Unity应用架构设计(10)——绕不开的协程和多线程（Part 2）

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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？

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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。

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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。

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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_shouldStop被volatile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？

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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。

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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Coroutine和Thread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: 在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IEnumerator和yield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