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Unity 协程(Coroutine)原理与用法详解

开发技术 开发技术 1周前 (04-29) 5次浏览

前言:

协程在Unity中是一个很重要的概念,我们知道,在使用Unity进行游戏开发时,一般(注意是一般)不考虑多线程,那么如何处理一些在主任务之外的需求呢,Unity给我们提供了协程这种方式

为啥在Unity中一般不考虑多线程

  • 因为在Unity中,只能在主线程中获取物体的组件、方法、对象,如果脱离这些,Unity的很多功能无法实现,那么多线程的存在与否意义就不大了

既然这样,线程与协程有什么区别呢:

  • 对于协程而言,同一时间只能执行一个协程,而线程则是并发的,可以同时有多个线程在运行
  • 两者在内存的使用上是相同的,共享堆,不共享栈

其实对于两者最关键,最简单的区别是微观上线程是并行的,而协程是串行的,如果你不理解没有关系,通过下面的解释你就明白了

关于协程

1,什么是协程

协程,从字面意义上理解就是协助程序的意思,我们在主任务进行的同时,需要一些分支任务配合工作来达到最终的效果

稍微形象的解释一下,想象一下,在进行主任务的过程中我们需要一个对资源消耗极大的操作时候,如果在一帧中实现这样的操作,游戏就会变得十分卡顿,这个时候,我们就可以通过协程,在一定帧内完成该工作的处理,同时不影响主任务的进行

2,协程的原理

首先需要了解协程不是线程,协程依旧是在主线程中进行

然后要知道协程是通过迭代器来实现功能的,通过关键字IEnumerator来定义一个迭代方法,注意使用的是IEnumerator,而不是IEnumerable:

两者之间的区别:

  • IEnumerator:是非泛型的,也是协程认可的参数
  • IEnumerable:通过泛型实现的迭代器,协程不使用该迭代器

在迭代器中呢,最关键的是yield 的使用,这是实现我们协程功能的主要途径,通过该关键方法,可以使得协程的运行暂停、记录下一次启动的时间与位置等等:

关于迭代器的具体解释:

  • 可以参考:C#官方文档关于迭代器的具体描述

由于yield 在协程中的特殊性,与关键性,我们到后面在单独解释,先介绍一下协程如何通过代码实现

3、协程的使用

首先通过一个迭代器定义一个返回值为IEnumerator的方法,然后再程序中通过StartCoroutine来开启一个协程即可:

在正式开始代码之前,需要了解StartCoroutine的两种重载方式:

  • StartCoroutine(string methodName:这种是没有参数的情况,直接通过方法名(字符串形式)来开启协程
  • StartCoroutine(IEnumerator routine:通过方法形式调用
  • StartCoroutine(string methodName,object values):带参数的通过方法名进行调用

协程开启的方式主要是上面的三种形式,如果你还是不理解,可以查看下面代码:

 	//通过迭代器定义一个方法
 	IEnumerator Demo(int i)
    {
        //代码块

        yield return 0; 
		//代码块
       
    }

    //在程序种调用协程
    public void Test()
    {
        //第一种与第二种调用方式,通过方法名与参数调用
        StartCoroutine("Demo", 1);

        //第三种调用方式, 通过调用方法直接调用
        StartCoroutine(Demo(1));
    }

在一个协程开始后,同样会对应一个结束协程的方法StopCoroutineStopAllCoroutines两种方式,但是需要注意的是,两者的使用需要遵循一定的规则,在介绍规则之前,同样介绍一下关于StopCoroutine重载:

  • StopCoroutine(string methodName:通过方法名(字符串)来进行
  • StopCoroutine(IEnumerator routine:通过方法形式来调用
  • StopCoroutine(Coroutine routine):通过指定的协程来关闭

刚刚我们说到他们的使用是有一定的规则的,那么规则是什么呢,答案是前两种结束协程方法的使用上,如果我们是使用StartCoroutine(string methodName)来开启一个协程的,那么结束协程就只能使用StopCoroutine(string methodName)StopCoroutine(Coroutine routine)来结束协程,可以在文档中找到这句话:

Unity 协程(Coroutine)原理与用法详解

4、关于yield

在上面,我们已经知道yield 的关键性,要想理解协程,就要理解yield

如果你了解Unity的脚本的生命周期,你一定对yield 这几个关键词很熟悉,没错,yield 也是脚本生命周期的一些执行方法,不同的yield 的方法处于生命周期的不同位置,可以通过下图查看:

Unity 协程(Coroutine)原理与用法详解
通过这张图可以看出大部分yield位置UpdateLateUpdate之间,而一些特殊的则分布在其他位置,这些yield 代表什么意思呢,又为啥位于这个位置呢


首先解释一下位于UpdateLateUpdate之间这些yield 的含义:

  • yield return null; 暂停协程等待下一帧继续执行

  • yield return 0或其他数字; 暂停协程等待下一帧继续执行

  • yield return new WairForSeconds(时间); 等待规定时间后继续执行

  • yield return StartCoroutine("协程方法名");开启一个协程(嵌套协程)

在了解这些yield的方法后,可以通过下面的代码来理解其执行顺序:

 void Update()
    {
        Debug.Log("001");
        StartCoroutine("Demo");
        Debug.Log("003");

    }
    private void LateUpdate()
    {
        Debug.Log("005");
    }

    IEnumerator Demo()
    {
        Debug.Log("002");

        yield return 0;
        Debug.Log("004");
    }

将上面的脚本挂载到物体上,运行游戏场景,来查看打印的日志,可以看到下面的日志记录:

Unity 协程(Coroutine)原理与用法详解
可以很清晰的看出,协程虽然是在Update中开启,但是关于yield return null后面的代码会在下一帧运行,并且是在Update执行完之后才开始执行,但是会在LateUpdate之前执行


接下来看几个特殊的yield,他们是用在一些特殊的区域,一般不会有机会去使用,但是对于某些特殊情况的应对会很方便

  • yield return GameObject; 当游戏对象被获取到之后执行
  • yield return new WaitForFixedUpdate():等到下一个固定帧数更新
  • yield return new WaitForEndOfFrame():等到所有相机画面被渲染完毕后更新
  • yield break; 跳出协程对应方法,其后面的代码不会被执行

通过上面的一些yield一些用法以及其在脚本生命周期中的位置,我们也可以看到关于协程不是线程的概念的具体的解释,所有的这些方法都是在主线程中进行的,只是有别于我们正常使用的UpdateLateUpdate这些可视的方法

5、线程几个小用法

5.1、将一个复杂程序分帧执行:

如果一个复杂的函数对于一帧的性能需求很大,我们就可以通过yield return null将步骤拆除,从而将性能压力分摊开来,最终获取一个流畅的过程,这就是一个简单的应用

举一个案例,如果某一时刻需要使用Update读取一个列表,这样一般需要一个循环去遍历列表,这样每帧的代码执行量就比较大,就可以将这样的执行放置到协程中来处理:

public class Test : MonoBehaviour
{
    public List<int> nums = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };


    private void Update()
    {
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            StartCoroutine(PrintNum(nums));
        }
    }
	//通过协程分帧处理
    IEnumerator PrintNum(List<int> nums)
    {
        foreach(int i in nums)
        {
            Debug.Log(i);
            yield return null;
                 
        }

    }
}

上面只是列举了一个小小的案例,在实际工作中会有一些很消耗性能的操作的时候,就可以通过这样的方式来进行性能消耗的分消

5.2、进行计时器工作

当然这种应用场景很少,如果我们需要计时器有很多其他更好用的方式,但是你可以了解是存在这样的操作的,要实现这样的效果,需要通过yield return new WaitForSeconds()的延时执行的功能:

	IEnumerator Test()
    {
        Debug.Log("开始");
        yield return new WaitForSeconds(3);
        Debug.Log("输出开始后三秒后执行我");
    }

5.3、异步加载等功能

只要一说到异步,就必定离不开协程,因为在异步加载过程中可能会影响到其他任务的进程,这个时候就需要通过协程将这些可能被影响的任务剥离出来

常见的异步操作有:

  • AB资源的异步加载
  • Reaources资源的异步加载
  • 场景的异步加载
  • WWW模块的异步请求

这些异步操作的实现都需要协程的支持,可以通过我之前的一篇场景加载界面实现的文章来理解该内容:

关于异步的文章:

  • Unity 场景异步加载(加载界面的实现)

总结

通过上面的一些操作,相信你应该理解协程的基本原理与用法,以及一些相关的小知识

因为协程本身也是一个比较复杂的概念,所以我的理解也可能有错误的地方,如果你发现文章中有哪些不正确的地方,欢迎留言指出< ^ _ ^ >


程序员灯塔
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