Unity协程(Coroutine)原理深入剖析

xiaoxiao2021-02-27  177

(原博出处:http://dsqiu.iteye.com/blog/2029701)

本文只是从Unity的角度去分析理解协程的内部运行原理,而不是从C#底层的语法实现来介绍(后续有需要再进行介绍),一共分为三部分:

                  线程(Thread)和协程(Coroutine) 

                  Unity中协程的执行原理

                        IEnumerator & Coroutine

    

线程(Thread)和协程(Coroutine)      

        D.S.Qiu觉得使用协程的作用一共有两点:1)延时(等待)一段时间执行代码;2)等某个操作完成之后再执行后面的代码。总结起来就是一句话:控制代码在特定的时机执行。

        很多初学者,都会下意识地觉得协程是异步执行的,都会觉得协程是C# 线程的替代品,是Unity不使用线程的解决方案。

        所以首先,请你牢记:协程不是线程,也不是异步执行的。协程和 MonoBehaviour 的 Update函数一样也是在MainThread中执行的。使用协程你不用考虑同步和锁的问题。

 

Unity中协程的执行原理

        UnityGems.com给出了协程的定义:

               A coroutine is a function that is executed partially and, presuming suitable conditions are met, will be resumed at some point in the future until its work is done.

        即协程是一个分部执行,遇到条件(yield return 语句)会挂起,直到条件满足才会被唤醒继续执行后面的代码。

        Unity在每一帧(Frame)都会去处理对象上的协程。Unity主要是在Update后去处理协程(检查协程的条件是否满足),但也有写特例:

        从上图的剖析就明白,协程跟Update()其实一样的,都是Unity每帧对会去处理的函数(如果有的话)。如果MonoBehaviour 是处于激活(active)状态的而且yield的条件满足,就会协程方法的后面代码。还可以发现:如果在一个对象的前期调用协程,协程会立即运行到第一个 yield return 语句处,如果是 yield return null ,就会在同一帧再次被唤醒。如果没有考虑这个细节就会出现一些奇怪的问题『1』。

        『1』注 图和结论都是从UnityGems.com 上得来的,经过下面的验证发现与实际不符,D.S.Qiu用的是Unity 4.3.4f1 进行测试的。经过测试验证,协程至少是每帧的LateUpdate()后去运行。

        下面使用 yield return new WaitForSeconds(1f); 在Start,Update 和 LateUpdate 中分别进行测试:

C#代码   using UnityEngine;   using System.Collections;      public class TestCoroutine : MonoBehaviour {          private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once       private bool isUpdateCall = false;       private bool isLateUpdateCall = false;       // Use this for initialization       void Start () {           if (!isStartCall)           {               Debug.Log("Start Call Begin");               StartCoroutine(StartCoutine());               Debug.Log("Start Call End");               isStartCall = true;           }              }       IEnumerator StartCoutine()       {                      Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");                     }       // Update is called once per frame       void Update () {           if (!isUpdateCall)           {               Debug.Log("Update Call Begin");               StartCoroutine(UpdateCoutine());               Debug.Log("Update Call End");               isUpdateCall = true;           }       }       IEnumerator UpdateCoutine()       {           Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");       }       void LateUpdate()       {           if (!isLateUpdateCall)           {               Debug.Log("LateUpdate Call Begin");               StartCoroutine(LateCoutine());               Debug.Log("LateUpdate Call End");               isLateUpdateCall = true;           }       }       IEnumerator LateCoutine()       {           Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");       }   }  

 得到日志输入结果如下:  

        然后将yield return new WaitForSeconds(1f);改为 yield return null; 发现日志输入结果和上面是一样的,没有出现上面说的情况:

C#代码   using UnityEngine;   using System.Collections;      public class TestCoroutine : MonoBehaviour {          private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once       private bool isUpdateCall = false;       private bool isLateUpdateCall = false;       // Use this for initialization       void Start () {           if (!isStartCall)           {               Debug.Log("Start Call Begin");               StartCoroutine(StartCoutine());               Debug.Log("Start Call End");               isStartCall = true;           }              }       IEnumerator StartCoutine()       {                      Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");           yield return null;           Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");                     }       // Update is called once per frame       void Update () {           if (!isUpdateCall)           {               Debug.Log("Update Call Begin");               StartCoroutine(UpdateCoutine());               Debug.Log("Update Call End");               isUpdateCall = true;           }       }       IEnumerator UpdateCoutine()       {           Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");           yield return null;           Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");       }       void LateUpdate()       {           if (!isLateUpdateCall)           {               Debug.Log("LateUpdate Call Begin");               StartCoroutine(LateCoutine());               Debug.Log("LateUpdate Call End");               isLateUpdateCall = true;           }       }       IEnumerator LateCoutine()       {           Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");           yield return null;           Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");       }   }  

        『今天意外发现Monobehaviour的函数执行顺序图,发现协程的运行确实是在LateUpdate之后,下面附上:』                                                                        增补于:03/12/2014 22:14  

        前面在介绍TaskManager工具时,说到MonoBehaviour 没有针对特定的协程提供Stop方法,其实不然,可以通过MonoBehaviour enabled = false 或者 gameObject.active = false 就可以停止协程的执行『2』。

        经过验证,『2』的结论也是错误的,正确的结论是,MonoBehaviour.enabled = false 协程会照常运行,但 gameObject.SetActive(false) 后协程却全部停止,即使在Inspector把  gameObject 激活还是没有继续执行:

C#代码   using UnityEngine;   using System.Collections;      public class TestCoroutine : MonoBehaviour {          private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once       private bool isUpdateCall = false;       private bool isLateUpdateCall = false;       // Use this for initialization       void Start () {           if (!isStartCall)           {               Debug.Log("Start Call Begin");               StartCoroutine(StartCoutine());               Debug.Log("Start Call End");               isStartCall = true;           }              }       IEnumerator StartCoutine()       {                      Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");                     }       // Update is called once per frame       void Update () {           if (!isUpdateCall)           {               Debug.Log("Update Call Begin");               StartCoroutine(UpdateCoutine());               Debug.Log("Update Call End");               isUpdateCall = true;               this.enabled = false;               //this.gameObject.SetActive(false);           }       }       IEnumerator UpdateCoutine()       {           Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");           yield return new WaitForSeconds(1f);           Debug.Log("This is Update Coroutine Call Second");       }       void LateUpdate()       {           if (!isLateUpdateCall)           {               Debug.Log("LateUpdate Call Begin");               StartCoroutine(LateCoutine());               Debug.Log("LateUpdate Call End");               isLateUpdateCall = true;              }       }       IEnumerator LateCoutine()       {           Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");           yield return null;           Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");       }   }  

 先在Update中调用 this.enabled = false; 得到的结果: 然后把 this.enabled = false; 注释掉,换成 this.gameObject.SetActive(false); 得到的结果如下:        整理得到:通过设置MonoBehaviour脚本的enabled对协程是没有影响的,但如果 gameObject.SetActive(false) 则已经启动的协程则完全停止了,即使在Inspector把gameObject 激活还是没有继续执行。也就说协程虽然是在MonoBehvaviour启动的(StartCoroutine)但是协程函数的地位完全是跟MonoBehaviour是一个层次的,不受MonoBehaviour的状态影响,但跟MonoBehaviour脚本一样受gameObject 控制,也应该是和MonoBehaviour脚本一样每帧“轮询” yield 的条件是否满足。

       

yield 后面可以有的表达式:

 

       a) null - the coroutine executes the next time that it is eligible

       b) WaitForEndOfFrame - the coroutine executes on the frame, after all of the rendering and GUI is complete

       c) WaitForFixedUpdate - causes this coroutine to execute at the next physics step, after all physics is calculated

       d) WaitForSeconds - causes the coroutine not to execute for a given game time period

       e) WWW - waits for a web request to complete (resumes as if WaitForSeconds or null)

       f) Another coroutine - in which case the new coroutine will run to completion before the yielder is resumed

值得注意的是 WaitForSeconds()受Time.timeScale影响,当Time.timeScale = 0f 时,yield return new WaitForSecond(x) 将不会满足。

 

IEnumerator & Coroutine

        协程其实就是一个IEnumerator(迭代器),IEnumerator 接口有两个方法 Current 和 MoveNext() ,前面介绍的 TaskManager 就是利用者两个方法对协程进行了管理,只有当MoveNext()返回 true时才可以访问 Current,否则会报错。迭代器方法运行到 yield return 语句时,会返回一个expression表达式并保留当前在代码中的位置。 当下次调用迭代器函数时执行从该位置重新启动。

        Unity在每帧做的工作就是:调用 协程(迭代器)MoveNext() 方法,如果返回 true ,就从当前位置继续往下执行。

 

Hijack

         这里在介绍一个协程的交叉调用类 Hijack(参见附件):

C#代码   using System;   using System.Collections.Generic;   using System.Linq;   using UnityEngine;   using System.Collections;       [RequireComponent(typeof(GUIText))]   public class Hijack : MonoBehaviour {           //This will hold the counting up coroutine       IEnumerator _countUp;       //This will hold the counting down coroutine       IEnumerator _countDown;       //This is the coroutine we are currently       //hijacking       IEnumerator _current;           //A value that will be updated by the coroutine       //that is currently running       int value = 0;           void Start()       {           //Create our count up coroutine           _countUp = CountUp();           //Create our count down coroutine           _countDown = CountDown();           //Start our own coroutine for the hijack           StartCoroutine(DoHijack());       }           void Update()       {           //Show the current value on the screen           guiText.text = value.ToString();       }           void OnGUI()       {           //Switch between the different functions           if(GUILayout.Button("Switch functions"))           {               if(_current == _countUp)                   _current = _countDown;               else                   _current = _countUp;           }       }           IEnumerator DoHijack()       {           while(true)           {               //Check if we have a current coroutine and MoveNext on it if we do               if(_current != null && _current.MoveNext())               {                   //Return whatever the coroutine yielded, so we will yield the                   //same thing                   yield return _current.Current;               }               else                   //Otherwise wait for the next frame                   yield return null;           }       }           IEnumerator CountUp()       {           //We have a local increment so the routines           //get independently faster depending on how           //long they have been active           float increment = 0;           while(true)           {               //Exit if the Q button is pressed               if(Input.GetKey(KeyCode.Q))                   break;               increment+=Time.deltaTime;               value += Mathf.RoundToInt(increment);               yield return null;           }       }           IEnumerator CountDown()       {           float increment = 0f;           while(true)           {               if(Input.GetKey(KeyCode.Q))                   break;               increment+=Time.deltaTime;               value -= Mathf.RoundToInt(increment);               //This coroutine returns a yield instruction               yield return new WaitForSeconds(0.1f);           }       }       }  

 上面的代码实现是两个协程交替调用,对有这种需求来说实在太精妙了。

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