【Unity 3D引擎源码分析】全面解析Coroutine技术

使用Unity 3D引擎的同学，对于Coroutine（协程）的使用肯定也是非常熟悉的了。然而Coroutine背后的技术以及具体的实现方式、运行流程如何，恐怕并不是那么容易说得清楚。

本文尝试通过分析Unity 3.5.7版本的源代码，来厘清这一关键技术细节。（由于Unity 3.5.7的源代码，能拿到的版本无法编译、运行，只能直接通过源代码阅读的方式来进行静态的梳理）。

C#层面的Coroutine：背后的技术

IEnumerator接口与yield语句

IEnumerator本身是一个forward iterator，定义如下：

public interface IEnumeratorn
{
        object Current { get }
        bool MoveNext();
        void Reset();
}

 最常见的使用方式，是在foreach中使用，foreach又可展开为（简化版本）：

    while (i.MoveNext())    // i implements IEnumerator

    {

       object o = i.Current;

       // do stuff with o...

    }

.Net为了简化IEnumerator的实现，引入了yield语句：

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/9k7k7cf0.aspx

简单来说，yield return用于在每次迭代时返回一个元素，这个元素可以通过IEnumerator.Current属性访问；同时，yield语句会保留迭代器的当前状态，当下次迭代时，保证状态连续性。

关于IEnumerator/yield的细节，推荐参考《深入理解C#》一书的第六章：“实现迭代器的捷径”

http://book.douban.com/subject/7055340/

 Unity中的Coroutine

以上都是理论基础。由于yield语句实际上用到了比较高级的编译器技术，只是了解理论总是有些隔靴搔痒的感觉。那么，让我们来看一下Unity中是如何“实践”的。

这里以一个简单的Coroutine函数为例：

       IEnumerator Fade()

        {

            for (float f = 1f; f >= 0; f -= 0.1f)

            {

                Color c = renderer.material.color;

                c.a = f;

                renderer.material.color = c;

                yield return new WaitForSeconds(0.1f);

            }

        }

 在Reflector中，我们可以观察一下实际上生成的代码：

注意这个<Fade>c__Iterator15 ，就是编译器帮我们生成的辅助类，实现了IEnumerator接口：

我们还可以进一步展开MoveNext()方法来查看：

于是可以发现，我们写在Fade()中的代码，都出现在了MoveNext()中，而编译器将其展开放在了一个有限状态机中；而yield return语句，实际上直接赋值给了current：

至此，Coroutine在C#层面所涉及的技术，我们已经有了一个大体的了解。

C++运行时分析

我们知道，Unity底层引擎是采用C++编写，然后通过一个中间层将所有功能封装在UnityEngine.dll中（UnityEditor.dll对应编辑器功能），供上层C#（以及Unitynoxss、Boo）调用。

 我们可以在Reflector中查看这个dll，如下图：

在Unity的源码中，引擎的运行时代码全部位于根目录的“Runtime”目录下。

这部分封装层，在Unity源代码中对应的是Runtime¥Export目录下的内容。Unity所使用的应该是自家的Wrapper技术，具体未深究。好在查看其中的原始文件依然能让我们一探究竟。

比如Coroutine相关入口，所对应的Wrapper文件就是Runtime¥Export¥UnityEngineMonobBehaviour.txt文件。以此为入口，我们可以开始一步步分析Coroutine的相关实现了。

在浏览了相关代码时，我整理出了一个大致的调用关系图，如下(svg版本见附件)：

需要说明的是，图中已经对于细节做了大量简化，只关注了StartCoroutine的主要流程，而忽略了错误处理、Coroutine销毁、参数对象生命周期管理等细节。

以下为详细的流程分析：

1， C#层调用StartCoroutine方法，将IEnumerator对象（或者是用于创建IEnumerator对象的方法名字符串）传入C++层，创建出一个对应的Coroutine对象，之后调用这个Coroutine对象的Run()方法；

2， 在Coroutine.Run()中，首先通过mono的反射功能，找到IEnumerator上的MoveNext()、get_Current()两个方法，然后调用一次MoveNext()；如果MoveNext()返回false，表示Coroutine执行结束，进入清理流程（上图中忽略）；如果返回true，表示Coroutine执行到了一句yield return处；这时就需要调用get_Current()取出yield return返回的对象（monoWait），再根据monoWait的具体类型（null、WaitForSeconds、WaitForFixedUpdate等），将Coroutine对象保存到DelayedCallManager的callback列表中；至此，Coroutine在当前帧的执行即结束；

3， 之后游戏运行过程中，游戏主循环的PlayerLoop()方法会在每帧的不同时间点以不同的modeMask调用DelayedCallManager.Update方法（注：PlayerLoop中的具体过程以及调用Coroutine时间点，可以参考：http://docs.unity3d.com/uploads/Main/monobehaviour_flowchart.svg）；Update方法中会遍历callback列表中的Coroutine对象；如果某个Coroutine对象的monoWait的执行条件满足，则将其从callback列表中取出，执行这个Coroutine对象的Run()方法，回到2的执行流程中。

至此，Coroutine的整体流程已经分析完毕，没有什么疑惑之处了。

后记

在掌握了Coroutine机制的实现细节之后，对于一些更深层次的问题也自然会有更进一步的认识。

比如StartCoroutine提供的两个版本：

public Coroutine StartCoroutine(IEnumerator routine);

public Coroutine StartCoroutine(string methodName);

虽然功能上一致，但在实现细节上其实有比较大的差异。从运行时效率来看，字符串的版本在运行时要用mono的反射做更多参数检查、函数查询工作（调用图中蓝色线条部分），带来性能损失。

实际上在老版本的Unity中，字符串版本的StartCoroutine最大的作用，是可以调用StopCoroutine来停止对应的Coroutine。而在4.5.0版本中，Unity终于加上了

public void StopCoroutine(IEnumerator routine);

这一接口，于是使用IEnumerator启动的Coroutine，也可以被手动终止了。

结合我们分析源码得出的结论，无疑应当尽量避免使用字符串版本StartCoroutine。