浅析unity/xlua中的协程实现

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一、序言

在unity的游戏开发中，对于异步操作，有一个避免不了的操作: 协程，以前一直理解的懵懵懂懂，最近认真充电了一下，通过前辈的文章大体理解了一下，在这儿抛砖引玉写一些个人理解。当然首先给出几篇写的非常精彩优秀的文章，最好认真拜读一下：

王迅：Coroutine从入门到劝退​zhuanlan.zhihu.com  

Unity3d中协程的原理，你要的yield return new xxx的真正理解之道​blog.csdn.net  

Unity协程（Coroutine）原理深入剖析​dsqiu.iteye.com

好了，接下来就从一个小白的视角开始理解协程。

 

二、常见使用协程的示例

经常，我们会利用monobehaviour的startcoroutine来开启一个协程，这是我们在使用unity中最常见的直观理解。在这个协程中执行一些异步操作，比如下载文件，加载文件等，在完成这些操作后，执行我们的回调。 举例说明:

public static void Download(System.Action finishCB)
{
      string url = "https: xxxx";
      StartCoroutine(DownloadFile(url));
}

private static IEnumerator DownloadFile(string url)
{
     UnityWebRequest request = UnityWebRequest.Get(url);
     request.timeout = 10;
     yield return request.SendWebRequest();
     if(request.error != null)      
     {
                Debug.LogErrorFormat("加载出错： {0}, url is: {1}", request.error, url);
                request.Dispose();
                yield break;
      }
     
      if(request.isDone)
      {
            string path = "xxxxx";
            File.WriteAllBytes(path, request.downloadHandler.data);
            request.Dispose();
            yiled break;
      }
}

这个例子中，用到了几个关键词： IEnumerator/yield return xxx/ yield break/StartCoroutine, 那么我们从这几个关键词入手，去理解这样的一个下载操作具体实现。

1、关键词 IEnumerator

这个关键词不是在Unity中特有，unity也是来自c#，所以找一个c#的例子来理解比较合适。首先看看IEnumerator的定义：

public interface IEnumerator
{
     bool MoveNext();
     void Reset();
     Object Current{get;}
}

从定义可以理解，一个迭代器，三个基本的操作：Current/MoveNext/Reset， 这儿简单说一下其操作的过程。在常见的集合中，我们使用foreach这样的枚举操作的时候，最开始，枚举数被定为在集合的第一个元素前面，Reset操作就是将枚举数返回到此位置。

迭代器在执行迭代的时候，首先会执行一个 MoveNext， 如果返回true，说明下一个位置有对象，然后此时将Current设置为下一个对象，这时候的Current就指向了下一个对象。当然c#是如何将这个IEnumrator编译成一个对象示例来执行，下面会讲解到。

2、关键词 Yield

c#中的yield关键词，后面有两种基本的表达式：

yield return <expresion>
yiled break

yield break就是跳出协程的操作，一般用在报错或者需要退出协程的地方。

yield return是用的比较多的表达式，具体的expresion可以以下几个常见的示例:

WWW : 常见的web操作，在每帧末调用，会检查isDone/isError，如果true，则 call MoveNext
WaitForSeconds: 检测间隔时间是否到了，返回true， 则call MoveNext
null: 直接 call MoveNext
WaitForEndOfFrame: 在渲染之后调用， call MoveNext

好了，有了对几个关键词的理解，接下来我们看看c#编译器是如何把我们写的协程调用编译生成的。

 

三、c#对协程调用的编译结果

这儿没有把上面的例子编译生成，就借用一下前面文章中的例子 :b

class Test
{
     static IEnumerator GetCounter()
     {
           for(int count = 0; count < 10; count++)
           {
                yiled return count;
           }
      }
}

其编译器生成的c++结果：

internal class Test  
{  
    // GetCounter获得结果就是返回一个实例对象 
    private static IEnumerator GetCounter()  
    {  
        return new <GetCounter>d__0(0);  
    }  
  
    // Nested type automatically created by the compiler to implement the iterator  
    [CompilerGenerated]  
    private sealed class <GetCounter>d__0 : IEnumerator<object>, IEnumerator, IDisposable  
    {  
        // Fields: there'll always be a "state" and "current", but the "count"  
        // comes from the local variable in our iterator block.  
        private int <>1__state;  
        private object <>2__current;  
        public int <count>5__1;  
      
        [DebuggerHidden]  
        public <GetCounter>d__0(int <>1__state)  
        {  
           //初始状态设置
            this.<>1__state = <>1__state;  
        }  
  
        // Almost all of the real work happens here  
        //类似于一个状态机，通过这个状态的切换，可以将整个迭代器执行过程中的堆栈等环境信息共享和保存
        private bool MoveNext()  
        {  
            switch (this.<>1__state)  
            {  
                case 0:  
                    this.<>1__state = -1;  
                    this.<count>5__1 = 0;  
                    while (this.<count>5__1 < 10)        //这里针对循环处理  
                    {  
                        this.<>2__current = this.<count>5__1;  
                        this.<>1__state = 1;  
                        return true;  
                    Label_004B:  
                        this.<>1__state = -1;  
                        this.<count>5__1++;  
                    }  
                    break;  
  
                case 1:  
                    goto Label_004B;  
            }  
            return false;  
        }  
  
        [DebuggerHidden]  
        void IEnumerator.Reset()  
        {  
            throw new NotSupportedException();  
        }  
  
        void IDisposable.Dispose()  
        {  
        }  
  
        object IEnumerator<object>.Current  
        {  
            [DebuggerHidden]  
            get  
            {  
                return this.<>2__current;  
            }  
        }  
  
        object IEnumerator.Current  
        {  
            [DebuggerHidden]  
            get  
            {  
                return this.<>2__current;  
            }  
        }  
    }  
}

代码比较直观，相关的注释也写了一点，所以我们在执行开启一个协程的时候，其本质就是返回一个迭代器的实例，然后在主线程中，每次update的时候，都会更新这个实例，判断其是否执行MoveNext的操作，如果可以执行(比如文件下载完成)，则执行一次MoveNext，将下一个对象赋值给Current(MoveNext需要返回为true， 如果为false表明迭代执行完成了)。

通过这儿，可以得到一个结论，协程并不是异步的，其本质还是在Unity的主线程中执行，每次update的时候都会触发是否执行MoveNext。

四、协程的衍生使用

既然IEnumerator可以这样用，那我们其实可以只使用MoveNext和Current，就可以写一个简易的测试协程的例子，Ok，来写一个简易的例子，来自leader的代码，偷懒就复用了 :D

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Profiling;

public class QuotaCoroutine : MonoBehaviour
{
    // 每帧的额度时间，全局共享
    static float frameQuotaSec = 0.001f;

    static LinkedList<IEnumerator> s_tasks = new LinkedList<IEnumerator>();

    // Use this for initialization
    void Start()
    {
        StartQuotaCoroutine(Task(1, 100));
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        ScheduleTask();
    }

    void StartQuotaCoroutine(IEnumerator task)
    {
        s_tasks.AddLast(task);
    }

    static void ScheduleTask()
    {
        float timeStart = Time.realtimeSinceStartup;
        while (s_tasks.Count > 0)
        {
            var t = s_tasks.First.Value;
            bool taskFinish = false;
            while (Time.realtimeSinceStartup - timeStart < frameQuotaSec)
            {
                // 执行任务的一步, 后续没步骤就是任务完成
                Profiler.BeginSample(string.Format("QuotaTaskStep, f:{0}", Time.frameCount));
                taskFinish = !t.MoveNext();
                Profiler.EndSample();

                if (taskFinish)
                {
                    s_tasks.RemoveFirst();
                    break;
                }
            }

            // 任务没结束执行到这里就是没时间额度了
            if (!taskFinish)
                return;
        }
    }

    IEnumerator Task(int taskId, int stepCount)
    {
        int i = 0;
        while (i < stepCount)
        {
            Debug.LogFormat("{0}.{1}, frame:{2}", taskId, i, Time.frameCount);
            i++;
            yield return null;
        }
    }
}

说一下思路： 在开始的时候，构建一个IEnuerator实例塞入链表中，然后再后续的每帧update的时候，取出这个实例，执行一次MoveNext，一直到都执行完后，移除这个实例，这样就不用显示的调用StartCoroutine，也可以类似的触发执行MoveNext ：D

看运行结果：

可行。OK，关于unity的协程就写到这儿了，接下来将一下xlua中对于协程的实现。

 

五、Lua中的协程

Lua中的协程和unity协程的区别，最大的就是其不是抢占式的执行，也就是说不会被主动执行类似MoveNext这样的操作，而是需要我们去主动激发执行，就像上一个例子一样，自己去tick这样的操作。

Lua中协程关键的三个API:

coroutine.create()/wrap: 构建一个协程, wrap构建结果为函数，create为thread类型对象

coroutine.resume(): 执行一次类似MoveNext的操作

coroutine.yield(): 将协程挂起

比较简易，可以写也给例子测试一下：

local func = function(a, b)
    for i= 1, 5 do
        print(i, a, b)
    end
end

local func1 = function(a, b)
    for i = 1, 5 do
        print(i, a, b)
        coroutine.yield()
    end
end


co =  coroutine.create(func)
coroutine.resume(co, 1, 2)
--此时会输出 1 ，1， 2/ 2，1，2/ 3， 1，2/4，1，2/5，1，2

co1 = coroutine.create(func1)
coroutine.resume(co1, 1, 2)
--此时会输出 1， 1，2 然后挂起
coroutine.resume(co1, 3, 4)
--此时将上次挂起的协程恢复执行一次，输出： 2, 1, 2 所以新传入的参数3，4是无效的

我们来看看xlua开源出来的util中对协程的使用示例又是怎么结合lua的协程，在lua端构建也给协程，让c#端也可以获取这个实例，从而添加到unity端的主线程中去触发update。

看一下调用的API：

local util = require 'xlua.util'

local gameobject = CS.UnityEngine.GameObject('Coroutine_Runner')
CS.UnityEngine.Object.DontDestroyOnLoad(gameobject)
local cs_coroutine_runner = gameobject:AddComponent(typeof(CS.Coroutine_Runner))

return {
    start = function(...)
        return cs_coroutine_runner:StartCoroutine(util.cs_generator(...))
    end;

    stop = function(coroutine)
        cs_coroutine_runner:StopCoroutine(coroutine)
    end
}

start操作，本质就是将function包一层，调用util.csgenerator，进一步看看util中对cs_generator的实现：

local move_end = {}

local generator_mt = {
    __index = {
        MoveNext = function(self)
            self.Current = self.co()
            if self.Current == move_end then
                self.Current = nil
                return false
            else
                return true
            end
        end;
        Reset = function(self)
            self.co = coroutine.wrap(self.w_func)
        end
    }
}

local function cs_generator(func, ...)
    local params = {...}
    local generator = setmetatable({
        w_func = function()
            func(unpack(params))
            return move_end
        end
    }, generator_mt)
    generator:Reset()
    return generator
end

代码很短，不过思路很清晰，首先构建一个table, 其中的key对应一个function，然后修改去元表的_index方法，其中包含了MoveNext函数的实现，也包含了Reset函数的实现，不过这儿的Reset和IEnumerator的不一样，这儿是调用coroutine.wrap来生成一个协程。这样c#端获取到这个generator的handleID后，后面每帧update回来都会执行一次MoveNext，如果都执行完了，这时候会return move_end，表明协程都执行完了，返回false给c#端清空该协程的handleID.