زبان اصلی برنامه‌نویسی: جاوا (Java)

بخش عمده و هسته اصلی ماینکرافت، به ویژه Minecraft: Java Edition، با زبان برنامه‌نویسی جاوا (Java) نوشته شده است. انتخاب جاوا توسط مارکوس "ناچ" پرسون (خالق بازی) در سال‌های اولیه توسعه (2009) به دلایل متعددی منطقی بود:

1. قابلیت چند سکویی (Cross-Platform Compatibility): یکی از بزرگترین مزایای جاوا، قابلیت "یک بار بنویس و همه جا اجرا کن" (Write Once, Run Anywhere - WORA) است. این ویژگی به ماینکرافت اجازه داد تا بدون نیاز به بازنویسی کد برای هر سیستم‌عامل، روی ویندوز، macOS و لینوکس اجرا شود، که در زمان خود یک مزیت رقابتی بزرگ محسوب می‌شد.

2. ماشین مجازی جاوا (JVM): برنامه‌های جاوا روی ماشین مجازی جاوا (JVM) اجرا می‌شوند. JVM وظیفه ترجمه کد بایت جاوا به دستورات قابل فهم برای پردازنده را بر عهده دارد. این لایه انتزاعی، استقلال از پلتفرم را تضمین می‌کند.

3. کتابخانه‌ها و اکوسیستم: جاوا دارای یک اکوسیستم بسیار بزرگ و غنی از کتابخانه‌ها و ابزارهاست که توسعه را تسهیل می‌کند.

4. سهولت نسبی یادگیری: در مقایسه با زبان‌های سطح پایین‌تر مانند C++، جاوا از نظر سینتکسی ساده‌تر و مدیریت حافظه آن (توسط Garbage Collector) خودکار است که سرعت توسعه را افزایش می‌دهد.

این انتخاب جاوا، به جامعه مودینگ (Modding) ماینکرافت نیز کمک شایانی کرد. از آنجایی که مودها نیز با جاوا نوشته می‌شوند، توسعه‌دهندگان می‌توانستند به راحتی با کد بازی تعامل داشته باشند و آن را تغییر دهند.

نسخه‌های دیگر و زبان‌های مکمل

در حالی که جاوا هسته اصلی Java Edition است، مایکروسافت با خرید ماینکرافت، نسخه‌های دیگری از بازی را نیز توسعه داده است که از زبان‌های برنامه‌نویسی متفاوتی استفاده می‌کنند:

• Minecraft: Bedrock Edition: این نسخه که روی ویندوز 10، موبایل (iOS/Android)، کنسول‌ها (Xbox, PlayStation, Switch) و حتی واقعیت مجازی در دسترس است، به طور کامل با زبان C++ بازنویسی شده است. هدف از این بازنویسی، بهبود عملکرد، بهینه‌سازی برای دستگاه‌های مختلف و ایجاد یک کدبیس واحد برای پلتفرم‌های متنوع بود. C++ به دلیل کنترل دقیق بر منابع سیستم و عملکرد بالا، انتخاب مناسبی برای این هدف بود.

• Minecraft Dungeons و Minecraft Legends: این بازی‌های فرعی که در دنیای ماینکرافت اتفاق می‌افتند، نیز با زبان C++ توسعه یافته‌اند، که نشان‌دهنده تمایل مایکروسافت به استفاده از این زبان برای بازی‌های عملکرد-محور است.

مدیریت داده‌ها و ذخیره‌سازی: پایگاه داده چیست؟

ماینکرافت به معنای سنتی از یک "پایگاه داده رابطه‌ای" مانند SQL Server یا MySQL استفاده نمی‌کند. دلیل اصلی این امر این است که داده‌های بازی (مانند بلوک‌ها، موجودیت‌ها، وضعیت جهان) بسیار حجیم، پویا و با ساختار سلسله‌مراتبی هستند که برای یک پایگاه داده رابطه‌ای سنتی بهینه نیستند. در عوض، ماینکرافت از سیستم‌های ذخیره‌سازی فایل مبتنی بر ساختار داده‌های خاص خود استفاده می‌کند:

1. فرمت Anvil برای ذخیره‌سازی جهان (World Saving)

Anvil فرمت اصلی ذخیره‌سازی جهان در Minecraft: Java Edition است که از نسخه 1.2 به بعد معرفی شد. جهان ماینکرافت به chunks (چانک‌ها، قطعات 16x256x16 بلوکی) تقسیم می‌شود. این چانک‌ها در فایل‌های .mca (Minecraft Anvil) ذخیره می‌شوند.

• هر فایل .mca شامل یک ناحیه (region) به ابعاد 32x32 چانک (که معادل 512x512 بلوک افقی است) می‌باشد.

• اطلاعات مربوط به هر چانک (موقعیت بلوک‌ها، نور، ارتفاعات، بیوم‌ها، موجودیت‌ها و داده‌های کاشی‌ها) به صورت فشرده (با استفاده از zlib) درون این فایل‌ها ذخیره می‌شوند.

• داده‌ها به فرمت NBT (Named Binary Tag) ذخیره می‌شوند. NBT یک فرمت داده سلسله‌مراتبی و باینری است که توسط Mojang طراحی شده و برای ذخیره‌سازی ساختارمند داده‌های بازی بسیار کارآمد است. این فرمت شبیه به JSON یا XML است اما به صورت باینری ذخیره می‌شود تا حجم و سرعت خواندن/نوشتن بهینه‌سازی شود.

2. فایل‌های Playerdata (.dat)

اطلاعات مربوط به هر بازیکن (مانند موجودی، موقعیت، امتیاز، پیشرفت‌ها و آمار) به صورت فایل‌های جداگانه .dat در پوشه playerdata جهان ذخیره می‌شوند. این فایل‌ها نیز از فرمت NBT استفاده می‌کنند.

3. فایل‌های level.dat

این فایل شامل متادیتای کلی جهان مانند نام جهان، حالت بازی، سطح سختی، زمان بازی، و بذر (seed) جهان است. این فایل نیز از فرمت NBT بهره می‌برد.

4. پایگاه داده برای Minecraft: Bedrock Edition

در Minecraft: Bedrock Edition، روش ذخیره‌سازی داده‌ها کمی متفاوت است و از یک پایگاه داده LevelDB (یا در برخی موارد RocksDB) استفاده می‌شود. LevelDB یک پایگاه داده NoSQL از نوع Key-Value است که توسط گوگل توسعه یافته و برای ذخیره‌سازی حجم عظیمی از داده‌های ساختارمند و غیرساختارمند به صورت کارآمد طراحی شده است. این انتخاب به Bedrock Edition کمک می‌کند تا عملکرد بهتری روی پلتفرم‌های مختلف با منابع محدودتر داشته باشد.

معماری کلی بازی

معماری ماینکرافت، به ویژه در نسخه جاوا، را می‌توان به صورت زیر دسته‌بندی کرد:

1. موتور بازی (Game Engine): ماینکرافت از یک موتور بازی سفارشی استفاده می‌کند که توسط Mojang توسعه یافته است. این موتور مسئول رندرینگ گرافیک (با استفاده از OpenGL در Java Edition)، مدیریت فیزیک بازی، تشخیص برخوردها، مدیریت رویدادها و به‌روزرسانی وضعیت جهان است.

2. سیستم چانک (Chunk System): همانطور که ذکر شد، جهان به چانک‌ها تقسیم می‌شود. این رویکرد به بازی اجازه می‌دهد تا تنها بخش‌های فعال و نزدیک به بازیکن را در حافظه نگه دارد و بقیه را از روی دیسک بارگذاری یا ذخیره کند. این کار مدیریت حافظه را بهینه کرده و امکان وجود دنیاهای بسیار بزرگ را فراهم می‌کند.

3. مدیریت موجودیت‌ها (Entity Management): هر موجودیت در بازی (بازیکنان، حیوانات، هیولاها، آیتم‌های رها شده) یک Object در کد جاوا است که دارای ویژگی‌ها (موقعیت، سلامت، موجودی) و رفتارهای خاص خود است.

4. سیستم ردستون (Redstone System): این یک سیستم منطقی پیچیده درون بازی است که به بازیکنان اجازه می‌دهد مدارهای الکتریکی مجازی بسازند. پیاده‌سازی این سیستم در کد بازی شامل منطق انتشار سیگنال، قدرت سیگنال و پاسخ بلوک‌ها به آن است.

5. مدل برنامه‌نویسی رویدادمحور (Event-Driven Programming): ماینکرافت از یک مدل رویدادمحور استفاده می‌کند. وقتی اتفاقی در بازی می‌افتد (مثلاً بازیکن روی یک بلوک کلیک می‌کند، یک موجودیت آسیب می‌بیند)، یک رویداد (Event) ایجاد می‌شود. بخش‌های مختلف بازی یا مودها می‌توانند به این رویدادها گوش دهند و واکنش مناسب نشان دهند.

6. مدل کلاینت-سرور (Client-Server Model):

   • Single-player (تک نفره): حتی در حالت تک نفره، ماینکرافت یک سرور داخلی را در پس‌زمینه اجرا می‌کند. این سرور مسئول حفظ وضعیت جهان، اجرای قوانین بازی و پردازش منطق آن است، در حالی که کلاینت (رابط کاربری گرافیکی) فقط برای رندر کردن جهان و دریافت ورودی‌های بازیکن استفاده می‌شود.

   • Multiplayer (چند نفره): در حالت چند نفره، سرور بازی به صورت جداگانه اجرا می‌شود (روی یک کامپیوتر یا سرور اختصاصی) و چندین کلاینت به آن متصل می‌شوند. سرور وضعیت جهان را همگام‌سازی می‌کند و تمام تعاملات بین بازیکنان و محیط را مدیریت می‌کند.

امنیت و احراز هویت

ماینکرافت از سیستم احراز هویت مبتنی بر حساب کاربری استفاده می‌کند. بازیکنان باید با حساب Microsoft/Mojang خود وارد شوند. این فرآیند توسط سرورهای احراز هویت بازی مدیریت می‌شود تا از قانونی بودن نسخه‌های بازی و حساب‌های کاربری اطمینان حاصل شود.

نتیجه‌گیری

ماینکرافت، در قلب خود، یک سیستم نرم‌افزاری پیچیده و در عین حال هوشمندانه طراحی شده است. انتخاب جاوا برای نسخه اصلی آن، با تمرکز بر قابلیت چند سکویی و اکوسیستم غنی، یک تصمیم استراتژیک موفق بود که به محبوبیت جهانی آن کمک کرد. استفاده از فرمت‌های ذخیره‌سازی داده سفارشی مانند Anvil و NBT (و LevelDB در Bedrock Edition) نشان‌دهنده نیاز به یک راه‌حل بهینه برای مدیریت حجم عظیم داده‌های بلوکی و پویا است.

درک این جنبه‌های فنی نه تنها کنجکاوی ما را برطرف می‌کند، بلکه بینشی عمیق‌تر در مورد چگونگی ساخت چنین بازی عظیمی ارائه می‌دهد. این دانش همچنین برای هر کسی که می‌خواهد به دنیای مودینگ، توسعه پلاگین یا حتی ساخت بازی‌های مشابه وارد شود، حیاتی است. ماینکرافت واقعاً گواهی بر قدرت برنامه‌نویسی و مهندسی خلاق است که دنیایی بی‌حد و حصر را در دسترس میلیاردها نفر قرار داده است.