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C# 协程 在 Unity中的应用


一、协程 与 多线程

在Unity中,协程(Coroutines)的形式是非常常用的功能之一,使用它来控制程序的先后执行。

也就是在主程序运行的同时,如需要开启另外一段逻辑处理,来协同当前程序的执行,这时,就需要用到协同程序了。

单纯的对协同进行描述,会比较懵逼,我们可以借用多线程来比较。

多线程,做Java的就非常熟悉了,就是多条同时执行的线程。
最初,多线程的诞生是为了解决IO阻塞问题,如今多线程可以解决许多同样需要异步方法的问题(例如网络等)。
所谓异步,就是相互独立执行,过程互不影响,即其中一个线程阻塞时,另一个线程不会受影响继续执行。

还有多线程并不是真正意义上的多条线程同时执行,它的实际是将一个时间段分成若干个时间片,每个线程轮流运行一个时间片。

(如图,将执行步骤切分成极小的粒度,然后依次运行)

image

但是由于时间片粒度非常非常小,几乎看不出区别,所以程序执行效果跟真正意义上的并行执行效果基本一致。

多线程的缺陷

无论java还是c#,多线程有一个坏处,就是可能造成共享数据的冲突。

假如有一个变量i = 0, Step1_1的操作是进行++i操作,Step2_1的操作是进行--i操作。
我们预期最终结果i为0。

但由于操作切分得过小,可能会发生这样顺序的事:

  • 线程1:访问i, 将0存到寄存器
  • 线程2:访问i, 将0存到寄存器
  • 线程1:++i, 得到1
  • 线程2:--i, 得到-1
  • 线程1:将1写入到i的内存
  • 线程2:将-1写入到i的内存
  • 最终i的值为-1

当然多线程的冲突也有解决方案: 互斥锁....

但是这些多多少少会付出额外的代价,让程序变得臃肿。

二、协程一般用法

CPU有多条线程,一条线程可以有多个协程。

协程跟多线程类似,也有类似异步的效果(注意不是真正的异步)。
只不过它的切分粒度不是基于系统划分的时间片,而是基于我们编写的yield,粒度要比线程大。

粒度是取决于自己定义什么时候让协程挂起:

//下面定义了一个协程函数,注意必须使用IEnumerator作为返还值才能成为协程函数。
IEnumerator Test()
{
  for(int i = 0; i<1000 ; ++i){
    ans += i;
    yield return 0;//挂起,下一帧再来从这个位置继续执行。
  }
  j+=2;
  yield return 0;//挂起,下一帧再来从这个位置继续执行。
  ++j;
  yield return 0;//挂起,下一帧再来从这个位置继续执行。
}

如果划分的粒度过大,协程所在的线程可能在相应的帧卡顿。
甚至如果让协程阻塞(死循环),那么协程所在的整个线程也会阻塞。
因此说协程可以有类似异步的效果,但是不是真正的异步。

image

协程的一大好处就是可以避免数据访问冲突的问题:
因为它的粒度相对多线程的大很多,所以往往很少出现冲突现象

在上面多线程的例子里,使用协程则可以这样:

*   Step1_1: 执行完++i, 此时i=1
*   Step2_1: 执行完--i, 此时i=0
*   最终i的值为0

协程的使用场景

对于保证不会阻塞的并行操作且并行性要求不高的并行操作,可以使用协程。
更实际来说,协程最常用于延时执行等控制时间轴的操作,例如N秒后调用指定函数。

利用每帧执行一段协程的特性,我们可以引入个带累加计时判断循环,然后再超过3秒后跳出循环,执行Debug.Log()

//3s后执行Debug.Log
IEnumerator Test()
{
  for(float timer = 0.0f; timer < 3.0f ; timer += Time.DeltaTime){
    yield return 0;//挂起,下一帧再来从这个位置继续执行。
  }
  Debug.Log("启动协程3s后");
}

但是Unity封装了个更好用的类:WaitForSeconds
使这种延时的协程代码更加简洁。

原本写法

  for(float timer = 0.0f; timer < 3.0f ; timer += Time.DeltaTime){
    yield return 0;//挂起,下一帧再来从这个位置继续执行。
  }

使用WaitForSeconds的写法

  yield return new WaitForSeconds(3.0f);

协程使用示例

接下来就展示下,协程使用的示例:
首先编写好协程函数

IEnumerator TestWaitForSeconds()
{
    Debug.Log("启动协程方法 TestWaitForSeconds");

    //等待2s后执行;
    yield return new WaitForSeconds(2.0f);

    Debug.Log("开始执行方法 TestWaitForSeconds");
}

测试方法写好后,就可以在调用的地方使用,调用方式跟普通的方法调用有点不一样,它需要调用系统方法StartCoroutine(), 如何测试方法作为参数:

StartCoroutine(TestWaitForSeconds())
// 或者
StartCoroutine("TestWaitForSeconds")

另外,也可以用传参的方式

StartCoroutine(TestWaitForSeconds(5f))

IEnumerator TestWaitForSeconds(float delay)
{
    Debug.Log("启动协程方法 TestWaitForSeconds");

    //等待delay后执行;
    yield return new WaitForSeconds(delay);

    Debug.Log("开始执行方法 TestWaitForSeconds");
}

三、协程语法

1、开启协程

上面也简单介绍了开启方式,下面详细讲解一下。

StartCoroutine(string methodName);
  • 参数是方法名(字符串类型),此方法可以包含一个参数。
  • 形参方法可以有返回值
StartCoroutine(IEnumerator method);
  • 参数是方法(TestMethod()),此方法中可以包含多个参数。
  • IEnumrator类型的方法不能含有ref或者out类型的参数,但可以含有被传递的引用
  • 形参方法必须有返回值,且返回值类型为IEnumrator,返回值使用(yield retuen +表达式或者值,或者 yield break)语句

2、终止协程

终止指定的协程

只能终止以字符串形式启动的协程

StartCoroutine(string methodName);

终止方式:

StopCoroutine(string methodName);
终止所有协程
StopAllCoroutine();

3、挂起协程

//程序在下一帧中从当前位置继续执行
yield return 0;

//程序在下一帧中从当前位置继续执行
yield return null;

//程序等待N秒后从当前位置继续执行
yield return new WaitForSeconds(N);

//在所有的渲染以及GUI程序执行完成后从当前位置继续执行
yield new WaitForEndOfFrame();

//所有脚本中的FixedUpdate()函数都被执行后从当前位置继续执行
yield new WaitForFixedUpdate();

//等待一个网络请求完成后从当前位置继续执行
yield return WWW;

//等待一个xxx的协程执行完成后从当前位置继续执行
yield return StartCoroutine(xxx);

//如果使用yield break语句,将会导致协程的执行条件不被满足,不会从当前的位置继续执行程序,而是直接从当前位置跳出函数体,回到函数的根部
yield break;

3、协程组合使用

了解到挂起携程的方法后,我们就可以组合成一些较为复杂一点的使用方法,如,套上for循环,执行一系列消耗时间操作

IEnumerator dongSomeThing(){
  for(int i =0; i < 100; i++){
      yield return StartCoroutin(dongSomeThing());
      i++;
  }

    Debug.Log("dongSomeThing()  执行完毕");
}

IEnumerator  dongSomeThing(int index){
    yield return new WaitForSeconds(2f);
   
    Debug.Log("dongSomeThing() index " + index + " 执行完毕");
}

协程的执行原理

IEnumerator

协程函数的返回值是IEnumerator,它是一个迭代器,可以把它当成执行一个序列的某个节点的指针。
它提供了两个重要的接口,分别是

  • Current:返回当前指向的元素。
  • MoveNext:将指针向后移动一个单位,如果移动成功,则返回true。

yield

yield关键词用来声明序列中的下一个值或者是一个无意义的值。

当我们这样挂起携程,yield return x(x是指一个具体的对象或者数值)

  • MoveNext返回为true
  • Current被赋值为x

当我们这样挂起携程,yield break

  • MoveNext()返回为false

也就是说

如果MoveNext函数返回为true意味着协程的执行条件被满足,则能够从当前的位置继续往下执行。否则不能从当前位置继续往下执行。

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  • 发表于 2020-01-12 13:00:35
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  • 分类:Go应用

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