은 데이터베이스 인스턴스(instance)라고 하는데, 데이터베이스가 다루는 가장 큰 단위의 데이터 집합이다.
• 데이터베이스 인스턴스 안에는 테이블이 1개 이상 들어간다.
• 테이블에는 기본적으로 행과 열이 있다. 그리고 행 단위로 데이터를 넣거나 뺄 수 있는데, 이 행을 레코드(record)라 한다. 또 레코드 안에는 표의 열이 있는데, 이 열을 필드(field)라 한다. 필드는 이름 말고도 타입(정수, 소수, 문자열 등)을 추가로 갖고 있다.

 

아래 사용 예를 보자.

 

플레이어 정보를 저장하는 데이터베이스

 

GameDB라는 데이터베이스 인스턴스가 있고 그 안에는 UserAccount라는 테이블이 있다. 그리고 그 테이블 안에는 john, prada에 대한 레코드가 있으며 이메일, 패스워드, 생년월일이라는 필드가 있다. 즉, 이 테이블은 플레이어 정보를 저장하는 용도이다

 

인스턴스, 테이블, 레코드, 필드

 

4. 데이터베이스 시작

이제 실제로 데이터베이스 인스턴스와 테이블을 만들어보자.

 

먼저 SQL Server Management Studio를 연다. 그리고 데이터 베이스 항목에서 새 인스턴스를 만들고 새 인스턴스 아래에서 새 테이블을 만든다. 이때 새 테이블을 만들 때는 필드를 필수적으로 기입해야 한다.

 

새 테이블 생성

 

테이블에서 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 테이블 디자인을 선택하면, 필드를 수정할 수 있다.

 

테이블 디자인

 

데이터베이스에 익숙해지면 이렇게 도구를 이용하지 않고도 SQL 질의 구문을 입력해 빠르게 테이블을 생성하거나 검색 등 원하는 것을 이룰 수 있다.

 

5. SQL 질의 구문

데이터베이스에 액세스 하면서 주로 하는 것은 CRUD(create, read, update, delete)이다. 그리고 데이터베이스를 액세스 할 때 필수적으로 알아야 할 문법은 질의(SQL query)이다. 

• 새 레코드를 삽입할 때는 insert를 사용한다. ex) insert into table1 (a, b, c) values (1, 2, 3)
• 레코드를 찾을 때는 select를 사용한다. ex) select a, b, c from table1 where a=1
• 레코드 필드 값을 변경할 때는 update를 사용한다. ex) update table1 set b=2 where a=1
• 레코드를 삭제할 때는 delete를 사용한다. ex) delete from table1 where a=1

 

6. 인덱스와 키

만약 어떤 두꺼운 도서에서 원하는 용어를 찾아야 할 경우, 맨 뒤에 있는 인덱스(index, 찾아보기)를 보면 쉽게 찾을 수 있을 것이다. 그러나 인덱스가 없다면 원하는 용어가 나올 때까지 모든 페이지를 다 봐야 했을 것이다. 마찬가지로 데이터베이스에서도 이러한 인덱스 기능을 사용할 수 있다.

• 인덱스는 필드 단위로 설정하며 2개 이상 함께 넣는 것도 가능하다.
• 검색뿐만 아니라 변경, 삭제 시에도 빠르게 찾는데 큰 도움이 된다.
• 유니크 속성을 추가로 지정하면 중복된 값 방지하는 용도로도 사용한다.
• 인덱스가 걸쳐있는 레코드에 변화가 있을 때 인덱스도 함께 업데이트해야 한다.

 

데이터베이스에는 인덱스 말고도 프라이머리 키가 있다. 프라이머리 키는 특수한 형식의 인덱스이다.

• 한 테이블에 필드 중 하나만 추가할 수 있다.
• 중복을 허락하지 않는다. 즉, 한 테이블에 값이 같은 코드가 2개 이상 들어갈 수 없다.
• 필드 값은 null이 허락되지 않는다.

 

7. 플레이어 정보를 데이터베이스에 저장하는 방법 1

플레이어 데이터는 다양한 형태의 구조로 되어 있다. 즉, 구조체와 목록의 집합이다.

 

구조체형 데이터를 테이블에 저장하는 방법을 알아보자.

구조체와 목록의 집합 형태로 되어 있는 데이터 덩어리는 아래와 같이 트리 형태로 표현할 수 있다.

 

트리 구조로 표현된 플레이어 데이터

 

이를 데이터베이스에 저장하려면 어떻게 해야 할까?

• 플레이어 데이터 전체를 문서 형태로 만들어서 테이블에 넣는다.
• 플레이어 데이터를 구성하는 트리 노드 각각을 테이블에 넣는다.

 

먼저 첫 번째 방법은 다음과 같다.

 

플레이어 데이터를 문서 형태로 만들면 JSON 문서 형태로 나오는데, 트리 구조의 데이터를 문자열 형태로 표현하며 트리의 각 노드는 속성을 여러 개 저장할 수 있다. 여기서 속성이란 이름과 값의 짝을 말한다. 

{"ID": "Hong Gil Dong", "email": "gildong@foofoomail.com", "password"
"xxiuhwdqwddwdwafd", "Characters": [{"ID": "Little Elf", "Gender": "Female", "Level":
35, "Items": [{"Type": 123, "Amount": 1}]}, {"ID": "Big Orc", "Gender": "Male",
"Level": 23, "Items": []}]}

 

이렇게 플레이어 정보를 JSON 파일 하나로 만든 후 테이블에 저장한다. 이때 필드는 플레이어 ID와 JSON 파일을 담기만 하면 되고 JSON 파일은 문자열 길이 제한이 없는 text 타입을 사용한다.

 

전체 테이블

 

첫 번째 방법은 이해하기 쉽다는 장점이 있다. 그러나 플레이어 정보 중 원하는 조건값을 자주 찾아야 할 때는 이 방식에 한계가 생길 수 있다.

 

8. 플레이어 정보를 데이터베이스에 저장하는 방법 2

두 번째 방법은 트리의 각 노드는 속성을 여러 개 가지고 있으므로 노드는 데이터베이스의 레코드로 저장하는 것이다.

 

플레이어 각각에 대한 정보를 저장하는 UserAccount라는 테이블을 정의한다. 이때 플레이어 ID는 서로 중복되지 않아야 하므로 유니크 속성이 들어 있는 인덱스를 추가하거나 프라이머리 키로 설정한다.

 

UserAccount 테이블

 

캐릭터는 자기 자신을 소유하는 플레이어가 있으므로 캐릭터 고유 ID 뿐만 아니라 소유자가 누구인지 알 수 있는 정보도 함께 저장해야 한다. 이때 자주 사용하는 방식은 외래 키이다. 외래 키란 테이블의 어떤 필드가 다른 테이블의 특정 필드 값을 가리키는 것을 의미한다. 즉, OwnerUserAccountID 필드는 UserAccount 테이블의 ID 필드를 가리키는 외래 키이다.

• 외래 키로 CRUD를 자주 하므로 외래 키에 대해서 인덱스를 설정하는 것이 좋다.
• 여기서는 외래 키 중복을 허락해야 하므로 논 유니크 인덱스로 설정했다.

 

Character 테이블

 

정리하자면, 트리의 각 노드는 테이블의 레코드가 되고 각 노드의 부모 노드(소유자)는 외래 키가 된다.

 

전체 테이블

 

추가로 데이터베이스 구조가 복잡할 때는 여러 사람이 쉽게 작업할 수 있도록 E-R Diagram이나 UML 표현법을 사용하기도 한다.

 

9. 질의 구문 실행

테이블을 정의했으니 이제 플레이어 데이터를 읽고 써보자. 이 동작은 SQL 질의 구문을 통해 가능하다.

 

 

그러나 위와 같이 게임 서버가 SQL 질의 구문을 데이터베이스에 던져서 그 결과를 받고, 또 질의 구문을 던지고 그 결과를 받는 과정이 지속되는 것은 여러모로 비효율적이다.

• 질의 구문 던지기 후 결과받기 과정이 수행되는 동안 디바이스 타임이 발생한다.
• 게임 서버와 데이터베이스 간 네트워크 레이턴시를 다 모으면 꽤 긴 시간이다.

 

이 문제는 저장 프로시저 기능을 통해 해결할 수 있다. 저장 프로시저는 데이터베이스 측에 미리 질의 구문 집합을 저장하는 것으로 데이터베이스 안에서 직접 실행되는 스크립트 프로그램이라 할 수 있다. 게임 서버는 그저 저장 프로시저 자체를 실행하는 질의 구문만 실행하면 된다.

 

다음으로 트랜잭션에 대해 알아보자.

트랜잭션은 어떤 구문이 모두 실행되든지 하나도 실행되지 않든지 둘 중 하나의 결과만 보장되게 한다.

 

예를 들어 계좌 이체 프로그램을 만든다고 가정할 때, 아래 코드 중 일부만 실행된다면 큰 문제가 발생할 것이다. 그래서 트랜잭션을 이용해 방지할 수 있다.

• begin transaction 구문은 트랜잭션의 시작이라 하며 그 뒤에 나오는 구문을 실행한 후 commit 한다. 이렇게 하면 그 구문의 실행 결과는 데이터베이스에 영구적으로 남는다.
• 만약 구문들을 실행하다 문제가 발생하면 rollback을 실행해야 한다. 그러면 begin transaction 구문을 실행한 후 변경한 데이터들이 모두 원상 복구될 것이다.

begin transaction
update UserAccount set Money=Money+100 where ID='Kang Bu Ja'
update UserAccount set Money=Money-100 where ID='Hong Gil Dong'
commit

 

 

트랜잭션을 걸고 액세스 하는 레코드는 멀티스레드 프로그래밍에서 뮤텍스를 잠금한 것과 비슷해서 앞선 트랜잭션이 완료되거나 취소될 때까지 블로킹이 걸린다. 따라서 데이터베이스 트랜잭션을 할 때는 꼭 필요한 최소한의 구간에만 하는 것이 좋다. 그러나 사실 게임 서버를 만들다 보면 데이터베이스 트랜잭션이 그렇게까지 필요하지는 않다. 왜냐하면 데이터베이스를 세이브 데이터처럼 사용하기 때문이다. 보통 게임 서버 안 메모리에서 모두 판정을 끝낸 후 뒤늦게 데이터베이스에 기록한다.

 

10. 게임 서버에서 질의 구문 실행

게임 서버에서 데이터베이스에 액세스 하려면 먼저 데이터베이스에 접속해야 한다. 이를 위해 데이터베이스 연결 객체를 만들고 이것으로 데이터베이스에 접속한다. (TCP 커넥션과 유사) 이때 연결 문자열이나 연결 정보 구조체를 넣어야 한다. 이 안에는 데이터베이스 서버의 주소, 사용할 데이터베이스 인스턴스 이름, 연결에 사용할 사용자 ID와 비밀번호가 들어간다.

DbConnection db = new DbConnection();
db.Open("server=db01.mygame.com;userid=serverbot;password=good_day_one;database=GameDB");

 

데이터베이스 연결 객체를 만들었으면, 연결 객체에서 명령 객체를 생성하여 질의 구문을 실행할 수 있다.

// 문자열로 넣는 경우
DbCommand cmd = new DbCommand(db);
cmd.Execute("insert into table1 (a,b,c) values (123,456,789)");

// 값을 별도로 입력하여 넣는 경우 (선호)
DbCommand cmd = new DbCommand(db);
cmd.Parameters[0] = 123;
cmd.Parameters[1] = 456;
cmd.Parameters[2] = 789;
cmd.Execute("insert into table1 (a,b,c) values (?,?,?)");

// 저장 프로시저를 실행하는 경우
bCommand cmd = new DbCommand(db);
cmd.Parameters[0] = 123;
cmd.Parameters[1] = 456;
cmd.Parameters[2] = 789;
cmd.Execute("InsertRecord");

// 결과 레코드 값을 받아올 경우
bCommand cmd = new DbCommand(db);
cmd.Parameters[0] = 123;
DbRecordset rs = cmd.Execute("select (a,b,c) from table1 where a>=?");

foreach(DbRecord r in rs)
{
    int a = r.GetField("a");
    int b = r.GetField("b");
    string c = r.GetField("c");
    ...; // 여기서 얻은 필드들을 사용한다.
}

 

이때 데이터베이스와 프로그래밍 언어가 완전히 일치하지 않으므로, 필드에 값을 읽거나 쓸 때 혹은 명령 객체에 매개변수를 넣거나 꺼내 올 때 추가 작업을 해야 한다.

// 필드에 값을 꺼낼 경우
DbVariable v = r.GetField("a");
if (v.isNull() = = false)
{
    int a = v.Convert(int);
}

// 필드에 값을 넣을 경우
DbVariable v = new DbVariable(DbType.integer, 123);
record.SetField("a", v);