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  • Unity应用架构设计(10)——绕不开的协程和多线程(Part 2)

    在上一回合谈到,客户端应用程序的所有操作都在主线程上进行,所以一些比较耗时的操作可以在异步线程上去进行,充分利用CPU的性能来达到程序的最佳性能。对于Unity而言,又提供了另外一种『异步』的概念,就是协程(Coroutine),通过反编译,它本质上还是在主线程上的优化手段,并不属于真正的多线程(Thread)。那么问题来了,怎样在Unity中使用多线程呢?

    Thread 初步认识

    虽然这不是什么难点,但我觉得还是有必要提一下多线程编程几个值得注意的事项:

    • 线程启动

    在Unity中创建一个异步线程是非常简单的,直接使用类System.Threading.Thread就可以创建一个线程,线程启动之后毕竟要帮我们去完成某件事情。在编程领域,这件事就可以描述了一个方法,所以需要在构造函数中传入一个方法的名称。

    Worker workerObject = new Worker();
    Thread workerThread = new Thread(workerObject.DoWork)
    workerThread.Start();
    
    • 线程终止

    线程启动很简单,那么线程终止呢,是不是调用Abort方法。不是,虽然Thread对象提供了Abort方法,但并不推荐使用它,因为它并不会马上停止,如果涉及非托管代码的调用,还需要等待非托管代码的处理结果。

    一般停止线程的方法是为线程设定一个条件变量,在线程的执行方法里设定一个循环,并以这个变量为判断条件,如果为false则跳出循环,线程结束。

    public class Worker
    {
        public void DoWork()
        {
            while (!_shouldStop)
            {
                Console.WriteLine("worker thread: working...");
            }
            Console.WriteLine("worker thread: terminating gracefully.");
        }
        public void RequestStop()
        {
            _shouldStop = true;
        }
        private volatile bool _shouldStop;
    }
    

    所以,你可以在应用程序退出(OnApplicationQuit)时,将_shouldStop设置为true来到达线程的安全退出。

    • 共享数据处理

    多线程最麻烦的一点就是共享数据的处理了,想象一下A,B两个线程同一时刻处理一个变量,它最终的值到底是什么。所以一般需要使用lock,但C#提供了另一个关键字volatile,告诉CPU不读缓存直接把最新的值返回。所以_shouldStopvolatile修饰。

    Dispatcher的引入

    是不是觉得多线程好简单,好像也没想象的那么复杂,当你愉快的在多线程中访问UI控件时,Duang~~~,一个错误告诉你,不能在异步线程访问UI控件。这是肯定的,跨线程访问UI控件是不安全的,理应被禁止。那怎么办呢?

    如果你有其他客户端的开发经验,比如iOS或者WPF经验,肯定知道Dispatcher。Dispatcher翻译过来就是调度员的意思,简单理解就是每个线程都有唯一的调度员,那么主线程就有主线程的调度员,实际上我们的代码最终也是交给调度员去执行,所以要去访问UI线程上的控件,我们可以间接的向调度员发出命令。

    所以在WPF中,跨线程访问UI控件一般的写法如下:

    Thread thread=new Thread(()=>{
    	this.Dispatcher.Invoke(()=>{
            //UI
    		this.textBox.text=...
    		this.progressBar.value=...
        });
    });
    

    嗯~ o( ̄▽ ̄)o,不错,但尴尬的是Unity没有提供Dispatcher啊!

    对,但我们可以自己实现,把握住几个关键点:

    • 自己的Dispatcher一定是一个MonoBehaviour,因为访问UI控件需要在主线程上
    • 什么时候去更新呢,考虑生产者-消费者模式,有任务来了,我就是更新到UI上
    • 在Unity中有这么个方法可以轮询是不是有任务要更新,那就是Update方法,每一帧会执行

    所以自定义的UnityDispatcher提供一个BeginInvoke方法,并接送一个Action

    public void BeginInvoke(Action action){
    	while (true) {
    		//以原子操作的形式,将 32 位有符号整数设置为指定的值并返回原始值。
    		if (0 == Interlocked.Exchange (ref _lock, 1)) {
    			//acquire lock
    			_wait.Enqueue(action);
    			_run = true;
    			//exist
    			Interlocked.Exchange (ref _lock,0);
    			break;
    		}
    			
    	}
    		
    }
    

    这是一个生产者,向队列里添加需要处理的Action。有了生产者之后,还需要消费者,Unity中的Update就是一个消费者,每一帧都会执行,所以如果队列里有任务,它就执行

     void Update(){
    
    	if (_run) {
    		Queue<Action> execute = null;
    		//主线程不推荐使用lock关键字,防止block 线程,以至于deadlock
    		if (0 == Interlocked.Exchange (ref _lock, 1)) {
    		
    			execute = new Queue<Action>(_wait.Count);
    
    			while(_wait.Count!=0){
    
    				Action action = _wait.Dequeue ();
    				execute.Enqueue (action);
    
    			}
    			//finished
    			_run=false;
    			//release
    			Interlocked.Exchange (ref _lock,0);
    		}
    		//not block
    		if (execute != null) {
    		
    			while (execute.Count != 0) {
    			
    				Action action = execute.Dequeue ();
    				action ();
    			}
    		}
    	
    	}
    }
    

    值得注意的是,Queue不是线程安全的,所以需要锁,我使用了Interlocked.Exchange,好处是它以原子的操作来执行并且还不会阻塞线程,因为主线程本身任务繁重,所以我不推荐使用lock

    Coroutine和MultiThreading混合使用

    到目前为止,相信你对CoroutineThread有清楚的认识,但它们并不是互斥的,可以混合使用,比如Coroutine等待异步线程返回结果,假设异步线程里执行的是非常复杂的AI操作,这显然放在主线程会非常繁重。

    由于篇幅有限,我不贴完整代码了,只分析其中最核心思路:
    Thread中有一个WaitFor方法,它每一帧都会询问异步任务是否完成:

    public bool Update(){
    	if(_isDown){
    		OnFinished ();
    		return true;
    
    	}
    	return false;
    }
    public IEnumerator WaitFor(){
    	while(!Update()){
    		//暂停协同程序,下一帧再继续往下执行
    		yield return null;
    	}
    }
    

    那么在某一个UI线程中,等待异步线程的结果,注意利用StartCouroutine,此等待并非阻塞线程,相信你已经它内部的机制了。

    void Start(){
    
        Debug.Log("Main Thread :"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+" work!");
        StartCoroutine (Move());
    }
    
    IEnumerator Move()
    {
        pinkRect.transform.DOLocalMoveX(250, 1.0f);
        yield return new WaitForSeconds(1);
        pinkRect.transform.DOLocalMoveY(-150, 2);
        yield return new WaitForSeconds(2);
        //AI操作,陷入深思,在异步线程执行,GreenRect不会卡顿
        job.Start();
        yield return StartCoroutine (job.WaitFor());
        pinkRect.transform.DOLocalMoveY(150, 2);
    
    }
    

    小结

    这两篇文章为大家介绍了怎样在Unity中使用协程和多线程,多线程其实不难,但同步数据是最麻烦的。Coroutine实际上就是IEnumeratoryield这两个语法糖让我们很难理解其中的奥秘,推荐使用反编译工具去查看,相信你会豁然开朗。
    源代码托管在Github上,点击此了解

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    8.装饰模式(Decorator Pattern)
    7.桥接模式(Bridge Pattern)
    6.适配器模式(Adapter Pattern)
    5.原型模式(Prototype)
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/OceanEyes/p/coroutine_vs_multithreading_part2.html
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