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    Unity协程（Coroutine）原理深入剖析

     By D.S.Qiu

    尊重他人的劳动，支持原创，转载请注明出处：http.dsqiu.iteye.com

            

            记得去年6月份刚开始实习的时候，当时要我写网络层的结构，用到了协程，当时有点懵，完全不知道Unity协程的执行机制是怎么样的，只是知道函数的返回值是IEnumerator类型，函数中使用yield return ，就可以通过StartCoroutine调用了。后来也是一直稀里糊涂地用，上网google些基本都是例子，很少能帮助深入理解Unity协程的原理的。

            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

            之前写过一篇《Unity协程(Coroutine)管理类——TaskManager工具分享》主要是介绍TaskManager实现对协程的状态控制，没有Unity后台实现的协程的原理进行深究。虽然之前自己对协程还算有点了解了，但是对Unity如何执行协程的还是一片空白，在UnityGems.com上看到两篇讲解Coroutine，如数家珍，当我看到Advanced Coroutine后面的Hijack类时，顿时觉得十分精巧，眼前一亮，遂动了写文分享之。

    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  收藏代码
    1. using UnityEngine;  
    2. using System.Collections;  
    3.   
    4. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {  
    5.   
    6.     private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once  
    7.     private bool isUpdateCall = false;  
    8.     private bool isLateUpdateCall = false;  
    9.     // Use this for initialization  
    10.     void Start () {  
    11.         if (!isStartCall)  
    12.         {  
    13.             Debug.Log("Start Call Begin");  
    14.             StartCoroutine(StartCoutine());  
    15.             Debug.Log("Start Call End");  
    16.             isStartCall = true;  
    17.         }  
    18.       
    19.     }  
    20.     IEnumerator StartCoutine()  
    21.     {  
    22.           
    23.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");  
    24.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    25.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");  
    26.              
    27.     }  
    28.     // Update is called once per frame  
    29.     void Update () {  
    30.         if (!isUpdateCall)  
    31.         {  
    32.             Debug.Log("Update Call Begin");  
    33.             StartCoroutine(UpdateCoutine());  
    34.             Debug.Log("Update Call End");  
    35.             isUpdateCall = true;  
    36.         }  
    37.     }  
    38.     IEnumerator UpdateCoutine()  
    39.     {  
    40.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");  
    41.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    42.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");  
    43.     }  
    44.     void LateUpdate()  
    45.     {  
    46.         if (!isLateUpdateCall)  
    47.         {  
    48.             Debug.Log("LateUpdate Call Begin");  
    49.             StartCoroutine(LateCoutine());  
    50.             Debug.Log("LateUpdate Call End");  
    51.             isLateUpdateCall = true;  
    52.         }  
    53.     }  
    54.     IEnumerator LateCoutine()  
    55.     {  
    56.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");  
    57.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    58.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");  
    59.     }  
    60. }  

     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  收藏代码
    1. using UnityEngine;  
    2. using System.Collections;  
    3.   
    4. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {  
    5.   
    6.     private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once  
    7.     private bool isUpdateCall = false;  
    8.     private bool isLateUpdateCall = false;  
    9.     // Use this for initialization  
    10.     void Start () {  
    11.         if (!isStartCall)  
    12.         {  
    13.             Debug.Log("Start Call Begin");  
    14.             StartCoroutine(StartCoutine());  
    15.             Debug.Log("Start Call End");  
    16.             isStartCall = true;  
    17.         }  
    18.       
    19.     }  
    20.     IEnumerator StartCoutine()  
    21.     {  
    22.           
    23.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");  
    24.         yield return null;  
    25.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");  
    26.              
    27.     }  
    28.     // Update is called once per frame  
    29.     void Update () {  
    30.         if (!isUpdateCall)  
    31.         {  
    32.             Debug.Log("Update Call Begin");  
    33.             StartCoroutine(UpdateCoutine());  
    34.             Debug.Log("Update Call End");  
    35.             isUpdateCall = true;  
    36.         }  
    37.     }  
    38.     IEnumerator UpdateCoutine()  
    39.     {  
    40.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");  
    41.         yield return null;  
    42.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");  
    43.     }  
    44.     void LateUpdate()  
    45.     {  
    46.         if (!isLateUpdateCall)  
    47.         {  
    48.             Debug.Log("LateUpdate Call Begin");  
    49.             StartCoroutine(LateCoutine());  
    50.             Debug.Log("LateUpdate Call End");  
    51.             isLateUpdateCall = true;  
    52.         }  
    53.     }  
    54.     IEnumerator LateCoutine()  
    55.     {  
    56.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");  
    57.         yield return null;  
    58.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");  
    59.     }  
    60. }  

            『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  收藏代码
    1. using UnityEngine;  
    2. using System.Collections;  
    3.   
    4. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {  
    5.   
    6.     private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once  
    7.     private bool isUpdateCall = false;  
    8.     private bool isLateUpdateCall = false;  
    9.     // Use this for initialization  
    10.     void Start () {  
    11.         if (!isStartCall)  
    12.         {  
    13.             Debug.Log("Start Call Begin");  
    14.             StartCoroutine(StartCoutine());  
    15.             Debug.Log("Start Call End");  
    16.             isStartCall = true;  
    17.         }  
    18.       
    19.     }  
    20.     IEnumerator StartCoutine()  
    21.     {  
    22.           
    23.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");  
    24.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    25.         Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");  
    26.              
    27.     }  
    28.     // Update is called once per frame  
    29.     void Update () {  
    30.         if (!isUpdateCall)  
    31.         {  
    32.             Debug.Log("Update Call Begin");  
    33.             StartCoroutine(UpdateCoutine());  
    34.             Debug.Log("Update Call End");  
    35.             isUpdateCall = true;  
    36.             this.enabled = false;  
    37.             //this.gameObject.SetActive(false);  
    38.         }  
    39.     }  
    40.     IEnumerator UpdateCoutine()  
    41.     {  
    42.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");  
    43.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    44.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");  
    45.         yield return new WaitForSeconds(1f);  
    46.         Debug.Log("This is Update Coroutine Call Second");  
    47.     }  
    48.     void LateUpdate()  
    49.     {  
    50.         if (!isLateUpdateCall)  
    51.         {  
    52.             Debug.Log("LateUpdate Call Begin");  
    53.             StartCoroutine(LateCoutine());  
    54.             Debug.Log("LateUpdate Call End");  
    55.             isLateUpdateCall = true;  
    56.   
    57.         }  
    58.     }  
    59.     IEnumerator LateCoutine()  
    60.     {  
    61.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");  
    62.         yield return null;  
    63.         Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");  
    64.     }  
    65. }  

     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  收藏代码
    1. using System;  
    2. using System.Collections.Generic;  
    3. using System.Linq;  
    4. using UnityEngine;  
    5. using System.Collections;  
    6.    
    7. [RequireComponent(typeof(GUIText))]  
    8. public class Hijack : MonoBehaviour {  
    9.    
    10.     //This will hold the counting up coroutine  
    11.     IEnumerator _countUp;  
    12.     //This will hold the counting down coroutine  
    13.     IEnumerator _countDown;  
    14.     //This is the coroutine we are currently  
    15.     //hijacking  
    16.     IEnumerator _current;  
    17.    
    18.     //A value that will be updated by the coroutine  
    19.     //that is currently running  
    20.     int value = 0;  
    21.    
    22.     void Start()  
    23.     {  
    24.         //Create our count up coroutine  
    25.         _countUp = CountUp();  
    26.         //Create our count down coroutine  
    27.         _countDown = CountDown();  
    28.         //Start our own coroutine for the hijack  
    29.         StartCoroutine(DoHijack());  
    30.     }  
    31.    
    32.     void Update()  
    33.     {  
    34.         //Show the current value on the screen  
    35.         guiText.text = value.ToString();  
    36.     }  
    37.    
    38.     void OnGUI()  
    39.     {  
    40.         //Switch between the different functions  
    41.         if(GUILayout.Button("Switch functions"))  
    42.         {  
    43.             if(_current == _countUp)  
    44.                 _current = _countDown;  
    45.             else  
    46.                 _current = _countUp;  
    47.         }  
    48.     }  
    49.    
    50.     IEnumerator DoHijack()  
    51.     {  
    52.         while(true)  
    53.         {  
    54.             //Check if we have a current coroutine and MoveNext on it if we do  
    55.             if(_current != null && _current.MoveNext())  
    56.             {  
    57.                 //Return whatever the coroutine yielded, so we will yield the  
    58.                 //same thing  
    59.                 yield return _current.Current;  
    60.             }  
    61.             else  
    62.                 //Otherwise wait for the next frame  
    63.                 yield return null;  
    64.         }  
    65.     }  
    66.    
    67.     IEnumerator CountUp()  
    68.     {  
    69.         //We have a local increment so the routines  
    70.         //get independently faster depending on how  
    71.         //long they have been active  
    72.         float increment = 0;  
    73.         while(true)  
    74.         {  
    75.             //Exit if the Q button is pressed  
    76.             if(Input.GetKey(KeyCode.Q))  
    77.                 break;  
    78.             increment+=Time.deltaTime;  
    79.             value += Mathf.RoundToInt(increment);  
    80.             yield return null;  
    81.         }  
    82.     }  
    83.    
    84.     IEnumerator CountDown()  
    85.     {  
    86.         float increment = 0f;  
    87.         while(true)  
    88.         {  
    89.             if(Input.GetKey(KeyCode.Q))  
    90.                 break;  
    91.             increment+=Time.deltaTime;  
    92.             value -= Mathf.RoundToInt(increment);  
    93.             //This coroutine returns a yield instruction  
    94.             yield return new WaitForSeconds(0.1f);  
    95.         }  
    96.     }  
    97.    
    98. }  

     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。

    小结：

            今天仔细看了下UnityGems.com 有关Coroutine的两篇文章，虽然第一篇（参考①）现在验证的结果有很多错误，但对于理解协程还是不错的，尤其是当我发现Hijack这个脚本时，就迫不及待分享给大家。

       

            本来没觉得会有UnityGems.com上的文章会有错误的，无意测试了发现还是有很大的出入，当然这也不是说原来作者没有经过验证就妄加揣测，D.S.Qiu觉得很有可能是Unity内部的实现机制改变了，这种东西完全可以改动，Unity虽然开发了很多年了，但是其实在实际开发中还是有很多坑，越发觉得Unity的无力，虽说容易上手，但是填坑的功夫也是必不可少的。      

           

            看来很多结论还是要通过自己的验证才行，贸然复制粘贴很难出真知，切记！

            如果您对D.S.Qiu有任何建议或意见可以在文章后面评论，或者发邮件（gd.s.qiu@gmail.com)交流，您的鼓励和支持是我前进的动力，希望能有更多更好的分享。

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