在线联机原型全集：第 9 章　协作扫雷 / 限时合作解谜（Cooperative Minesweeper）

类别：多人协作 + 冲突写入 + 乐观锁原型 目标：验证多人同时操作同一共享状态下的冲突解决、幂等更新、ETag 模型、协作限时与状态回放。 原型代号：proto-009-coop-minesweeper 依赖模块：proto-008-battleship, proto-005-pictionary 推荐语言栈：Go / Rust / Elixir / TypeScript 网络协议：WebSocket + HTTP (ETag 版本控制)

一、概述（Overview）

“协作扫雷” 是一种典型的多人共享棋盘类游戏， 多个玩家共同操作同一个网格世界（Grid），进行翻格、标雷、推理与协作。

不同于战舰或UNO的“玩家独立状态”， 这里的所有玩家共享一个世界状态， 且任何时刻都可能有多人同时尝试更新同一个格子。

因此本原型验证的核心能力是：

1. 并发更新的冲突检测与解决；
2. 幂等操作设计；
3. 协作锁（Optimistic Lock）；
4. 状态一致性校验；
5. 限时任务调度与超时裁定。

二、核心玩法与系统目标（Gameplay & Objectives）

2.1 基本玩法

• 一张 10×10 棋盘，共 10 个雷；
• 玩家共同点击格子，若点中地雷则全体失败；
• 所有非雷格被成功翻开即胜利；
• 每个玩家可标记疑似地雷；
• 操作实时同步给所有人；
• 游戏设有 3 分钟时限；
• 倒计时结束未清空则失败。

2.2 系统目标与验证点

三、系统架构设计（Architecture）

graph TD
A[Client1] -->|action: flip_cell| B[Gateway]
A2[Client2] -->|action: flag_cell| B
B --> C[RoomService]
C --> D[GridEngine]
C --> E[ConflictResolver]
C --> F[TimerScheduler]
C --> G[AuditLogger]
D --> H[Redis Snapshot]

模块说明

四、核心机制详解（Core Mechanisms）

4.1 网格状态结构（Grid Engine）

type Cell struct {
  X, Y int
  IsMine bool
  IsFlipped bool
  FlaggedBy []string
  Version int
  UpdatedAt int64
}

type Grid struct {
  Width, Height int
  Cells [][]Cell
  Version int
}

• 每个格子都有独立版本号（Version）；
• 全局 Grid 也有总体版本号（ETag）；
• 所有更新都必须带上客户端上次读取的版本号。

4.2 乐观锁机制（Optimistic Lock / ETag）

原理

客户端请求修改时附带上次已知版本号：

PATCH /grid/cell/5/6
If-Match: "v42"

服务器：

• 若当前版本号仍为 42 → 允许更新；
• 否则返回 412 Precondition Failed（冲突）。

客户端收到冲突后：

• 重新拉取最新状态；
• 重新计算操作；
• 再次尝试。

4.3 幂等操作设计（Idempotent Operations）

所有操作附带唯一操作 ID：

{
  "op_id": "uuid-2025-11-04T20:05:30",
  "action": "flip_cell",
  "x": 3,
  "y": 4
}

服务器维护去重缓存：

if op_id in processed_ops:
    return last_result
else:
    execute()

确保网络重发不会重复执行。

4.4 冲突解决策略（Conflict Resolution）

4.5 定时器与裁定机制（Timer Scheduler）

功能

• 倒计时由服务器启动；

• 每秒广播剩余时间；

• 时间到自动触发结算；

• 结算逻辑：

  • 若所有非雷格翻开 → 胜利；
  • 若有雷被触发 / 超时 → 失败。

timer := time.NewTimer(3 * time.Minute)
<-timer.C
JudgeGame()

4.6 审计与回放系统（AuditLogger）

日志模型

[
  {"tick":1,"player":"A","op":"flip","cell":[1,1],"result":"safe"},
  {"tick":2,"player":"B","op":"flag","cell":[2,2],"result":"flagged"},
  {"tick":3,"player":"C","op":"flip","cell":[3,4],"result":"boom"}
]

回放机制

• 顺序重放操作；
• 可导出 MP4 或 GIF；
• 可统计“协作效率”与“冲突率”。

五、状态机（State Machine）

stateDiagram-v2
  [*] --> Ready
  Ready --> Playing: Start timer
  Playing --> Conflict: Multiple writes detected
  Conflict --> Reconcile: ConflictResolver merges
  Reconcile --> Playing
  Playing --> End: Time up or All safe
  End --> [*]

六、客户端交互流程（Flow）

sequenceDiagram
ClientA->>Server: flip_cell(x=3,y=4,version=42)
Server->>GridEngine: check version
GridEngine->>ConflictResolver: no conflict
GridEngine->>Server: update cell
Server->>AllClients: broadcast(update)
ClientB->>Server: flag_cell(x=3,y=4,version=41)
Server->>ClientB: reject 412
ClientB->>Server: refetch()

七、数据模型（Data Schema）

八、验证指标（Metrics & KPI）

九、扩展功能（Extensions）

1. 团队积分制

   • 每次成功翻开非雷格加分；
   • 团队成员协作加成。

2. 错误容忍机制

   • 可允许一次误雷（自动救援道具）。

3. 回放分析

   • 统计“冲突热点区域”；
   • 用于协作行为分析。

4. AI 提示系统

   • 基于当前格局自动推理安全格；
   • 用于合作解谜游戏设计扩展。

5. CRDT 全同步模式

   • 替换乐观锁为向量时间戳（Vector Clock）。

十、技术选型（Tech Stack）

十一、压测与运维（Load & Ops）

监控指标：

• operation_conflict_total
• etag_mismatch_total
• snapshot_restore_total
• timer_expired_total
• operation_idempotent_hit_total

十二、设计反思与演化（Reflection & Evolution）

12.1 核心洞察

“协作扫雷”验证了多人共享状态的核心命题：

多人写入的系统中，一致性永远不是免费的。

你必须明确选择：

• 是强一致（牺牲实时性）；
• 还是最终一致（容忍差异）。

ETag / 乐观锁 是轻量化选择， CRDT / 向量时钟 是强健型选择。

12.2 技术挑战

• 操作冲突检测与回滚代价；
• 版本号同步开销；
• Redis 快照体积；
• 审计回放的时序精度。

12.3 进化方向

十三、总结

“协作扫雷”是多人协作与并发控制的交汇点。 在这里你学会：

• 处理多人同时操作；
• 保证幂等更新；
• 管理冲突与版本；
• 保持系统可重放、可恢复。

从工程角度，这是协作类平台（如 Google Docs、Miro、Minecraft、Factorio、多人建造类游戏）的底层模型。

“前一章我们学会控制真相，这一章我们学会共享真相。”

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