Unity协程机制详解

🕗 发布于 2024-12-12 17:02 unity

Unity的协程（Coroutine）是一种异步编程的机制，允许在多个帧之间分割代码的执行，而不阻塞主线程。与传统的多线程不同，Unity的协程在主线程中运行，并不会开启新的线程。

什么是协程？

协程是一种能在一定条件下暂停执行，并在稍后恢复执行的函数。它允许将一个任务拆分为多个小任务，每一小段任务可以在多个帧内完成，而不是在一帧内阻塞主线程。

在Unity中，协程通过StartCoroutine方法启动，并可以通过yield关键字来暂停执行，直到满足特定条件（例如等待时间、等待帧、等待另一个协程完成等）后继续运行。

协程的语法

在Unity中，协程的基本语法如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class CoroutineExample : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        // 启动一个协程
        StartCoroutine(MyCoroutine());
    }

    IEnumerator MyCoroutine()
    {
        Debug.Log("第1步: 开始协程");

        // 等待3秒
        yield return new WaitForSeconds(3);
        Debug.Log("第2步: 等待3秒完成");

        // 等待一帧
        yield return null;
        Debug.Log("第3步: 等待一帧完成");

        // 等待直到某个条件为真
        yield return new WaitUntil(() => Time.time > 5);
        Debug.Log("第4步: 等待直到Time.time > 5");
    }
}

StartCoroutine(MyCoroutine())：启动一个协程，执行MyCoroutine()函数。
yield return new WaitForSeconds(3)：暂停执行，等待3秒后恢复执行。
yield return null：暂停当前协程，等到下一帧再恢复执行。
yield return new WaitUntil(() => Time.time > 5)：暂停，直到Time.time > 5为true时恢复执行。

启动和停止协程

启动协程

StartCoroutine(“方法名”)：使用字符串指定协程名称。
StartCoroutine(方法())：传递协程的IEnumerator方法。
示例：

StartCoroutine("MyCoroutine");
StartCoroutine(MyCoroutine());

停止协程

StopCoroutine(方法名或引用)：停止指定的协程。
StopAllCoroutines()：停止脚本中所有正在运行的协程。

Coroutine myCoroutine;

void Start()
{
    myCoroutine = StartCoroutine(MyCoroutine());
}

void StopIt()
{
    StopCoroutine(myCoroutine); // 停止指定的协程
    StopAllCoroutines(); // 停止当前脚本中的所有协程
}

注意：使用StopCoroutine时，不能使用StartCoroutine(“MyCoroutine”)的字符串方式，因为无法引用该协程。

协程的yield语法详解

yield的作用是暂停当前协程的执行，直到指定的条件满足。Unity中常见的yield操作有：

yield return null; 等待一帧
yield return new WaitForSeconds(t); 等待t秒
yield return new WaitUntil(predicate); 等待直到条件为真
yield return new WaitWhile(predicate); 等待直到条件为假
yield return StartCoroutine(协程); 等待另一个协程完成
yield break; 终止协程，立即退出

常见的协程应用场景

场景切换中的加载动画

在场景加载的过程中显示加载动画，而不是卡顿的黑屏。

IEnumerator LoadSceneAsync()
{
    AsyncOperation operation = SceneManager.LoadSceneAsync("SceneName");
    
    while (!operation.isDone)
    {
        Debug.Log($"加载进度：{operation.progress * 100}%");
        yield return null; // 等待一帧
    }

    Debug.Log("场景加载完成");
}

动画和特效的控制

在播放一段动画或特效时，等待动画播放完成再继续后续操作。

IEnumerator PlayAnimation()
{
    Animator animator = GetComponent<Animator>();
    animator.Play("Attack");
    yield return new WaitForSeconds(2); // 等待动画播放2秒
    Debug.Log("动画播放完成，执行其他操作");
}

定时触发的任务

IEnumerator SpawnEnemies()
{
    while (true)
    {
        Instantiate(enemyPrefab, transform.position, Quaternion.identity);
        yield return new WaitForSeconds(5); // 每隔5秒刷怪
    }
}

协程和多线程的区别

协程	多线程
运行在主线程中	每个线程有独立的执行流
使用yield暂停	使用Thread.Sleep等
不需要上下文切换，效率高	需要操作系统的线程调度，性能开销大
主要用于异步逻辑操作	主要用于计算密集型操作

注意事项和最佳实践

不要阻塞主线程：协程在主线程中运行，while(true)的无限循环会冻结游戏。
避免频繁调用StartCoroutine：如果在Update中频繁调用StartCoroutine，会导致性能下降。
避免内存泄漏：未手动停止的协程会一直运行，导致内存泄漏。可用StopCoroutine来手动控制协程的停止。
不要用字符串调用协程：StartCoroutine(“MyCoroutine”)的方式不易调试和管理，建议使用StartCoroutine(MyCoroutine())。
不要滥用协程：协程适用于需要在多个帧内分段执行的任务。对于简单的帧内任务，尽量不要使用协程。

Unity的协程机制提供了一种轻量的异步任务调度，适合在游戏中实现等待、计时、加载动画、场景切换等操作。与多线程相比，协程的运行成本更低，控制也更简单。通过yield来暂停和恢复代码执行，可以显著提高游戏性能和玩家体验。合理使用协程有助于优化游戏中的异步任务。

Unity是如何实现协程的

Unity的协程原理基于迭代器（Iterator）和C#的IEnumerator接口，而不是多线程。Unity的协程并不会新开一个线程去执行逻辑，而是在主线程中调度，通过“分段执行”的方式控制代码的暂停和恢复。

协程的原理概述

C#中的迭代器和yield return

协程的本质是C#的迭代器（Iterator），而yield return就是一种控制流的中断标志。
当执行到yield return时，Unity会将当前协程的“状态”保存起来，并在下一个“可用的时机”恢复执行。

Unity的调度器（Coroutine Scheduler）

Unity每一帧都会检查哪些协程需要恢复执行。
如果一个协程调用了yield return WaitForSeconds(2)，Unity会在2秒后恢复该协程，并从上次中断的位置继续执行。
这种调度机制与多线程无关，一切都在主线程中运行。

执行流程

Unity的MonoBehaviour管理协程，通过内部的队列/列表维护所有活跃的协程。
每一帧，Unity会遍历这些协程，检查是否满足“恢复执行”的条件（如时间已到、等待的条件达成等）。
如果条件满足，Unity会调用该协程的MoveNext()方法，让协程继续运行，直到遇到下一个yield语句。

协程的实现细节

要理解Unity如何实现协程，必须先掌握C#的IEnumerator和yield return的机制。

C# 的 IEnumerator 和 yield return
当在C#中使用yield return时，编译器会自动将方法“拆分”成状态机（State Machine），而这个状态机可以跟踪函数的当前执行位置。
示例如下：

IEnumerator MyCoroutine()
{
    Debug.Log("第1步");
    yield return new WaitForSeconds(1); // 暂停1秒
    Debug.Log("第2步");
    yield return new WaitForSeconds(2); // 暂停2秒
    Debug.Log("第3步");
}

编译器生成的等价状态机代码如下（简化版，省略了复杂的状态机细节）：

public class MyCoroutineStateMachine : IEnumerator
{
    private int state = 0; // 用于跟踪当前执行到的位置
    public object Current { get; private set; } // yield返回的内容

    public bool MoveNext()
    {
        switch (state)
        {
            case 0:
                Debug.Log("第1步");
                Current = new WaitForSeconds(1);
                state = 1;
                return true; // 表示协程还没有结束
            case 1:
                Debug.Log("第2步");
                Current = new WaitForSeconds(2);
                state = 2;
                return true;
            case 2:
                Debug.Log("第3步");
                state = -1; // 表示协程结束
                return false;
        }
        return false;
    }

    public void Reset() { }
}

解释：

state：控制当前协程的“步骤状态”，state=0表示正在执行第1步，state=1表示执行第2步。
Current：表示yield return的结果（如WaitForSeconds(1)）。
MoveNext()：每当Unity的调度器在新一帧时调用MoveNext()，协程的控制流就会跳转到当前的state位置。
当state为-1时，协程结束，MoveNext()返回false。
这段代码表明，Unity通过“状态机 + 迭代器”的机制，将协程拆分成多个小的执行步骤，这些步骤会在每一帧内被调度器分阶段运行。

Unity的调度器 (Scheduler)

Unity在每一帧都会遍历所有的协程，并调用每个协程的MoveNext()方法。
如果MoveNext()返回true，Unity会继续等待，否则Unity将把这个协程从队列中删除。
Unity在执行MoveNext()时会检查Current的返回值：
- 如果是null：表示立即恢复（继续执行）
- 如果是WaitForSeconds：Unity会记录当前的“等待时间”，然后延迟恢复协程。
- 如果是CustomYieldInstruction：例如yield return new WaitUntil()，Unity会检测其条件是否满足。

Unity的协程工作流程图

[Unity Start] 
     ↓ 
[协程被添加到队列] 
     ↓ 
[每一帧调用协程的MoveNext()]  
     ↓ 
[检测Current] 
   └─> 如果是 WaitForSeconds，等待指定时间
   └─> 如果是 WaitUntil/WaitWhile，检查条件
   └─> 如果是 null，直接继续执行
     ↓ 
[如果协程结束，则从队列中移除]

小结

Unity的协程依赖C#的迭代器，通过IEnumerator生成的状态机来分段执行代码。
Unity的调度器每一帧都会检查和恢复协程，基于Current的结果来决定是否继续执行。
协程不会并行执行，只是在主线程上“暂停-恢复”代码。

原文地址：https://blog.csdn.net/n5/article/details/144402436

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