【Unity3D日常开发】Unity3D中协程的使用

news2024/9/23 15:21:33

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大家好，我是佛系工程师☆恬静的小魔龙☆，不定时更新Unity开发技巧，觉得有用记得一键三连哦。

一、前言

最近有小伙伴问协程怎么用、怎么写，我也是会用会写，但是原理不是很明白。

学习了一下，总结出来分享给看到这篇文章的人。

如果觉得本篇文章有用别忘了点个关注，关注不迷路，持续分享更多Unity干货文章。

二、正文

2-1、协程是什么

协程就相当于C#的线程。

Unity3D是支持多线程的，只是线程不能访问主线程中的对象，虽然说线程不能访问主线程中的对象，但是可以将一些复杂的算法计算、网络连接等逻辑抛给一个线程去处理，将处理的数据放到公共的内存模块中。

Unity3D主线程就可以使用了。

那么协程是什么呢，协程就是Unity针对上面的问题提出的解决方案，协程又叫做协同程序，使用的场景主要有资源、场景的异步加载，但是可以访问主线程中的对象。

协程的本质是迭代器，能够暂停协程执行，暂停后立即返回主函数，执行主函数剩余的部分，直到中断执行完成后，从中断指令的下一行继续执行协程剩余的函数，函数全部执行完成，协程结束。由于中断执行的出现，可以将一个函数分割成多个帧中去执行。

画了一个图来说明：
在这里插入图片描述
看起来没有什么难的，接下来就来解析一下执行顺序以及协程原理。

2-2、协程原理

执行顺序：

协程中的所有初始代码，从协程开始到中断执行的位置，可以中断，协程代码中的其他部分，也就是中断执行后面的代码将出现在Unity主循环DelayeCallManager中。

协程由 C# 编译器自动生成的类实例提供支持。

此对象用于跟踪单个方法的多次调用之间的协程状态。

因为协程中的局部作用域变量必须在 yield 调用中保持一致，所以这些局部作用域变量将被保存到上一级的生成的它们的类中，从而保证在协程的存活期内保留在堆上的地址分配。

该对象还会跟踪协程的内部状态：它会记住协程暂停后必须从代码中的哪一点恢复。

因此，启动协程引起的内存压力等于固定开销成本加上其局部变量的消耗。

启动协程的代码将构造并调用此对象，然后 Unity 的DelayedCallManager在每当满足协程的暂停条件时再次调用此对象。

由于协程通常在其他协程之外启动，因此它们的执行成本将分担到上述两个位置，这两个位置又叫做协程函数和协程调度器。

执行原理：

协程函数将执行成本分给了协程函数和协程调度器，协程函数使用的是C#的迭代器，协程调度器则使用了MonoBehaviour中的生命周期函数来实现。

协程函数实现了分步，协程调度器实现了分时。

再来了解一下迭代器：
在这里插入图片描述
迭代器中有一个MoveNext函数，协程函数实现了迭代器，那么协同程序就是一步步的执行迭代器对象中国男的MoveNext函数，调用MoveNext函数会执行下一个yield return之前的逻辑，并且根据MoveNext()的返回值判断是否全部执行完毕。

而yield return通过返回Current对象，来判断执行MoveNext()的时机，这部分的工作就是通过协程的另一个部分，也就是协程调度器来实现的，协程调度器是Unity引擎实现的，理论上我们可以自己去实现一个协程调度器，感兴趣的可以自己实现一个，能进一步加深对协程的理解。

2-3、实现协程原理的代码

我们已经清楚了协程的原理，以及协程的组成部分，也就是协程函数和协程调度器，我们可以试着去实现一个，来加深对协程的理解：

using System;
using System.Collection;
using System.Collection.Gernic;
using UnityEngine;

public class YieldInstruction
{
    public IEnumerator ie;
    public float executeTime;
}

public class CoroutineMgr : MonoBehaviour
{
    private List<YieldInstruction> list = new List<YieldInstruction>();
 
    public void StartCoroutine(IEnumerator ie)
    {
        ie.MoveNext();
        if((ie.Current is null) || (ie.Current is int))
        {
            list.Add(new YieldInstruction{ ie=ie,executeTime=0; });
        }
        else if(ie.Current is WaitForSeconds)
        {
            list.Add(new YieldInstruction{ 
                ie=ie,
                executeTime=Time.time+(ie.Currentas WaitForSeconds).second });
        }
        else if (...)
        {...}
    }
 
 
 
    void Update()
    {
        // 倒序遍历方便移除
        for(int i=list.Count-1; i>=0; i--)
        {
            if(list[i].executeTime<=Time.time)
            {
                if(list[i].ie.MoveNext())
                {
                    // 如果是已定义的类型
                    if((ie.Current is null) 
                    || (ie.Current is int)) 
                    || (ie.Current is WaitForSeconds))
                    {
                        // 继续指定执行时机
                    }
                    else
                    {
                        list.RemoveAt(i);
                    }
                }
                else
                {
                    list.RemoveAt(i);
                }
            }
        }
    }
}

实现的代码主体就是这样了，当然还有一些GC回收没有做，感兴趣的可以继续优化。

2-4、使用协同程序

首先，来看一个简单的程序：

using System.Collections;
using UnityEngine;

public class TestCoroutine : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Debug.Log("在协程之前执行函数");
        StartCoroutine(m_Ien());
        Debug.Log("在协程之后执行函数");
    }

    IEnumerator m_Ien()
    {
        Debug.Log("执行函数");
        yield return new WaitForSeconds(1);//等待1秒
        Debug.Log("执行后面的函数");
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

PS：这个例子演示了，协程的执行顺序，协程的写法，协程的调用

执行顺序：
（1）执行协程之前的代码
（2）执行协程中的协程函数直到中断程序
（3）执行协程之后的代码
（4）中断程序结束执行后面的协程函数

协程写法：
（1）声明是IEnumerator 迭代器类型返回值
（2）返回值为yield return new，也就是中断程序，就跟int的返回值是0123一样，没有返回值会报错
（3）执行中断程序后面的函数

协程的yield return new返回值：

返回值介绍
yield return null; yield retun x(x代表任意数字)下一帧再执行后续代码
yield break;结束该协程
yield return new WaitForSeconds(0.3f);等待固定时间执行后续代码
yield return FunctionName();函数执行完毕后执行后续代码
yield return AsyncOperation;异步执行完毕后执行后续代码
yield return Coroutine;协程执行完毕后执行后续代码
yield return new WaitForEndOfFrame();帧渲染完成后执行后续代码
yield return new WaitForFixedUpdate();物理帧更新后执行后续代码
yield return new WaitUntil(arg);参数为true时执行后续代码

协程的调用：
（1）调用协程使用StartCoroutine(m_Ien());
（2）调用协程还可以这么写StartCoroutine(“m_Ien”);
（3）终止协程用StopCoroutine(m_Ien());
（4）终止协程还可以这么写StopCoroutine(“m_Ien”);
（5）声明协程再终止协程，mCoroutine= StartCoroutine(m_Ien());StopCoroutine(mCoroutine);
（6）终止所有协程StopAllCoroutines();

2-5、实现一个自己的WaitForSeconds

协程的所能达到的效果就是在指定的时间点上执行需要执行的代码，Unity中开始一个协程的函数是StartCoroutine，而提供的延迟的类有以下几种分别是：

new WaitForEndOfFrame; //等待一帧
new WaitForFixedUpdate; //等待一个FixedUpdate（固定时间间隔）
new WaitForSeconds; //等待X秒
new WWW; //等待外部资源加载完毕

本节就针对其中的WaitForSeconds实现进行探究。

因为在开发过程中，很多时候会遇到一种情况就是，超时或者是符合某种条件就继续运行，使用系统提供WaitForSeconds已经无法满足要求了。

这时候有两种解决方法，一种是使用StopCoroutine来停止协程，但是对于Unity来说，这种行为会造成很大的开销；第二种就是可以采用重写WaitForSeconds，使它能达到我们的要求。

以下是重写WaitForSeconds的代码：

/// <summary>
/// 任务扩展
/// </summary>
static class CTaskExtend
{
    static public IEnumerator WaitForSeconds(float second)
    {
        DateTime init_dt = DateTime.Now;
        TimeSpan time;
        while (true)
        {
            time = DateTime.Now - init_dt;
            if (time.TotalSeconds <= second)
            {
                yield return null;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
    }
}

调用的方法与Unity差不多：

yield return CTaskExtend.WaitForSeconds(delayTime);

那么如果遇到之前说的那一种情况（超时或者是符合某种条件就继续运行），这里需要做怎么样的改动呢？如下：

/// <summary>
/// 任务扩展
/// </summary>
static class CTaskExtend
{
    public delegate bool CondDelegate();
    static public IEnumerator WaitForSeconds(float second, CondDelegate cond = null)
    {
        DateTime init_dt = DateTime.Now;
        TimeSpan time;
        while (true)
        {
            time = DateTime.Now - init_dt;
            if (time.TotalSeconds <= second && !cond())
            {
                yield return null;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
    }
}

加上了一个回调函数，每次都会检查这个函数是否为true，如果为true则停止等待。

2-6、自定义yield new return

我发现协程的返回值有这个：

yield return Coroutine;//协程执行完毕后执行后续代码

也就是协程类型的返回值，我在想，是不是可以通过扩展Coroutine，来写一个自定义的中断指令，也就是yield new return。

我们假设这样一种情况，当一个动画播放后，再执行其他函数。

参考代码如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;
 
public class WaitForEndOfAnim : IEnumerator
{
    AnimationState m_animState;
 
    public WaitForEndOfAnim(AnimationState animState)
    {
        m_animState = animState;
    }
    //-- IEnumerator Interface
    public object Current
    {
        get
        {
            return null;
        }
    }
 
    //-- IEnumerator Interface
    public bool MoveNext()
    {
        return m_animState.enabled;
    }
 
    //-- IEnumerator Interface
    public void Reset()
    {
    }
}

这里面核心的逻辑就在“MoveNext”函数中，我通过m_animState.enabled来判断动画是否播放完了。

完整的测试代码如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;
 
public class UnitTest : MonoBehaviour
{
 
    // Use this for initialization
    void Start()
    {
    }
 
    void OnGUI()
    {
        GUILayout.BeginArea(new Rect(6, 6, 200, 300));
        GUILayout.BeginVertical();
        GUILayout.Box("Conrountinue测试");
 
        if (GUILayout.Button("启动"))
        {
            StartCoroutine(DoTest());
        }
 
        GUILayout.EndVertical();
        GUILayout.EndArea();
    }
 
    IEnumerator DoTest()
    {
 
        Animation anim = GetComponentInChildren<Animation>();
        AnimationState animAttack = anim["attack"];
        animAttack.speed = 0.1f;
 
        AnimationState animHit = anim["hit"];
        animHit.speed = 0.1f;
 
        AnimationState animDie = anim["die"];
        animDie.speed = 0.1f;
 
        Debug.Log("1.开始播放攻击动画。" + Time.time * 1000);
        anim.Play(animAttack.name);
        yield return StartCoroutine(new WaitForEndOfAnim(animAttack));
 
        Debug.Log("2.开始播放受击动画。" + Time.time * 1000);
        anim.Play(animHit.name);
        yield return StartCoroutine(new WaitForEndOfAnim(animHit));
 
        Debug.Log("3.开始播放死亡动画。" + Time.time * 1000);
        anim.Play(animDie.name);
        yield return StartCoroutine(new WaitForEndOfAnim(animDie));
    }
}

三、后记

这篇文章详细讲解了Unity3D的协程的原理以及使用。

以及重写协程程序的返回值和自定义协程返回值。

对于某些代码来说难度比较高，推荐多理解多练习。

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