面经-unity多线程原理相关

Unity协程（Coroutine）原理详解

1. 基本原理

协程本质上是一个迭代器（Iterator），它利用了C#的迭代器模式和yield关键字。它不是真正的多线程，而是一种特殊的程序执行方式。

工作流程：

1.暂停和恢复

• 当遇到yield语句时，协程会保存当前的执行状态

• 将控制权返回给Unity的主循环

• 在适当的时机恢复执行

2.状态机

• 编译器会将协程方法转换为一个状态机

• 每个yield语句对应一个状态

• 恢复执行时从上次的状态继续

2. 执行时机

Unity的执行循环：

Update循环：
1. Input Events
2. Update()
3. yield return null 的协程
4. Late Update()
5. 渲染

不同yield指令的执行时机：

• yield return null - 下一帧Update之前

• yield return new WaitForFixedUpdate() - 下一次物理更新时

• yield return new WaitForEndOfFrame() - 当前帧渲染完成后

• yield return new WaitForSeconds() - 基于Time.time计时

3. 内部实现机制

状态机转换

当你写一个协程时：

IEnumerator MyCoroutine() 
{
    Debug.Log("Start");
    yield return new WaitForSeconds(1f);
    Debug.Log("End");
}

编译器会这样转换成类似的状态机

private sealed class <MyCoroutine>d__1 : IEnumerator 
{
    private int state;
    private object current;
    
    public <MyCoroutine>d__1(int state) 
    {
        this.state = state;
    }
    
    public bool MoveNext() 
    {
        switch (state) 
        {
            case 0:
                Debug.Log("Start");
                current = new WaitForSeconds(1f);
                state = 1;
                return true;
            case 1:
                Debug.Log("End");
                state = 2;
                return false;
            default:
                return false;
        }
    }
    
    public object Current 
    {
        get { return current; }
    }
}

4. 内存管理

协程的内存分配：

1.状态机对象

• 每次启动协程时创建

• 包含局部变量和执行状态

2.YieldInstruction对象

• 每个yield return语句可能创建新对象

• 可以通过缓存减少分配

生命周期：

1.创建：StartCoroutine调用时

2.运行：Unity主循环中调度

3.销毁：

• 协程完成时

• 手动停止时

• MonoBehaviour禁用时

5. 调度机制

Unity的协程调度器：

1.维护一个活动协程列表

2.每帧检查需要执行的协程

3.根据YieldInstruction类型决定执行时机

4.调用MoveNext()推进协程状态

优先级：

1.Update前的协程

2.Update

3.Update后的协程

4.LateUpdate

5.帧结束时的协程

6. 限制和注意事项

技术限制：

1.单线程执行

• 所有协程在主线程运行

• 不能进行真正的并行处理

2.状态保存

• 只能保存基本的执行状态

• 不保存完整的调用栈

3.异常处理

• try-catch块跨越yield语句时可能失效

• 需要特殊的错误处理机制

性能考虑：

1.内存开销

• 每个活动协程占用内存

• yield指令可能产生垃圾回收

2.CPU开销

• 协程调度有额外开销

• 过多活动协程会影响性能

7. 最佳实践

使用场景：

1.适合用协程的情况：

• 需要随时间推移的操作

• 等待特定条件

• 分帧执行大量工作

2.不适合用协程的情况：

• CPU密集型计算

• 需要真正并行的操作

• 关键性能代码

性能优化：

1.重用YieldInstruction对象

2.适当分批处理

3.及时清理不需要的协程

4.避免过多嵌套

理解协程的这些原理，可以帮助我们更好地使用它，避免常见陷阱，并在适当的场景选择它作为解决方案。