游戏引擎Unity中的单线程与多线程

因为工作的原因，第一次接触到Unity3D游戏引擎，开拓了眼界，学到不少新知识。

今天与大家聊一聊我觉得在Unity3D中最基础也是最重要的概念：Unity3D的单线程与多线程。

最近项目中，有一个网络操作的小需求，我按照其他移动端的研发经验，使用Unity的网络库UnityEngine.WWW或者UnityEngine.Networking，然后new Thread放入子线程运行网络，结果非常尴尬的遇到了can only be called from themain thread.的异常，百思不得其解。

为什么不能在子线程中操作UnityEngineSDK？

我带着这个疑问，开始了探索。发现如下规律：

1. UnityEngine的API与对象都不能在子线程中运行。

2. UnityEngine定义的基本结构(int,float,Struct定义的数据类型)可以在子线程中运行。例如Vector3(Struct)可以，但Texture2d对象则不可以，因为其根父类为UnityEngine.Object)。

概括起来，Unity3D中的子线程无法运行Unity SDK API。

其实，当Unity对其SDK做了这个限制之后，我们可以非常肯定的说Unity是单线程的游戏引擎。

为什么要做这个限制？因为游戏中逻辑更新和画面更新的时间点要求有确定性，必须按照帧序列严格保持同步，否则就会出现游戏中的对象不同步的现象。多线程也能保证这个效果，但如果引入多线程，会加大同步处理的难度与游戏的不稳定性。脑补一下这张图中的场景，如果卡顿了是什么感受:-)

明白了Unity3D是单线程设计之后，我继续带着疑问探索。

Unity3D的线程运行机制是怎样的呢？

近写了一点游戏脚本，一般都要求继承MonoBehavior对象，会在OnStart()中做地图初始化，在OnUpdate()中进行帧刷新，然后MonoBehavior脚本可以作为一个Component挂载到某个GameObject中。

这一点点入门级的理解大致能在游戏中把地图引擎跑起来，但是并没有深入的去理解这些框架函数的执行原理。

先上一张Unity3D运行机制的图：

初看起来可能不太理解，但是随着项目深入，相信会逐步理解其中的含义。

第一次学**Unity3D，我认为可以简单一点理解：这是一个单线程的帧循环，每一次绘制都会重新走一遍生命周期。

展开来说，主要包含以下部分：

1. 初始化。对于常用的OnStart()框架方法只会被调用一次。

2. 物理。比如游戏中的碰撞处理。

3. 事件输入。例如手势

4. Update(), 协程(Coroutine)，LastUpdate()

5. 渲染Rendering。包含常用的OnPreRender(),onPostRender()

6. 销毁。
掌握这张图的精髓或许是理解Unity3D的关键，需要时间沉淀。目前我所掌握的有：

OnPreRender:在相机开始渲染场景之前调用此函数。

OnPostRender: 在相机完成场景渲染后调用此函数。

Update: 在每帧上调用一次 Update() 函数。

Unity3D中协程(Coroutine)究竟是什么？

介绍完了Unity3D的生命周期，来说说协程(Coroutine)。

协程是什么呢？总体来说，对与Unity，它是单线程的设计，它更倾向使用time slicing（时间分片）的协程（coroutine）去完成异步任务，融合到了刚刚提到的生命周期中。

要理解协程，先回顾下线程：线程是操作系统级别的概念，现代操作系统都实现并且支持线程，线程的调度对应用开发者是透明的，开发者无法预期某线程在何时被调度执行。基于此，一般那种随机出现的BUG，多与线程调度相关。

而协程Coroutine是编译器级的，本质还是一个线程时间分片去执行代码段。它通过**相关的代码使得代码段能够实现分段式的执行，显式调用yield函数后才被挂起，重新开始的地方是yield关键字指定的，一次一定会跑到一个yield对应的地方。因为协程本质上还是在主线程里执行的，需要内部有一个类似栈的数据结构，当该coroutine被挂起时要保存该coroutine的数据现场以便恢复执行。

在Unity3D中，协程是可自行停止运行 (yield)，直到给定的 YieldInstruction 结束再继续运行的函数。 协程 (Coroutines) 的不同用途：

　　• yield; 在下一帧上调用所有 Update 函数后，协同程序将继续运行。

　　• yield WaitForSeconds(2); 在指定的时间延迟之后，为此帧调用所有 Update 函数之后继续运行

　　• yield WaitForFixedUpdate(); 在所有脚本上调用所有 FixedUpdate 后继续运行

　　• yield WWW 完成 WWW 下载后继续运行。

　　• yield StartCoroutine(MyFunc); 连接协同程序，并等待 MyFunc coroutine 首先结束。

也就是说，将代码段分散在不同的帧中，每次执行一段，下一帧再执行yield挂起的地方。

(编辑：mao35  来源：网络整理)