Unity应用架构设计(10)——绕不开的协程和多线程（Part 1）

在进入本章主题之前，我们必须要了解客户端应用程序都是单线程模型，即只有一个主线程（Main Thread），或者叫做UI线程，即所有的UI控件的创建和操作都是在主线程上完成的。而服务器端应用程序，也就是我们常见的Web应用程序往往是多线程的，故用户A访问势必不会影响用户B的访问过程。所以对于Web应用而言，多线程的数据同步和并发的管理往往是个头疼的问题。那么对于客户端应用程序而言，就一个人使用，还要需要考虑多线程吗？

是否需要多线程？

这是个好问题，从设备的硬件上，这已不是瓶颈：

学过操作系统的同学肯定知道CPU是真正的处理大脑，在单核的CPU年代，在某一时刻CPU只能处理一个线程，通过CPU的调度来实现在不同线程间切换工作。由于CPU调度的时间很快，所以给人造成并发的假象。
随着硬件的提升，多核CPU已经是常态化了。比如双核CPU而言，某一时刻可以有2个线程并行计算。

所以，是否需要在客户端使用多线程技术，还是取决于你的应用的复杂度：

• 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，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。

协程的内部原理

回到本文的主题，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 <MyEnumerator>d__1 : IEnumerator<object>, IEnumerator, IDisposable
    {
        private int <>1__state;
        private object <>2__current;
        public Test <>4__this;

        [DebuggerHidden]
        public <MyEnumerator>d__1(int <>1__state)
        {
            this.<>1__state = <>1__state;
        }

        private bool MoveNext()
        {
            switch (this.<>1__state)
            {
                case 0:
                    this.<>1__state = -1;
                    UnityEngine.Debug.Log("wait for 1s");
                    this.<>2__current = new WaitForSeconds(1f);
                    this.<>1__state = 1;
                    return true;

                case 1:
                    this.<>1__state = -1;
                    UnityEngine.Debug.Log("wait for 2s");
                    this.<>2__current = new WaitForSeconds(2f);
                    this.<>1__state = 2;
                    return true;

                case 2:
                    this.<>1__state = -1;
                    UnityEngine.Debug.Log("wait for 3s");
                    this.<>2__current = new WaitForSeconds(3f);
                    this.<>1__state = 3;
                    return true;

                case 3:
                    this.<>1__state = -1;
                    return false;
            }
            return false;
        }

        object IEnumerator.Current
        {
            [DebuggerHidden]
            get
            {
                return this.<>2__current;
            }
        }

        //...省略...
    }
}

有几点可以确定：

• yield是个语法糖，编译过后的代码看不到yield
• 编译器在内部创建了一个枚举类 <MyEnumerator>d__1
• yield return 被声明为枚举时的下一项，即Current属性，通过MoveNext方法来访问结果

OK,通过层层推进，想必你对Untiy中的协程有一定的了解了。再回过头来，我将yield翻译成了中断和产出，谈谈我的理解。

• 中断：传统的方法代码块执行流程是从上到下依次执行，而yield构成的迭代块是告诉编译器如何创建枚举器的行为，反编译得到的结果可以看到，它们的执行并不是连续的，而是通过switch来从一个状态(state)跳转到另一个状态
• 产出：yield 是和return连用， yield return之后的语句被编译器赋值给current变量,最终通过Current属性产出枚举项

小结

本文的初衷是想介绍如何在Unity中使用多线程，但协程往往是绕不开的话题，于是索性就剖析了下它，故决定单独成一篇。本章内容对多线程开了个头，我将在下篇文章中说说怎样在Unity中使用和管理多线程。
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