Unity协程（Coroutine）原理深入剖析
By D.S.Qiu
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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（[email protected])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。
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参考：
①UnityGems.com: http://unitygems.com/coroutines/
②UnityGems.com: http://unitygems.com/advanced-coroutines/
③葱烧烙饼： http://blog.sina.com.cn/s/blog_5b6cb9500100xgmp.html