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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：

1. using UnityEngine;
2. using System.Collections;
3. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {
4. private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
5. private bool isUpdateCall = false;
6. private bool isLateUpdateCall = false;
7. // Use this for initialization
8. void Start () {
9. if (!isStartCall)
10. {
11. Debug.Log("Start Call Begin");
12. StartCoroutine(StartCoutine());
13. Debug.Log("Start Call End");
14. isStartCall = true;
15. }
16. }
17. IEnumerator StartCoutine()
18. {
19. Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
20. yield return new WaitForSeconds(1f);
21. Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
22. }
23. // Update is called once per frame
24. void Update () {
25. if (!isUpdateCall)
26. {
27. Debug.Log("Update Call Begin");
28. StartCoroutine(UpdateCoutine());
29. Debug.Log("Update Call End");
30. isUpdateCall = true;
31. }
32. }
33. IEnumerator UpdateCoutine()
34. {
35. Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
36. yield return new WaitForSeconds(1f);
37. Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
38. }
39. void LateUpdate()
40. {
41. if (!isLateUpdateCall)
42. {
43. Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
44. StartCoroutine(LateCoutine());
45. Debug.Log("LateUpdate Call End");
46. isLateUpdateCall = true;
47. }
48. }
49. IEnumerator LateCoutine()
50. {
51. Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
52. yield return new WaitForSeconds(1f);
53. Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
54. }
55. }

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：

1. using UnityEngine;
2. using System.Collections;
3. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {
4. private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
5. private bool isUpdateCall = false;
6. private bool isLateUpdateCall = false;
7. // Use this for initialization
8. void Start () {
9. if (!isStartCall)
10. {
11. Debug.Log("Start Call Begin");
12. StartCoroutine(StartCoutine());
13. Debug.Log("Start Call End");
14. isStartCall = true;
15. }
16. }
17. IEnumerator StartCoutine()
18. {
19. Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
20. yield return null;
21. Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
22. }
23. // Update is called once per frame
24. void Update () {
25. if (!isUpdateCall)
26. {
27. Debug.Log("Update Call Begin");
28. StartCoroutine(UpdateCoutine());
29. Debug.Log("Update Call End");
30. isUpdateCall = true;
31. }
32. }
33. IEnumerator UpdateCoutine()
34. {
35. Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
36. yield return null;
37. Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
38. }
39. void LateUpdate()
40. {
41. if (!isLateUpdateCall)
42. {
43. Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
44. StartCoroutine(LateCoutine());
45. Debug.Log("LateUpdate Call End");
46. isLateUpdateCall = true;
47. }
48. }
49. IEnumerator LateCoutine()
50. {
51. Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
52. yield return null;
53. Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
54. }
55. }

『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：

1. using UnityEngine;
2. using System.Collections;
3. public class TestCoroutine : MonoBehaviour {
4. private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
5. private bool isUpdateCall = false;
6. private bool isLateUpdateCall = false;
7. // Use this for initialization
8. void Start () {
9. if (!isStartCall)
10. {
11. Debug.Log("Start Call Begin");
12. StartCoroutine(StartCoutine());
13. Debug.Log("Start Call End");
14. isStartCall = true;
15. }
16. }
17. IEnumerator StartCoutine()
18. {
19. Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
20. yield return new WaitForSeconds(1f);
21. Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
22. }
23. // Update is called once per frame
24. void Update () {
25. if (!isUpdateCall)
26. {
27. Debug.Log("Update Call Begin");
28. StartCoroutine(UpdateCoutine());
29. Debug.Log("Update Call End");
30. isUpdateCall = true;
31. this.enabled = false;
32. //this.gameObject.SetActive(false);
33. }
34. }
35. IEnumerator UpdateCoutine()
36. {
37. Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
38. yield return new WaitForSeconds(1f);
39. Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
40. yield return new WaitForSeconds(1f);
41. Debug.Log("This is Update Coroutine Call Second");
42. }
43. void LateUpdate()
44. {
45. if (!isLateUpdateCall)
46. {
47. Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
48. StartCoroutine(LateCoutine());
49. Debug.Log("LateUpdate Call End");
50. isLateUpdateCall = true;
51. }
52. }
53. IEnumerator LateCoutine()
54. {
55. Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
56. yield return null;
57. Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
58. }
59. }

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）：

1. using System;
2. using System.Collections.Generic;
3. using System.Linq;
4. using UnityEngine;
5. using System.Collections;
6. [RequireComponent(typeof(GUIText))]
7. public class Hijack : MonoBehaviour {
8. //This will hold the counting up coroutine
9. IEnumerator _countUp;
10. //This will hold the counting down coroutine
11. IEnumerator _countDown;
12. //This is the coroutine we are currently
13. //hijacking
14. IEnumerator _current;
15. //A value that will be updated by the coroutine
16. //that is currently running
17. int value = 0;
18. void Start()
19. {
20. //Create our count up coroutine
21. _countUp = CountUp();
22. //Create our count down coroutine
23. _countDown = CountDown();
24. //Start our own coroutine for the hijack
25. StartCoroutine(DoHijack());
26. }
27. void Update()
28. {
29. //Show the current value on the screen
30. guiText.text = value.ToString();
31. }
32. void OnGUI()
33. {
34. //Switch between the different functions
35. if(GUILayout.Button("Switch functions"))
36. {
37. if(_current == _countUp)
38. _current = _countDown;
39. else
40. _current = _countUp;
41. }
42. }
43. IEnumerator DoHijack()
44. {
45. while(true)
46. {
47. //Check if we have a current coroutine and MoveNext on it if we do
48. if(_current != null && _current.MoveNext())
49. {
50. //Return whatever the coroutine yielded, so we will yield the
51. //same thing
52. yield return _current.Current;
53. }
54. else
55. //Otherwise wait for the next frame
56. yield return null;
57. }
58. }
59. IEnumerator CountUp()
60. {
61. //We have a local increment so the routines
62. //get independently faster depending on how
63. //long they have been active
64. float increment = 0;
65. while(true)
66. {
67. //Exit if the Q button is pressed
68. if(Input.GetKey(KeyCode.Q))
69. break;
70. increment+=Time.deltaTime;
71. value += Mathf.RoundToInt(increment);
72. yield return null;
73. }
74. }
75. IEnumerator CountDown()
76. {
77. float increment = 0f;
78. while(true)
79. {
80. if(Input.GetKey(KeyCode.Q))
81. break;
82. increment+=Time.deltaTime;
83. value -= Mathf.RoundToInt(increment);
84. //This coroutine returns a yield instruction
85. yield return new WaitForSeconds(0.1f);
86. }
87. }
88. }

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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