在unity中，自己动手实现多线程作业功能----使用C#的线程

疫情当前，呆着家里，总结关于工作中遇到的问题和解决思路，是一个很好的学习机会，珍爱生命，懂得感恩，一切会好起来的。

一、写在之前

之前的一篇文章中https://blog.csdn.net/THUNDERDREAMER_OR/article/details/104213670，我提到了网格规划算法的计算量比较大，对三个切面分别进行计算的时候，使用多线程是一个不错的想法，实际上我也是这么做的。现在我们来分析一下，怎样使用C#的Threading自己动手实现多线程并行计算。

知识预热。涉及到多线程，不得不说多因线程之间的通信和竞争而导产生问题，因此锁机制和“死锁”的概念便应用而生。

1. 锁机制

在竞争态条件下，多个线程对同一竞态资源的抢夺会引发线程安全问题。竞态资源是对多个线程可见的共享资源，主要包括全局(非const)变量、静态(局部)变量、堆变量、资源文件等。

线程之间的竞争，可能带来一系列问题：

1. 线程在操作某个共享资源的过程中被其他线程打断，时间片耗尽而被迫切换到其他线程
2. 共享资源被其中一个线程修改之后，并未通知同步到其他线程，造成线程间的数据访问不一致
3. 编译器优化等导致若干操作指令的执行顺序打乱而造成的结果

为了解决由多进程多资源的同时操作引起的问题，提出了锁机制。在某一时刻只允许有一个进程运行它的临界区代码，从而保证临界资源的中数据的一致性。临界资源是指能够被多个线程共享的数据、资源。临界区代码是指多临界资源操作的那段代码。

这里只介绍互斥锁（mutex lock）的概念和原理，另外一种是自旋锁。这里的互斥，指的就是不同线程之间的互斥性、排他性，即当一个线程在使用临界资源的时候，不允许其他线程对该资源操作。

互斥锁是一种很常见应用也很广的锁，属于sleep-waiting类型，即在锁处于占用状态时，其他线程自动挂起等待，直到该锁释放，线程再次竞争。锁的挂起和释放的切换会消耗一定的性能。

本质上，互斥锁是一个变量（mutex），在使用它时，实际上是对mutex的置0置1操作，mutex状态的改变使线程能获得锁和释放锁。

      2. 死锁

维基百科关于死锁（Deadlock）的解释：In concurrent computing, a deadlock is a state in which each member of a group is waiting for another member, including itself, to take action, such as sending a message or more commonly releasing a lock. Deadlock is a common problem in multiprocessing systems, parallel computing, and distributed systems, where software and hardware locks are used to arbitrate shared resources and implement process synchronization.通俗来讲，假设线程A持有锁a，线程B持有锁b，而线程访问临界区的条件是，同时具有锁a和锁b，那么线程A等待线程B释放锁b，线程B等待线程A释放锁a，如果没有外部的作用，线程A、B会一直等待下去，从而产生死锁。

二、代码实现

分析：C#专门提供有线程的类，在System.Threading的命名空间下。在本例中，我们的线程父类需要具备以下的特点：初始化线程并启动线程的方法（Start），标识线程作业是否执行完成的字段（isDone）。

/// 

/// Template class to make a job using a thread. 
/// 
public class ThreadedJob
{
	private bool m_IsDone = false;
	private object m_Handle = new object();
	private System.Threading.Thread m_Thread = null;
    private void Run()
    {
        ThreadFunction();
        IsDone = true;
    }
    /// 

    /// Is set to true when the job is finished
    /// 
    public bool IsDone
	{
		get
		{
			bool tmp;
			lock (m_Handle)
			{
				tmp = m_IsDone;
			}
            return tmp;
		}
		set
		{
			lock (m_Handle)
			{
				m_IsDone = value;
			}
		}
	}
	public virtual void Start()
	{
		m_Thread = new System.Threading.Thread(Run);
		m_Thread.Start();
	}
	public virtual void Abort()
	{
        if(m_Thread != null)
		    m_Thread.Abort();
	}
	public virtual void Interrupt(){
        if (m_Thread != null)
            m_Thread.Interrupt ();
	}
	public virtual bool Update()
	{
		if (IsDone)
		{
			OnFinished();
			return true;
		}
		return false;
	}
    protected virtual void ThreadFunction() { }
    protected virtual void OnFinished() { }
}

C#中 lock 语句就是互斥锁的实现，如果主线程（或其他子线程同时）访问/修改 IsDone 的变量（临界资源），lock 获取 m_Thread 的互斥锁，如果 m_Thread 处于锁住状态，挂起等待，否则，m_Thread 处于释放状态，锁住该对象，并执行 lock 块中的语句，然后释放 m_Thread。释放 m_Thread 之后，变量 IsDone 被访问/修改，如果有修改，修改结果会同步到其他线程，这样，其他线程在访问 IsDone 变量的时候，是更新过的数据。

using UnityEngine;
public class ThreadJobExecutor : ThreadedJob
{
    public ThreadJobExecutor (int threadId)
    {
        this.ThreadId = threadId;
    }
    public int ThreadId;
    /// 

    /// 核心逻辑区
    /// 
    protected override void ThreadFunction()
    {
        try
        {
            // here is your heavy job to execute, for example
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Debug.Log("in thread " + ThreadId + " debug info!");
            }
        }
        catch (System.Exception e)
        {
            Debug.Log("the thread interrupted exeption: " + e.Message);
            // clear logic
        }
        finally
        {

        }
    }
}

下面测试代码：

using System.Collections;
using UnityEngine;

public class Game : MonoBehaviour
{
    ThreadJobExecutor[] exectors = new ThreadJobExecutor[3];
    private IEnumerator Start()
    {
        for (int i = 0; i < exectors.Length; i++)
        {
            exectors[i] = new ThreadJobExecutor(i + 1);
        }
        for (int i = 0; i < exectors.Length; i++)
        {
            exectors[i].Start();
        }
        
        do
        {
            Debug.Log("finished job count is: " + finishCount());
            yield return null;
        }
        while (finishCount()!= exectors.Length);
        Debug.Log("all jogs hava finished");
    }

    int finishCount()
    {
        int cnt = 0;
        for (int i = 0; i < exectors.Length; i++)
        {
            if (exectors[i].IsDone)
                cnt++;
        }
        return cnt;
    }
}

测试打印0-9十个数字，不需要等待即可完成，如果是0-99999的打印次数，那么效果很明显。

                                                                   

在一帧之内打印三十次，一次性完成。

                                                                 

打印10000*3次，耗时 （191 +5）帧* Time.deltaTime的时间。

                                                                 

三个线程输出是没有顺序的。

在学习的路上，不会一帆风顺，若有任何错误，欢迎指正。感谢。希望能解决您的问题。