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Unity协程(Coroutine)原理深入剖析

 
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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:

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:

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:

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):

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。

 

 

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。

        转载请在文首注明出处:http://dsqiu.iteye.com/blog/2029701

更多精彩请关注D.S.Qiu的博客和微博(ID:静水逐风)    

 

参考:

①UnityGems.com: http://unitygems.com/coroutines/

②UnityGems.com: http://unitygems.com/advanced-coroutines/

葱烧烙饼: http://blog.sina.com.cn/s/blog_5b6cb9500100xgmp.html

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评论
12 楼 Stephanie_1 2016-05-09  
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。++
这句话说的特别好,今天我企图用携程替代update后台跑,结果fail了
11 楼 baileng8 2015-07-15  
请问协程是什么时候返回来继续执行呢?yield return null是下一帧再接着执行,那 yield return new WaitForFixedUpdate()怎么就是同一帧执行呢,那yield return new WaitForFixedUpdate()是下一帧?
10 楼 fgfd0 2015-05-08  
fgfd0 写道
自己又分析了一下,

你这里上面这句话是错的:
“经过测试验证,协程至少是每帧的LateUpdate()后去运行。”

我这边的验证结果是:
Update
yield null
yield WaitForSeconds
yield WWWW
yield StartCoroutine
LateUpdate

协程Update之后执行,在LateUpdate之前执行完成,当然还有其它的协程方法,是在FiexUpdate里和WaitForEndOfFrame.


我用的是4.5.1版本的Unity
9 楼 fgfd0 2015-05-08  
自己又分析了一下,

你这里上面这句话是错的:
“经过测试验证,协程至少是每帧的LateUpdate()后去运行。”

我这边的验证结果是:
Update
yield null
yield WaitForSeconds
yield WWWW
yield StartCoroutine
LateUpdate

协程Update之后执行,在LateUpdate之前执行完成,当然还有其它的协程方法,是在FiexUpdate里和WaitForEndOfFrame.
8 楼 fuyunzzy 2015-02-27  
第一张图不显示了,能重新上传一下吗
7 楼 DSQiu 2014-11-20  
silverys 写道
其实协程并没有那么复杂,网上很多地方都说是多线程什么的,真是误人子弟。。
在传统实时游戏中,在update中要延迟执行一些代码,或者满足一定条件后执行一些代码。需要在update添加一个计时器,用当前时间来减去前面记录的时间来判断执行。当这种情况越来越多的时候,会添加很多变量和代码,代码就越来越乱。。
实时游戏写多了就知道。。这时候一般会抽象一个框架出来处理这个问题。
而协程可以说是unity的一个框架,为解决这个问题而设计的一个设计模式。。套着这个概念来写,让这种代码非常整洁易维护。。和C#的多线程是两码事。。

赞,不能同意再多
6 楼 silverys 2014-11-19  
其实协程并没有那么复杂,网上很多地方都说是多线程什么的,真是误人子弟。。
在传统实时游戏中,在update中要延迟执行一些代码,或者满足一定条件后执行一些代码。需要在update添加一个计时器,用当前时间来减去前面记录的时间来判断执行。当这种情况越来越多的时候,会添加很多变量和代码,代码就越来越乱。。
实时游戏写多了就知道。。这时候一般会抽象一个框架出来处理这个问题。
而协程可以说是unity的一个框架,为解决这个问题而设计的一个设计模式。。套着这个概念来写,让这种代码非常整洁易维护。。和C#的多线程是两码事。。
5 楼 奥东here 2014-10-30  
好吧,我找到了,文章下面有引用,还有就是文章中的Start()方法本来就是一次的哦,
void Start ()
{
if (!isStartCall)
4 楼 奥东here 2014-10-30  
Monobehaviour的函数执行顺序图,楼主在哪里得到的?
3 楼 DSQiu 2014-09-26  
mhj 写道
请问楼主  协程是否能够等待另外一个函数执行完毕后 执行后面的代码

2 楼 mhj 2014-09-25  
请问楼主  协程是否能够等待另外一个函数执行完毕后 执行后面的代码
1 楼 dusthand 2014-07-19  
hi,关于文章里面说的协程的执行时刻,我用你的代码做了测试,同时加了两行输出
最后输出是这样的,按照这个,上面第一张图片的说法应该是对的,我是在4.6.0b7下做的测试,会不会是是4.6.0机制又改了呢

UPDATE>>>>>>
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Start Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Update Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Late Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

LATEUPDATE<<<<<<<<
UnityEngine.Debug:Log(Object)

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