Unity协程（Coroutine）原理深入剖析

Unity协程（Coroutine）原理深入剖析

By D.S.Qiu

尊重他人的劳动，支持原创，转载请注明出处：http.dsqiu.iteye.com

其实协程并没有那么复杂，网上很多地方都说是多线程什么的，真是误人子弟。。
在传统实时游戏中，在update中要延迟执行一些代码，或者满足一定条件后执行一些代码。需要在update添加一个计时器，用当前时间来减去前面记录的时间来判断执行。当这种情况越来越多的时候，会添加很多变量和代码，代码就越来越乱。。
实时游戏写多了就知道。。这时候一般会抽象一个框架出来处理这个问题。
而协程可以说是unity的一个框架，为解决这个问题而设计的一个设计模式。。套着这个概念来写，让这种代码非常整洁易维护。。和C#的多线程是两码事。。

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 = ;  

    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 = ;
        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（gd.s.qiu@gmail.com)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