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UE4多线程概述

为了提升游戏的运行帧率，减少卡顿，UE4中使用了大量的线程来提升游戏的并发程度，来释放GamePlay游戏线程的压力。

具体包括：

① 将渲染的应用程序阶段的工作放在RenderThread中

② 将渲染命令提交放在RHIThread中

③ 将Actor及ActorComponent的Tick、GC Mark等放到TaskGraph中并行化

④ GC Sweep的内存释放逻辑放在FAsyncPurge线程中

⑤ 资源放到AsyncLoading线程中异步加载

⑥ 物理模拟会在PhysX内部的线程中计算

⑦ 声音放在AudioThread线程中

⑧ Stat统计数据的收集放到StatThread线程中

⑨ 在FAsyncWriter线程中写log到文件

#include "CoreMinimal.h"

DEFINE_LOG_CATEGORY_STATIC(TestLog, Log, All);

IMPLEMENT_SIMPLE_AUTOMATION_TEST(FMultiThreadTest, "MyTest1.PublicTest.MultiThreadTest", EAutomationTestFlags::EditorContext | EAutomationTestFlags::EngineFilter)  // 可被Automation System识别


class FTest1Runable : public FRunnable
{
public:
    FTest1Runable(int32 index)
    {
        ThreadIndex = index;
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Contruct: ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
    }

    virtual ~FTest1Runable() override
    {
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Destruct: ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
    }

    virtual bool Init() override   // 线程创建后，执行初始化工作   【在线程上执行】
    {
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Init: ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
        return true;
    }
    virtual uint32 Run() override   // 放置线程运行的代码   【在线程上执行】
    {
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Run: 111 ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
        
        // FPlatformProcess::Sleep(xx)可让当前线程Suspend xx秒   注：其他线程不受影响
        switch (ThreadIndex)
        {
        case 0:
            FPlatformProcess::Sleep(20.0f);
        default:
            FPlatformProcess::Sleep(1.0f);
            break;
        }
        
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Run: 222 ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
        FPlatformProcess::Sleep(2.0f);
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Run: 333 ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
        return 0;
    }
    virtual void Stop() override
    {
    }

    virtual void Exit() override   // 线程退出之前，进行清理工作   【在线程上执行】
    {
        UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("FTest1Runable Exit: ThreadIndex:%d tid:0x%x FrameIndex:%llu"), ThreadIndex, FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
    }

private:
    int32 ThreadIndex;
};


bool FMultiThreadTest::RunTest(const FString& Parameters)
{
    UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("RunTest Begin tid:0x%x FrameIndex:%llu"), FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);

    // 调用FRunnableThread::Create来创建一个线程
    FRunnableThread* Test1Thread0 = FRunnableThread::Create(new FTest1Runable(0), TEXT("Test1Thread0"));  // Test1Thread0为线程名
    FRunnableThread* Test1Thread1 = FRunnableThread::Create(new FTest1Runable(1), TEXT("Test1Thread1"));
    FRunnableThread* Test1Thread2 = FRunnableThread::Create(new FTest1Runable(2), TEXT("Test1Thread2"));

    UE_LOG(TestLog, Log, TEXT("RunTest End tid:0x%x FrameIndex:%llu"), FPlatformTLS::GetCurrentThreadId(), GFrameCounter);
    return true;
}

Automation System（自动化测试系统）菜单：Window -- Developer Tools -- Session Frontend

执行流程解释如下：

// 游戏线程 ID：0xe08     Test1Thread0 ID: 0xa67c     Test1Thread1 ID: 0x7104     Test1Thread2 ID: 0xb294

// 在第6390帧  游戏线程调用FRunnableThread::Create创造出Test1Thread0、Test1Thread1、Test1Thread2
//            各个线程被创建出来后，在自己的线程中立即调用了Init和Run方法
[2020.09.28-07.11.59:411][390]TestLog: RunTest Begin tid:0xe08 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:411][390]TestLog: FTest1Runable Contruct: ThreadIndex:0 tid:0xe08 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:412][390]TestLog: FTest1Runable Init: ThreadIndex:0 tid:0xa67c FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:412][390]TestLog: FTest1Runable Run: 111 ThreadIndex:0 tid:0xa67c FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:412][390]TestLog: FTest1Runable Contruct: ThreadIndex:1 tid:0xe08 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: FTest1Runable Init: ThreadIndex:1 tid:0x7104 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: FTest1Runable Run: 111 ThreadIndex:1 tid:0x7104 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: FTest1Runable Contruct: ThreadIndex:2 tid:0xe08 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: FTest1Runable Init: ThreadIndex:2 tid:0xb294 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: FTest1Runable Run: 111 ThreadIndex:2 tid:0xb294 FrameIndex:6390
[2020.09.28-07.11.59:413][390]TestLog: RunTest End tid:0xe08 FrameIndex:6390

// 在第6474帧
// 过了1s，线程Test1Thread1、Test1Thread2执行到Run 222处
[2020.09.28-07.12.00:418][475]TestLog: FTest1Runable Run: 222 ThreadIndex:1 tid:0x7104 FrameIndex:6474
[2020.09.28-07.12.00:418][475]TestLog: FTest1Runable Run: 222 ThreadIndex:2 tid:0xb294 FrameIndex:6474


// 在第6690帧
// 再过了2s，线程Test1Thread1、Test1Thread2退出Run函数，并调用Exit函数，线程的生命周期结束
[2020.09.28-07.12.02:416][691]TestLog: FTest1Runable Run: 333 ThreadIndex:2 tid:0xb294 FrameIndex:6690
[2020.09.28-07.12.02:416][691]TestLog: FTest1Runable Exit: ThreadIndex:2 tid:0xb294 FrameIndex:6690
[2020.09.28-07.12.02:416][691]TestLog: FTest1Runable Run: 333 ThreadIndex:1 tid:0x7104 FrameIndex:6690
[2020.09.28-07.12.02:416][691]TestLog: FTest1Runable Exit: ThreadIndex:1 tid:0x7104 FrameIndex:6690

// 在第8832帧
// 过了10s，线程Test1Thread0执行到Run 222处
[2020.09.28-07.12.20:419][833]TestLog: FTest1Runable Run: 222 ThreadIndex:0 tid:0xa67c FrameIndex:8832

// 在第9072帧
// 再过了2s，线程Test1Thread0退出Run函数，并调用Exit函数，线程的生命周期结束
[2020.09.28-07.12.22:419][ 73]TestLog: FTest1Runable Run: 333 ThreadIndex:0 tid:0xa67c FrameIndex:9072
[2020.09.28-07.12.22:419][ 73]TestLog: FTest1Runable Exit: ThreadIndex:0 tid:0xa67c FrameIndex:9072

如果想在单线程运行模式下（带上-nothreading参数），以假线程FFakeThread的方式在游戏线程上来模拟执行的话，需要从FSingleThreadRunnable派生，并实现其GetSingleThreadInterface接口中返回当前this指针

class FStatsThread
    : public FRunnable
    , private FSingleThreadRunnable
{
// ... ...
public:
    virtual FSingleThreadRunnable* GetSingleThreadInterface() override
    {
        return this;
    }
};

1. FRunnable是线程可执行实体，其Run()函数为线程函数。Run()函数执行完，线程的生命周期也将结束

2. FRunnableThread是所有线程的基类，FRunnable为其成员变量

3. FRunnableThread相当于一个“外壳”，根据平台会创建出属于那个平台的线程。而FRunnable是“核”，定义了这个线程具体要做什么

4. FThreadManager是全局的线程管理单例（通过静态函数FThreadManager::Get()得到单例），可获取到当前运行的所有线程

5. FRunnableThreadWin用于windows平台，FRunnableThreadPThread（对pthread的封装）用于Android、iOS、Mac、Linux等平台

6. FFakeThread用于单线程运行模式下（带上-onethread参数），以假线程的方式在游戏线程上来模拟执行

7. FRunnableThread相关函数

const uint32 GetThreadID() const; // 线程ID，唯一

const FString & GetThreadName() const; // 线程名称可重复

EThreadPriority GetThreadPriority(); // 获取线程的优先级

void SetThreadPriority( EThreadPriority NewPriority ); // 设置线程的优先级

void Suspend( bool bShouldPause = true ); // bShouldPause为true时，pause线程；bShouldPause为false时，resume线程

void WaitForCompletion(); // 阻塞并等待当前线程执行完毕

bool Kill( bool bShouldWait = true ); // 会先执行 runnable 对象的Stop函数,然后根据 bShouldWait 参数决定是否等待线程执行完毕。如果不等待，则强制杀死线程，可能会造成内存泄漏

线程	平台	解释
主线程	All	windows：为游戏线程线程函数为：LaunchWindows.cpp下的WinMain函数 Android：线程名为MainThread-UE4 使用java代码来处理主消息循环 Splash Activity：EngineBuildAndroidJavasrccomepicgamesue4SplashActivity.java 游戏Activity：EngineBuildAndroidJavasrccomepicgamesue4GameActivity.java.template iOS：线程名为Thread <n> 如：Thead 1 线程函数为LaunchIOS.cpp下的main函数
游戏线程（消耗高）	All	Windows：线程名为Main Thread 线程函数为：LaunchWindows.cpp下的WinMain函数 Android：线程名为Thread-<n> 如：Thread-3 线程函数为LaunchAndroid.cpp下的android_main函数 iOS：线程名为Thread <n> 如：Thread 5 线程函数为IOSAppDelegate.cpp下的MainAppThread函数线程id：uint32 GGameThreadId 会被加入到TaskGraph系统中:FTaskGraphInterface::Get().AttachToThread(ENamedThreads::GameThread) bool IsInGameThread();
渲染线程（消耗高） class FRenderingThread : public FRunnable 线程函数：RenderingThreadMain	All	线程名：RenderThread 1 -norenderthread参数可在启动时强制不开启RenderThread 注：开启-norenderthread参数时，最好是带上-NoLoadingScreen来禁掉loadingscreen，要不然会出现崩溃可用ToggleRenderingThread控制台命令来创建和销毁RenderThread 销毁RenderThread时，渲染相关的逻辑会放回到游戏线程中渲染线程的创建逻辑在void StartRenderingThread()函数中销毁逻辑在void StopRenderingThread()函数中线程id：uint32 GRenderThreadId FRunnableThread* GRenderingThread; 会被加入到TaskGraph系统中:FTaskGraphInterface::Get().AttachToThread(RenderThread) bool GUseThreadedRendering; // 是否使用独立线程来渲染 bool GIsThreadedRendering; // 渲染是否在独立的线程中运行 TAtomic<int32> GIsRenderingThreadSuspended; // 渲染线程是否暂停 TAtomic<int32> GSuspendRenderingTickables; // rendering tickables是否应该更新 flush时应暂停更新 bool IsInActualRenderingThread(); // 渲染线程存在，且当前线程为渲染线程 bool IsInRenderingThread() bool IsInParallelRenderingThread();
RHI线程 class FRHIThread : public FRunnable	All	使用独立的渲染线程时，会根据情况来决定是否创建该线程当渲染线程销毁时，该线程也会销毁，RHI执行的逻辑会放回游戏线程中 -rhithread参数时（缺省），由各个平台来决定启动时是否开启RHI线程对应bool GRHISupportsRHIThread变量，具体情况如下： DX11缺省不开启，可以通过#define EXPERIMENTAL_D3D11_RHITHREAD 1来缺省开启 DX12在非Editor模式下默认开启 OpenGL根据FeatureLevel和r.OpenGL.AllowRHIThread的值来决定是否缺省开启 r.OpenGL.AllowRHIThread 0 // 不使用RHI线程 r.OpenGL.AllowRHIThread 1 // 使用RHI线程（缺省） Vulklan缺省开启1个RHI线程 r.Vulkan.RHIThread 0 // 不使用RHI线程 r.Vulkan.RHIThread 1 // 使用1个RHI线程（缺省） r.Vulkan.RHIThread 2 // 使用多个RHI线程 Metal会根据显卡芯片版本和r.Metal.IOSRHIThread的值来决定是否缺省开启 r.Metal.IOSRHIThread 0 // 不使用RHI线程（缺省） r.Metal.IOSRHIThread 1 // 使用1个RHI线程 -norhithread参数会在启动时强制不开启rhi线程如果不开启rhi线程，rhi的逻辑会跑在RenderingThread线程中在pc环境的运行时，可用r.RHIThread.Enable 0控制台命令切到这种方式来跑线程id：uint32 GRHIThreadId FRunnableThread* GRHIThread_InternalUseOnly 会被加入到TaskGraph系统中:FTaskGraphInterface::Get().AttachToThread(ENamedThreads::RHIThread) // 创建独立的RHIThread，放加入到TaskGraph中，RHI会跑在TaskGraph的RHIThread上 // 在pc环境的运行时，可用r.RHIThread.Enable 1控制台命令切到这种方式来跑 bool GUseRHIThread_InternalUseOnly; // 在pc环境的运行时，可用r.RHIThread.Enable 2控制台命令切到这种方式来跑 bool GUseRHITaskThreads_InternalUseOnly; // TaskGraph中使用Any Thread来跑 // GUseRHIThread_InternalUseOnly为true，且正在运行时，该值为true bool GIsRunningRHIInDedicatedThread_InternalUseOnly; --》bool IsRunningRHIInDedicatedThread() // GUseRHITaskThreads_InternalUseOnly为true，且正在运行时，该值为true bool GIsRunningRHIInTaskThread_InternalUseOnly; --》bool IsRunningRHIInTaskThread() // GUseRHIThread_InternalUseOnly或GUseRHITaskThreads_InternalUseOnly为true，且正在运行时，该值为true bool GIsRunningRHIInSeparateThread_InternalUseOnly; --》bool IsRunningRHIInSeparateThread() bool IsInRHIThread();
RenderingThread心跳监视线程 class FRenderingThreadTickHeartbeat : public FRunnable	All	线程名：RTHeartBeat 1 负责执行rendering thread tickables 使用独立的渲染线程时，才会创建该线程，来执行void TickRenderingTickables() 当渲染线程销毁时，该线程也会销毁，TickRenderingTickables会放回游戏线程中来执行 TAtomic<bool> GRunRenderingThreadHeartbeat // 是否使用RenderingThread心跳监视线程 // 当使用独立线程来渲染时，会被设置成true；独立渲染线程停止时，会被设置成false float GRenderingThreadMaxIdleTickFrequency = 40.f; // tick频率值越大tick次数越多，性能越差
线程池线程 class FQueuedThread : public FRunnable	All	线程名：PoolThread 0 ... PoolThread <n> // Global thread pool for shared async operations extern CORE_API FQueuedThreadPool* GThreadPool; extern CORE_API FQueuedThreadPool* GIOThreadPool; extern CORE_API FQueuedThreadPool* GBackgroundPriorityThreadPool; #if WITH_EDITOR extern CORE_API FQueuedThreadPool* GLargeThreadPool; #endif
TaskGraph线程（消耗高） class FTaskThreadAnyThread : public FTaskThreadBase 注：class FTaskThreadBase : public FRunnable, FSingleThreadRunnable	All	线程名：TaskGraphThreadHP 0 ... TaskGraphThreadHP <n> TaskGraphThreadNP 0 ... TaskGraphThreadNP <n> TaskGraphThreadBP 0 ... TaskGraphThreadBP <n> 进程优先级：HP > NP > BP TaskGraph只在最开始构造函数中创建所有的线程，调用栈如下： UE4Editor-Core-Win64-Debug.dll!FTaskGraphImplementation::FTaskGraphImplementation(int __formal) Line 1158 UE4Editor-Core-Win64-Debug.dll!FTaskGraphInterface::Startup(int NumThreads) Line 1692 UE4Editor-Win64-Debug.exe!FEngineLoop::PreInitPreStartupScreen(const wchar_t * CmdLine) Line 2052 UE4Editor-Win64-Debug.exe!FEngineLoop::PreInit(const wchar_t * CmdLine) Line 3606 UE4Editor-Win64-Debug.exe!EnginePreInit(const wchar_t * CmdLine) UE4Editor-Win64-Debug.exe!GuardedMain(const wchar_t * CmdLine) UE4Editor-Win64-Debug.exe!WinMain(HINSTANCE__ * hInInstance, HINSTANCE__ * hPrevInstance, char * __formal, int nCmdShow) Line 257
AudioThread线程（消耗较高） class FAudioThread : public FRunnable 线程函数：AudioThreadMain	All	线程名：AudioThread 会被加入到TaskGraph系统中:FTaskGraphInterface::Get().AttachToThread(ENamedThreads::AudioThread) bool IsInAudioThread();
AudioMixerRenderThread线程（消耗高） class IAudioMixerPlatformInterface : public FRunnable, public FSingleThreadRunnable, public IAudioMixerDeviceChangedLister	All	线程名：AudioMixerRenderThread
class FAsyncLoadingThread final : public FRunnable, public IAsyncPackageLoader	All	在EDL（EventDrivenLoader）模式下，是不开启该独立线程的，在主线程中Loading bool GEventDrivenLoaderEnabled为ture时为EDL模式编辑器、standalone非cook版本为EDL模式，没有该线程 Android、IOS等cook版本为Async模式，会开启该线程 bool IsInAsyncLoadingThread(); --》bool IsInAsyncLoadingThreadCoreUObjectInternal() bool IsAsyncLoading(); --》bool IsAsyncLoadingCoreUObjectInternal() void SuspendAsyncLoading(); --》void SuspendAsyncLoadingInternal() void ResumeAsyncLoading(); --》void ResumeAsyncLoadingInternal() bool IsAsyncLoadingSuspended(); --》bool IsAsyncLoadingSuspendedInternal() bool IsAsyncLoadingMultithreaded(); --》bool IsAsyncLoadingMultithreadedCoreUObjectInternal()
class FAsyncLoadingThread2 final : public FRunnable, public IAsyncPackageLoader		暂时没用
class FAsyncLoadingThreadWorker : private FRunnable		暂时没用
防屏保线程 class FScreenSaverInhibitor : public FRunnable	桌面平台宏PLATFORM_DESKTOP为1 Windows、Linux、Mac	线程名：ScreenSaverInhibitor
StatsThread线程（消耗高） class FStatsThread : public FRunnable, FSingleThreadRunnable	All	线程名：StatsThread 会被加入到TaskGraph系统中:FTaskGraphInterface::Get().AttachToThread(ENamedThreads::StatsThread)
FMediaTicker线程 class FMediaTicker : public FRunnable , public IMediaTicker	All	线程名：FMediaTicker
class FAsyncPurge : public FRunnable	All	extern int32 GMultithreadedDestructionEnabled; [/Script/Engine.GarbageCollectionSettings] gc.MultithreadedDestructionEnabled=True // 通过这个控制台命令来开启多线程GC清理
class FSlateLoadingThreadTask : public FRunnable	All	线程名：SlateLoadingThread1 LoadingScreen播放视频或Slate UI bool IsInSlateThread();
class FPreLoadScreenSlateThreadTask : public FRunnable	All	线程名：SlateLoadingThread1 引擎初始化播放视频 bool IsInSlateThread();
template<typename ResultType> class TAsyncRunnable : public FRunnable	All	TAsync 0
class FAsyncWriter : public FRunnable, public FArchive	All	FAsyncWriter_UAGame 见：OutputDeviceFile.cpp的FAsyncWriter::Run() 异步写log到文件
class FOnlineAsyncTaskManager : public FRunnable, FSingleThreadRunnable	All	OnlineAsyncTaskThreadNull DefaultInstance(1)
class FLwsWebSocketsManager: public IWebSocketsManager, public FRunnable, public FSingleThreadRunnable	All	LibwebsocketsThread
class FHttpThread : FRunnable, FSingleThreadRunnable	All	HttpManagerThread
class FMessageRouter : public FRunnable, private FSingleThreadRunnable	All	FMessageBus.DefaultBus.Router
class FLiveLinkMessageBusDiscoveryManager : FRunnable	All	LiveLinkMessageBusDiscoveryManager
class FFileTransferRunnable : public FRunnable	All	FFileTransferRunnable
class TcpConsoleListener : FRunnable	iOS
class FTcpListener : public FRunnable	iOS
@implementation FIOSFramePacer -(void)run:(id)param	iOS
windows平台Splash线程	windows	线程函数：StartSplashScreenThread
TraceLog	windows	windows：线程名为TraceLog；WindowsTrace.cpp下ThreadCreate函数 Android：线程名为bundle id；AndroidTrace.cpp下ThreadCreate函数 IOS：线程名为Thread <n>；AppleTrace.cpp下ThreadCreate函数
windows平台崩溃监视线程	windows	线程函数：CrashReportingThreadProc
Shader编译线程 class FShaderCompileThreadRunnableBase : public FRunnable	编辑器	线程名：ShaderCompilingThread 拉起ShaderCompileWorker.exe进程进行shader编译
DistanceField构建线程 class FBuildDistanceFieldThreadRunnable : public FRunnable	编辑器
class FAssetDataDiscovery : public FRunnable	编辑器	用于发现文件线程名：FAssetDataDiscovery
class FAssetDataGatherer : public FRunnable	编辑器	从FAssetRegistry文件列表中搜集Asset数据线程名：FAssetDataGatherer
class FVirtualTextureDCCCacheCleanup final : public FRunnable	编辑器	线程名：FVirtualTextureDCCCacheCleanup
class FDDCCleanup : public FRunnable	编辑器	线程名：FDDCCleanup
Wwise编辑器连接线程 class FAkWaapiClientConnectionHandler : public FRunnable	编辑器或windows、mac下的非shipping版本	线程名：WAAPIClientConnectionThread1

在Android局内时抓的一个ue4stats文件中，里面统计的线程如下：

参考

【UE4源代码观察】观察UE4的线程使用

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原文地址：https://www.cnblogs.com/kekec/p/13732486.html