UE4里的渲染线程

　　记的上次看过UniRx里的源代码，说是参考微软的响应式编程框架，响应式编程里的一些理论不细说，只单说UniRx里的事件流里的事件压入与执行，与UE4的渲染线程设计有很多相同之处，如果有了解响应式编程相关源码如UniRx，应该对UE4的渲染线程流程容易理解。

　　在这先说下UniRx相应事件流的处理，让不了解的同学大致有点印象，如当前线程计划，一般首先有个队列，在相应事件响应后，把相应处理方法填充到队列中，另一边则在队列里，根据先进先出的原则，不断执行队列里的方法。说起来比较简单，主要是这里只拿出UniRx里的一个执行计划的事件流来说，另外的相关响应式编程概念与本文无关，也就不提起来说。

　　回到正题，说了UE4渲染流程的设计与上面很多相同，如此，我们先简单来说明下相关UE4里的类，与上面说的来对应。

　　FBaseGraphTask: 上面说到事件流，那么这个类在这，就是事件流里的每个事件。

　　TGraphTask: FBaseGraphTask的一个子类模版类，模版类要求有方法DoTask.(注意这里，后面要说。相应在此处简单理解成C#里的泛型约束，虽然C#直接做不到这点，可以简接使用泛型约束加接口实现)

　　FTaskThreadBase: 简单来说，这个类里放的是事件流，以及相应处理事件流的一些方法,如

　　　　EnqueueFromThisThread: 压入事件流中。

　　　　ProcessTasksUntilQuit: 循环执行事件流里方法，直到有要求结束信号。

　　　　IsProcessingTasks: 是否正在执行方法。

　　FNameTaskThread: FTaskThreadBase的子类，简单来说，UE4里内置的用这个，如游戏线程，渲染线程。

　　FTaskThreadAnyThread: FTaskThreadBase的子类,简单来说，没有固定用途的用这个，如自己用来做啥做啥。

　　FRunnable: 说是线程执行体，是不是有点搞晕了，其实你看下面他渲染线程的子类就明白了。

　　FRenderingThread: FRunnable的子类，主要有方法Run调用执行渲染线程的事件流，上面的FTaskThreadBase::ProcessTasksUntilQuit这个方法。

　　FRunnableThread: 包含一个FRunnable与相应的TLS实现，TLS搜了一下，简单来说，相同的变量，每个线程可以有不同的值。

　　FWorkerThread: 包含FTaskThreadBase(事件流)与FRunnableThread(线程执行与TLS)的引用。封装相应对象FTaskThreadBase与FRunnableThread公开。

　　FTaskGraphInterface: 可以理解成一个单例管理类，管理所有FWorkerThread(线程与事件流),一般管理类的方法，根据类型得到对应的FWorkerThread等。

　　好吧，到这肯定有点晕了，大家最好对着相应代码来理解，那么这些类是如何组成一个渲染线程。

　　1。初始准备，FTaskGraphInterface初始化相应的渲染线程所需的FNameTaskThread，以及调用StartRenderingThread,创建渲染线程执行体FRunnable的子类FRenderingThread。注意有个全局变量GIsThreadedRendering开始标为true。

　　2。FRenderingThread开始执行RenderingThreadMain，找到渲染线程的FWorkerThread，初始化相应TLS的ID值。如上所说，循环执行FTaskThreadBase::ProcessTasksUntilQuit里的事件

　　3。点程序退出等，ProcessTasksUntilQuit中断，相应渲染线程上的数据开始清理。

　　看到如上，我们肯定会想到2里渲染线程执行的事件是如何来的，在这我们引入一些宏，大家看UE4的源码时，肯定会常见，ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND，ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER后面多参数的版本等。

　　这些宏拆开来，都有一个类和一段执行代码，我们根据ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER来说,如下：

        ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER(
            ReleaseShaderMap,
            FMaterial*,Material,this,
        {
            Material->SetRenderingThreadShaderMap(nullptr);
        });

ReleaseShaderMap

　　首先生成类EURCMacro_ReleaseShaderMap,继承于FRenderCommand，根据传入参数类型生成构造函数，生成一个方法DoTask(见上面TGraphTask类说明),DoTask方法里执行的就是上面代码{}里的一段。

　　然后生成一段执行码，简单来说，就是结合上面的类EURCMacro_ReleaseShaderMap生成模版类TGraphTask,并使用this来初始化对应类型FMaterial*的变量Material.具体看如下宏。

#define ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_DECLARE_OPTTYPENAME(TypeName,ParamType1,ParamName1,ParamValue1,OptTypename,Code) \
    class EURCMacro_##TypeName : public FRenderCommand \
    { \
    public: \
        EURCMacro_##TypeName(OptTypename TCallTraits::ParamType In##ParamName1): \
          ParamName1(In##ParamName1) \
        {} \
        TASK_FUNCTION(Code) \
        TASKNAME_FUNCTION(TypeName) \
    private: \
        ParamType1 ParamName1; \
    };
#define ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_DECLARE(TypeName,ParamType1,ParamName1,ParamValue1,Code) \
    ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_DECLARE_OPTTYPENAME(TypeName,ParamType1,ParamName1,ParamValue1,,Code)

#define ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_CREATE(TypeName,ParamType1,ParamValue1) \
    { \
        if(GIsThreadedRendering || !IsInGameThread()) \
        { \
            CheckNotBlockedOnRenderThread(); \
            TGraphTask::CreateTask().ConstructAndDispatchWhenReady(ParamValue1); \
        } \
        else \
        { \
            EURCMacro_##TypeName TempCommand(ParamValue1); \
            FScopeCycleCounter EURCMacro_Scope(TempCommand.GetStatId()); \
            TempCommand.DoTask(ENamedThreads::GameThread, FGraphEventRef() ); \
        } \
    }

#define ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER(TypeName,ParamType1,ParamName1,ParamValue1,Code) \
    ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_DECLARE(TypeName,ParamType1,ParamName1,ParamValue1,Code) \
    ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_CREATE(TypeName,ParamType1,ParamValue1)

ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER

　　相应的ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND_ONEPARAMETER_CREATE就是执行代码，在游戏中，因为只有在渲染线程才执行，所以一般来说生成上面的TGraphTask::CreateTask().ConstructAndDispatchWhenReady(this);在这段代码中，CreateTask创建一个FConstructor实例，ConstructAndDispatchWhenReady用参数this生成EURCMacro_ReleaseShaderMap类的实例，并在后面调用相应FNameTaskThread::EnqueueFromThisThread压入当前FBaseGraphTask到事件流中。

　　而后在FRenderingThread中，循环执行事件流中的FBaseGraphTask的Execute,就是对应EURCMacro_ReleaseShaderMap里的ToTask方法。

　　最后综合说下ENQUEUE_UNIQUE_RENDER_COMMAND等类宏，声明时，生成二段代码，一个是类，类里方法告诉这个事件应该如何执行。二是一段执行码，这段执行码生成一个上面类的TGraphTask模版类，并压入这个TGraphTask到对应的渲染线程的事件流中，当后面在渲染线程执行到后就执行上面类里的ToTask方法。

　　如上渲染线程的流程差不多就介绍到这，还有一个大的问题是，渲染线程如何与游戏线程同步，毕竟，你游戏线程如果不同步，或者跑的很快，但是画面还是以前数据渲染出来的，这样问题就比较严重了啥。如下，先看一段代码。

class RENDERCORE_API FRenderCommandFence
{
public:

    /**
     * Adds a fence command to the rendering command queue.
     * Conceptually, the pending fence count is incremented to reflect the pending fence command.
     * Once the rendering thread has executed the fence command, it decrements the pending fence count.
     */
    void BeginFence();

    /**
     * Waits for pending fence commands to retire.
     * @param bProcessGameThreadTasks, if true we are on a short callstack where it is safe to process arbitrary game thread tasks while we wait
     */
    void Wait(bool bProcessGameThreadTasks = false) const;

    // return true if the fence is complete
    bool IsFenceComplete() const;

private:
    /** Graph event that represents completion of this fence **/
    mutable FGraphEventRef CompletionEvent;
};

class FFrameEndSync
{
    /** Pair of fences. */
    FRenderCommandFence Fence[2];
    /** Current index into events array. */
    int32 EventIndex;
public:
    /**
     * Syncs the game thread with the render thread. Depending on passed in bool this will be a total
     * sync or a one frame lag.
     */
    ENGINE_API void Sync( bool bAllowOneFrameThreadLag );
};

// FEngineLoop::Tick 渲染快结束时
        {
            SCOPE_CYCLE_COUNTER( STAT_FrameSyncTime );
            // this could be perhaps moved down to get greater parallelizm
            // Sync game and render thread. Either total sync or allowing one frame lag.
            static FFrameEndSync FrameEndSync;
            static auto CVarAllowOneFrameThreadLag = IConsoleManager::Get().FindTConsoleVariableDataInt(TEXT("r.OneFrameThreadLag"));
            FrameEndSync.Sync( CVarAllowOneFrameThreadLag->GetValueOnGameThread() != 0 );
        }

View Code

 　　主要有二个类，FRenderCommandFence与FFrameEndSync，以及每桢结束前的一段代码，只贴出相应类的声明，相应实现大家有兴趣可以自己去看。

　　FRenderCommandFence：同步游戏线程与渲染线程

　　　　BeginFence: 插入一个事件到渲染线程中。

　　　　Wait: 游戏线程等待上面插入的事件已经执行完成，否则游戏线程暂停执行。

　　FFrameEndSync：让游戏线程最多比渲染线程快一桢。

　　在RenderingThread.cpp中，我们很容易看下如下代码。

    // ensure the thread has actually started and is idling
    FRenderCommandFence Fence;
    Fence.BeginFence();
    Fence.Wait();

View Code

　　可以看到，因为队列的先进先出原则，当调用BeginFence时，必然在渲染队列的最后面，那么wait需要等到整个渲染队列执行完，游戏线程才能继续。

　　在FEngineLoop::Tick等游戏线程每桢执行完后，必然压入很多命令到渲染线程中，那么这时调用beginFence的命令必然在队列最后，如果保持游戏线程与渲染线程同步，只需要是调用前面的beginFence的实例调用wait,这样游戏线程必需要等到渲染线程执行完才能继续，如果允许游戏线程比渲染线程快一桢，就是上面FFrameEndSync所做，生成二个FFrameEndSync，第一桢结尾第一个调用beginFence，需要等到第二桢结尾才调用对应实例的wait，这样就能让游戏线程比渲染线程快一桢。至于渲染线程比游戏线程快，这个是没问题的，因为渲染的画面一直是最新的数据。

　　如上就是UE4简单的渲染流程与同步解决方法。