Unity协程（Coroutine）原理深入剖析

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Unity协程（Coroutine）原理深入剖析

By D.S.Qiu

尊重他人的劳动，支持原创，转载请注明出处：http.dsqiu.iteye.com

记得去年6月份刚开始实习的时候，当时要我写网络层的结构，用到了协程，当时有点懵，完全不知道Unity协程的执行机制是怎么样的，只是知道函数的返回值是IEnumerator类型，函数中使用yield return ，就可以通过StartCoroutine调用了。后来也是一直稀里糊涂地用，上网google些基本都是例子，很少能帮助深入理解Unity协程的原理的。

本文只是从Unity的角度去分析理解协程的内部运行原理，而不是从C#底层的语法实现来介绍（后续有需要再进行介绍），一共分为三部分：

线程（Thread）和协程（Coroutine）

Unity中协程的执行原理

IEnumerator & Coroutine

之前写过一篇《Unity协程(Coroutine)管理类——TaskManager工具分享》主要是介绍TaskManager实现对协程的状态控制，没有Unity后台实现的协程的原理进行深究。虽然之前自己对协程还算有点了解了，但是对Unity如何执行协程的还是一片空白，在UnityGems.com上看到两篇讲解Coroutine，如数家珍，当我看到Advanced Coroutine后面的Hijack类时，顿时觉得十分精巧，眼前一亮，遂动了写文分享之。

线程（Thread）和协程（Coroutine）

D.S.Qiu觉得使用协程的作用一共有两点：1）延时（等待）一段时间执行代码；2）等某个操作完成之后再执行后面的代码。总结起来就是一句话：控制代码在特定的时机执行。

很多初学者，都会下意识地觉得协程是异步执行的，都会觉得协程是C# 线程的替代品，是Unity不使用线程的解决方案。

所以首先，请你牢记：协程不是线程，也不是异步执行的。协程和 MonoBehaviour 的 Update函数一样也是在MainThread中执行的。使用协程你不用考虑同步和锁的问题。

Unity中协程的执行原理

UnityGems.com给出了协程的定义：

A coroutine is a function that is executed partially and, presuming suitable conditions are met, will be resumed at some point in the future until its work is done.

即协程是一个分部执行，遇到条件（yield return 语句）会挂起，直到条件满足才会被唤醒继续执行后面的代码。

Unity在每一帧（Frame）都会去处理对象上的协程。Unity主要是在Update后去处理协程（检查协程的条件是否满足），但也有写特例：

从上图的剖析就明白，协程跟Update()其实一样的，都是Unity每帧对会去处理的函数（如果有的话）。如果MonoBehaviour 是处于激活（active）状态的而且yield的条件满足，就会协程方法的后面代码。还可以发现：如果在一个对象的前期调用协程，协程会立即运行到第一个 yield return 语句处，如果是 yield return null ，就会在同一帧再次被唤醒。如果没有考虑这个细节就会出现一些奇怪的问题『1』。

『1』注 图和结论都是从UnityGems.com 上得来的，经过下面的验证发现与实际不符，D.S.Qiu用的是Unity 4.3.4f1 进行测试的。经过测试验证，协程至少是每帧的LateUpdate()后去运行。

下面使用 yield return new WaitForSeconds(1f); 在Start,Update 和 LateUpdate 中分别进行测试：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class TestCoroutine : MonoBehaviour {

    private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
    private bool isUpdateCall = false;
    private bool isLateUpdateCall = false;
	// Use this for initialization
	void Start () {
        if (!isStartCall)
        {
            Debug.Log("Start Call Begin");
            StartCoroutine(StartCoutine());
            Debug.Log("Start Call End");
            isStartCall = true;
        }
	
	}
    IEnumerator StartCoutine()
    {
        
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
           
    }
	// Update is called once per frame
	void Update () {
        if (!isUpdateCall)
        {
            Debug.Log("Update Call Begin");
            StartCoroutine(UpdateCoutine());
            Debug.Log("Update Call End");
            isUpdateCall = true;
        }
	}
    IEnumerator UpdateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
    }
    void LateUpdate()
    {
        if (!isLateUpdateCall)
        {
            Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
            StartCoroutine(LateCoutine());
            Debug.Log("LateUpdate Call End");
            isLateUpdateCall = true;
        }
    }
    IEnumerator LateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
    }
}

得到日志输入结果如下：

然后将yield return new WaitForSeconds(1f);改为 yield return null; 发现日志输入结果和上面是一样的，没有出现上面说的情况：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class TestCoroutine : MonoBehaviour {

    private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
    private bool isUpdateCall = false;
    private bool isLateUpdateCall = false;
	// Use this for initialization
	void Start () {
        if (!isStartCall)
        {
            Debug.Log("Start Call Begin");
            StartCoroutine(StartCoutine());
            Debug.Log("Start Call End");
            isStartCall = true;
        }
	
	}
    IEnumerator StartCoutine()
    {
        
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
        yield return null;
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
           
    }
	// Update is called once per frame
	void Update () {
        if (!isUpdateCall)
        {
            Debug.Log("Update Call Begin");
            StartCoroutine(UpdateCoutine());
            Debug.Log("Update Call End");
            isUpdateCall = true;
        }
	}
    IEnumerator UpdateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
        yield return null;
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
    }
    void LateUpdate()
    {
        if (!isLateUpdateCall)
        {
            Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
            StartCoroutine(LateCoutine());
            Debug.Log("LateUpdate Call End");
            isLateUpdateCall = true;
        }
    }
    IEnumerator LateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
        yield return null;
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
    }
}

『今天意外发现Monobehaviour的函数执行顺序图，发现协程的运行确实是在LateUpdate之后，下面附上：』
增补于：03/12/2014 22:14

前面在介绍TaskManager工具时，说到MonoBehaviour 没有针对特定的协程提供Stop方法，其实不然，可以通过MonoBehaviour enabled = false 或者 gameObject.active = false 就可以停止协程的执行『2』。

经过验证，『2』的结论也是错误的，正确的结论是，MonoBehaviour.enabled = false 协程会照常运行，但 gameObject.SetActive(false) 后协程却全部停止，即使在Inspector把 gameObject 激活还是没有继续执行：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class TestCoroutine : MonoBehaviour {

    private bool isStartCall = false;  //Makesure Update() and LateUpdate() Log only once
    private bool isUpdateCall = false;
    private bool isLateUpdateCall = false;
	// Use this for initialization
	void Start () {
        if (!isStartCall)
        {
            Debug.Log("Start Call Begin");
            StartCoroutine(StartCoutine());
            Debug.Log("Start Call End");
            isStartCall = true;
        }
	
	}
    IEnumerator StartCoutine()
    {
        
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call Before");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Start Coroutine Call After");
           
    }
	// Update is called once per frame
	void Update () {
        if (!isUpdateCall)
        {
            Debug.Log("Update Call Begin");
            StartCoroutine(UpdateCoutine());
            Debug.Log("Update Call End");
            isUpdateCall = true;
            this.enabled = false;
            //this.gameObject.SetActive(false);
        }
	}
    IEnumerator UpdateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call Before");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call After");
        yield return new WaitForSeconds(1f);
        Debug.Log("This is Update Coroutine Call Second");
    }
    void LateUpdate()
    {
        if (!isLateUpdateCall)
        {
            Debug.Log("LateUpdate Call Begin");
            StartCoroutine(LateCoutine());
            Debug.Log("LateUpdate Call End");
            isLateUpdateCall = true;

        }
    }
    IEnumerator LateCoutine()
    {
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call Before");
        yield return null;
        Debug.Log("This is Late Coroutine Call After");
    }
}

先在Update中调用 this.enabled = false; 得到的结果：

然后把 this.enabled = false; 注释掉，换成 this.gameObject.SetActive(false); 得到的结果如下：

整理得到：通过设置MonoBehaviour脚本的enabled对协程是没有影响的，但如果 gameObject.SetActive(false) 则已经启动的协程则完全停止了，即使在Inspector把gameObject 激活还是没有继续执行。也就说协程虽然是在MonoBehvaviour启动的（StartCoroutine）但是协程函数的地位完全是跟MonoBehaviour是一个层次的，不受MonoBehaviour的状态影响，但跟MonoBehaviour脚本一样受gameObject 控制，也应该是和MonoBehaviour脚本一样每帧“轮询” yield 的条件是否满足。

yield 后面可以有的表达式：

a) null - the coroutine executes the next time that it is eligible

b) WaitForEndOfFrame - the coroutine executes on the frame, after all of the rendering and GUI is complete

c) WaitForFixedUpdate - causes this coroutine to execute at the next physics step, after all physics is calculated

d) WaitForSeconds - causes the coroutine not to execute for a given game time period

e) WWW - waits for a web request to complete (resumes as if WaitForSeconds or null)

f) Another coroutine - in which case the new coroutine will run to completion before the yielder is resumed

值得注意的是 WaitForSeconds()受Time.timeScale影响，当Time.timeScale = 0f 时，yield return new WaitForSecond(x) 将不会满足。

IEnumerator & Coroutine

协程其实就是一个IEnumerator（迭代器），IEnumerator 接口有两个方法 Current 和 MoveNext() ，前面介绍的 TaskManager 就是利用者两个方法对协程进行了管理，只有当MoveNext()返回 true时才可以访问 Current，否则会报错。迭代器方法运行到 yield return 语句时，会返回一个expression表达式并保留当前在代码中的位置。当下次调用迭代器函数时执行从该位置重新启动。

Unity在每帧做的工作就是：调用协程（迭代器）MoveNext() 方法，如果返回 true ，就从当前位置继续往下执行。

Hijack

这里在介绍一个协程的交叉调用类 Hijack（参见附件）：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using UnityEngine;
using System.Collections;
 
[RequireComponent(typeof(GUIText))]
public class Hijack : MonoBehaviour {
 
    //This will hold the counting up coroutine
    IEnumerator _countUp;
    //This will hold the counting down coroutine
    IEnumerator _countDown;
    //This is the coroutine we are currently
    //hijacking
    IEnumerator _current;
 
    //A value that will be updated by the coroutine
    //that is currently running
    int value = 0;
 
    void Start()
    {
        //Create our count up coroutine
        _countUp = CountUp();
        //Create our count down coroutine
        _countDown = CountDown();
        //Start our own coroutine for the hijack
        StartCoroutine(DoHijack());
    }
 
    void Update()
    {
        //Show the current value on the screen
        guiText.text = value.ToString();
    }
 
    void OnGUI()
    {
        //Switch between the different functions
        if(GUILayout.Button("Switch functions"))
        {
            if(_current == _countUp)
                _current = _countDown;
            else
                _current = _countUp;
        }
    }
 
    IEnumerator DoHijack()
    {
        while(true)
        {
            //Check if we have a current coroutine and MoveNext on it if we do
            if(_current != null && _current.MoveNext())
            {
                //Return whatever the coroutine yielded, so we will yield the
                //same thing
                yield return _current.Current;
            }
            else
                //Otherwise wait for the next frame
                yield return null;
        }
    }
 
    IEnumerator CountUp()
    {
        //We have a local increment so the routines
        //get independently faster depending on how
        //long they have been active
        float increment = 0;
        while(true)
        {
            //Exit if the Q button is pressed
            if(Input.GetKey(KeyCode.Q))
                break;
            increment+=Time.deltaTime;
            value += Mathf.RoundToInt(increment);
            yield return null;
        }
    }
 
    IEnumerator CountDown()
    {
        float increment = 0f;
        while(true)
        {
            if(Input.GetKey(KeyCode.Q))
                break;
            increment+=Time.deltaTime;
            value -= Mathf.RoundToInt(increment);
            //This coroutine returns a yield instruction
            yield return new WaitForSeconds(0.1f);
        }
    }
 
}

上面的代码实现是两个协程交替调用，对有这种需求来说实在太精妙了。

小结：

今天仔细看了下UnityGems.com 有关Coroutine的两篇文章，虽然第一篇（参考①）现在验证的结果有很多错误，但对于理解协程还是不错的，尤其是当我发现Hijack这个脚本时，就迫不及待分享给大家。

本来没觉得会有UnityGems.com上的文章会有错误的，无意测试了发现还是有很大的出入，当然这也不是说原来作者没有经过验证就妄加揣测，D.S.Qiu觉得很有可能是Unity内部的实现机制改变了，这种东西完全可以改动，Unity虽然开发了很多年了，但是其实在实际开发中还是有很多坑，越发觉得Unity的无力，虽说容易上手，但是填坑的功夫也是必不可少的。

看来很多结论还是要通过自己的验证才行，贸然复制粘贴很难出真知，切记！

如果您对D.S.Qiu有任何建议或意见可以在文章后面评论，或者发邮件（gd.s.qiu@gmail.com)交流，您的鼓励和支持是我前进的动力，希望能有更多更好的分享。

转载请在文首注明出处：http://dsqiu.iteye.com/blog/2029701

更多精彩请关注D.S.Qiu的博客和微博（ID：静水逐风）

参考：

①UnityGems.com: http://unitygems.com/coroutines/

②UnityGems.com: http://unitygems.com/advanced-coroutines/

③葱烧烙饼： http://blog.sina.com.cn/s/blog_5b6cb9500100xgmp.html

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Unity 动画（UITweener）、协程（Coroutin ... | Unity3D Shader编程实践——“Hello Shader ...

2014-03-12 00:02
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分类:移动开发
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12 楼 Stephanie_1 2016-05-09

所以首先，请你牢记：协程不是线程，也不是异步执行的。协程和 MonoBehaviour 的 Update函数一样也是在MainThread中执行的。使用协程你不用考虑同步和锁的问题。++
这句话说的特别好，今天我企图用携程替代update后台跑，结果fail了

11 楼 baileng8 2015-07-15

请问协程是什么时候返回来继续执行呢？yield return null是下一帧再接着执行，那 yield return new WaitForFixedUpdate()怎么就是同一帧执行呢，那yield return new WaitForFixedUpdate()是下一帧？

10 楼 fgfd0 2015-05-08

fgfd0 写道

自己又分析了一下，

你这里上面这句话是错的：
“经过测试验证，协程至少是每帧的LateUpdate()后去运行。”

我这边的验证结果是：
Update
yield null
yield WaitForSeconds
yield WWWW
yield StartCoroutine
LateUpdate

协程Update之后执行，在LateUpdate之前执行完成，当然还有其它的协程方法，是在FiexUpdate里和WaitForEndOfFrame.

我用的是4.5.1版本的Unity

9 楼 fgfd0 2015-05-08

8 楼 fuyunzzy 2015-02-27

第一张图不显示了，能重新上传一下吗

7 楼 DSQiu 2014-11-20

silverys 写道

其实协程并没有那么复杂，网上很多地方都说是多线程什么的，真是误人子弟。。
在传统实时游戏中，在update中要延迟执行一些代码，或者满足一定条件后执行一些代码。需要在update添加一个计时器，用当前时间来减去前面记录的时间来判断执行。当这种情况越来越多的时候，会添加很多变量和代码，代码就越来越乱。。
实时游戏写多了就知道。。这时候一般会抽象一个框架出来处理这个问题。
而协程可以说是unity的一个框架，为解决这个问题而设计的一个设计模式。。套着这个概念来写，让这种代码非常整洁易维护。。和C#的多线程是两码事。。

赞，不能同意再多

6 楼 silverys 2014-11-19

5 楼奥东here 2014-10-30

好吧，我找到了，文章下面有引用，还有就是文章中的Start()方法本来就是一次的哦，
void Start ()
{
if (!isStartCall)
{

4 楼奥东here 2014-10-30

Monobehaviour的函数执行顺序图,楼主在哪里得到的？

3 楼 DSQiu 2014-09-26

mhj 写道

请问楼主协程是否能够等待另外一个函数执行完毕后执行后面的代码

能

2 楼 mhj 2014-09-25

请问楼主协程是否能够等待另外一个函数执行完毕后执行后面的代码

1 楼 dusthand 2014-07-19

hi,关于文章里面说的协程的执行时刻，我用你的代码做了测试，同时加了两行输出
最后输出是这样的，按照这个，上面第一张图片的说法应该是对的，我是在4.6.0b7下做的测试，会不会是是4.6.0机制又改了呢

UPDATE>>>>>>
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Start Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Update Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

This is Late Coroutine Call After
UnityEngine.Debug:Log(Object)

LATEUPDATE<<<<<<<<
UnityEngine.Debug:Log(Object)

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