Unity 的多线程、协程、纤程

• 在这个降低入门门槛的大环境下，Unity 因为考虑到降低门槛，设计之初就是一个单线程，不允许在另外的线程中进行渲染等等的工作，不然又要增加很多机制去处理这个问题，会给新来的人徒增很多烦恼。
• Unity 考虑到 跨平台的特性 和引入 异步 的操作，所以提供了另一种异步的手段，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）。
• 多线程（Thread）是C#带来的特性
• 多线程其实不难，但同步数据是最麻烦的
• 协程与纤程都是主线程上的优化手段，规避了异步编程中状态机的复杂性，使程序逻辑更加简洁直观。一个进程可以创建上万个协程。消耗小、切换快。个人认为协程与纤程其实本质上是一样的。
• 如果你的应用不需要一些耗时的操作，比如网络请求，IO操作，AI等，那么尽量不要使用多线程（Thread），因为跨线程访问UI控件是禁止的，并且数据同步问题往往也是很棘手的，很容易滥用 lock 导致主线 block 或者 deadlock。反之，如果应用程序很复杂，那么势必在需要去分担主线程的压力，那么使用异步线程是个很好的主意。同时，我们也不能滥用线程，过多的使用线程会造成CPU运算的下降，建议使用线程池 ThreadPool 或者利用 GC 来回收线程。

Thread 多线程

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。

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。

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 调度员

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？

注意

• UnityEngine 的 API 不能在分线程运行
• UnityEngine 定义的基本结构(int, float, struct 定义的数据类型)可以在分线程计算，如 Vector3(struct)可以, 但 Texture2d(class,根父类为 Object) 不可以。
• UnityEngine 定义的基本类型的函数可以在分线程运行

所以，我们使用 消息通知 或 者生产者-消费者模式 的方式告诉一个在主线程上的 Dispatcher ，来控制 Unity 的组件。
需要把握住几个关键点：

• 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 或者 FixedUpdate 方法，可以根据需要控制执行的周期

生产者-消费者模式：
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 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(_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。

协程和纤程

Unity 协程的内部原理

对于Unity应用程序而言，还提供了另外一种『异步方式』：Coroutine 。Coroutine 也就是协程的意思，只是看起来像多线程，它实际上并不是，还是在主线程上操作。

Coroutine实际上由 IEnumerator 接口以及一个或者多个的 yield 语句构成的迭代器（iterator）块构成。

枚举器接口 IEnumerator 包含3个方法：

• Current：返回集合当前位置的对象
• MoveNext: 把枚举器位置移到集合的下一个元素，它返回一个 bool 值，表示新的位置是否超过索引
• Reset：把位置重置为初始状态

yield 是个比较晦涩的技术，原因是编译器帮我们做了太多的工作(CompilerGenerate)，导致我们无法理解到内部的实现。如果你去翻阅汉英词典，你会对 yield 一头雾水。我个人倾向将其翻译成中断和产出比较好，这也是 yield 单词包含的意思，我下面也会阐述为什么要翻译成这两个意思。

深究 yield 之前，我觉得应该略微了解一下为什么我们能 foreach 遍历一个数组？

原因很简单，数组 Array 它是一个可枚举的类 (enumerable)，一个可枚举类提供了一个枚举器
（enumerator），枚举器可以依次访问数组里的元素，也就是之前提过的 Current 属性返回集合当前位置的对象。所以，我可以模拟 foreach 的实现，实际上 foreach 内部实现也大致相似。

static void Main(string[] args)
{
    string[] animals = {"dog", "cat", "pig"};
    //获取枚举器
    var ie = animals.GetEnumerator();
    //移到下一项，默认的index=-1
    while (ie.MoveNext())
    {
        //获得当前项
        Console.WriteLine(ie.Current);
    }
    Console.ReadLine();
}

假设你是个C#新手，你得好好消化一下上述的逻辑，因为这是拨开迷雾的第一层：了解为什么能够枚举一个集合。当然我们也可以创建自己的可被枚举的类，需要为它提供自定义的枚举器，只需实现 IEnumerator 接口即可。值得注意的事，自建的可枚举类同时也要实现 IEnumerable 接口，该接口只提供一个方法：GetEnumerator()，用来返回枚举器。

创建自定义的枚举类AnimalSet：

class AnimalSet : IEnumerable
{
    private readonly string[] _animals = {"the dog", "the pig", "the cat"};
    public IEnumerator GetEnumerator()
    {
        return new AnimalEnumerator(_animals);
    }
}

需要为AnimalSet提供自定义的枚举器AnimalEnumerator

class AnimalEnumerator : IEnumerator
{
    private string[] _animals;
    private int _index = -1;

    public AnimalEnumerator(string[] animals)
    {
        _animals=new string[animals.Length];

        for (var i = 0; i < animals.Length; i++)
        {
            _animals[i] = animals[i];
        }
    }

    public bool MoveNext()
    {
        _index++;
        return _index<_animals.Length;
    }

    public void Reset()
    {
        _index = -1;
    }

    public object Current
    {
        get { return _animals[_index]; }
    }
}

你可能会觉得奇怪，这和 yield 又有什么关系呢？要解惑 yield 这是第二个阶段：能知道枚举器是怎样工作的。

如果你很清楚上诉两个阶段的内部原理之后，要理解 Unity 中的 Coroutine 是非常简单的，你会了解为什么它是 伪的 “多线程”。
这是一段非常普通的代码，司空见惯。

void Start()
{
    StartCoroutine(MyEnumerator());
    Debug.Log("finish");
}

private IEnumerator MyEnumerator()
{
    Debug.Log("wait for 1s");
    yield return new WaitForSeconds(1);
    Debug.Log("wait for 2s");
    yield return new WaitForSeconds(2);
    Debug.Log("wait for 3s");
    yield return new WaitForSeconds(3);
}

注意到 MyEnumerator 方法的放回类型了吗？没错，返回的就是枚举器，你会疑问，你没有定义一个枚举器并且实现了 IEnumerator 接口啊！别急，问题就出在 yield 上，C#为了简化我们创建枚举器的步骤，你想想看你需要先实现 IEnumerator 接口，并且实现 Current, MoveNext，
Reset 步骤。C#从2.0开始提供了有yield组成的迭代器块。编译器会自动更具迭代器块创建了枚举器。不信，反编译看看：

public class Test : MonoBehaviour
{
    private IEnumerator MyEnumerator()
    {
        UnityEngine.Debug.Log("wait for 1s");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        UnityEngine.Debug.Log("wait for 2s");
        yield return new WaitForSeconds(2f);
        UnityEngine.Debug.Log("wait for 3s");
        yield return new WaitForSeconds(3f);
    }

    private void Start()
    {
        base.StartCoroutine(this.MyEnumerator());
        UnityEngine.Debug.Log("finish");
    }

    [CompilerGenerated]
    private sealed class d__1 : IEnumerator