游戏客户端开发系列 - 多进程和多线程和协程

在游戏客户端开发中，多进程和多线程是两种常用的并发编程技术，它们可以帮助开发者更有效地利用计算机资源，提高游戏的性能和响应速度。下面我们来详细讲一下这两个概念：

多进程

概念

多进程是指在一个程序中创建多个进程，每个进程都有自己独立的内存空间和资源。
进程之间的通信需要通过进程间通信（IPC）机制 ，如管道、队列、共享内存等。
多进程适用于计算密集型任务，因为每个进程都可以利用多核 CPU 的优势，提高程序的执行效率。
但是，进程间的创建和切换成本较高 ，可能会导致资源浪费 和性能下降。

应用场景

在游戏客户端开发中，多进程可以用于以下场景：

游戏逻辑和渲染分离：将游戏逻辑和渲染分离到不同的进程中，可以降低渲染帧率对游戏逻辑的影响，提高游戏的稳定性和性能。
安全性和隔离：将游戏的不同模块分离到不同的进程中，可以提高游戏的安全性和防止单个模块的漏洞影响整个游戏。

多线程

概念

多线程是指在一个进程中创建多个线程，线程共享进程的内存空间和资源。
线程之间的通信成本较低 ，因为它们共享内存，不需要进行进程间通信。
多线程适用于 I/O 密集型任务 ，因为线程可以在等待 I/O 操作完成的过程中切换到其他线程，提高程序的执行效率。
但是，由于线程之间共享资源 ，可能会导致竞争条件 和死锁等问题，需要采取同步机制 （如锁、信号量等）来保证线程安全。

应用场景

在游戏客户端开发中，多线程可以用于以下场景：

单独处理网络通信：将网络通信任务放在单独的线程中处理，可以避免网络延迟对游戏主线程的影响，提高游戏的响应速度。
单独处理资源加载：将资源加载任务放在单独的线程中处理，可以避免资源加载对游戏主线程的影响，提高游戏的响应速度。
单独处理物理模拟和 AI 计算：将物理模拟和 AI 计算任务放在单独的线程中处理，可以降低这些任务对游戏主线程的影响，提高游戏的稳定性和性能。

代码举例

假设我们有一个计算密集型任务，需要计算平方数。我们可以使用多线程来加速计算。

csharp 复制代码

using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using UnityEngine;

public class MultiThreadingExample : MonoBehaviour
{
    private List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
    private List<int> squaredNumbers = new List<int>();

    void Start()
    {
        Thread thread = new Thread(CaculateSquareNumbers); // 定义一个进程
        thread.Start(); // 开启这个进程
    }

    void CaculateSquareNumbers()
    {
        for (int i = 0; i < numbers.Count; i++)
        {
            squaredNumbers.Add(numbers[i] * numbers[i]);
        }
        Debug.Log("Squared numbers: " + string.Join(", ", squaredNumbers));
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个新的线程来执行 CaculateSquareNumbers 函数。多线程可以充分利用多核 CPU，加速计算过程。

Thread 类

Thread 类是 C# 语言中的一种多线程编程 方法，它属于 System.Threading 命名空间。Thread 类允许你创建和控制新的线程，以便在同一进程中并发执行多个任务。通过使用多线程，你可以利用多核处理器的优势，提高程序的性能和响应速度。

以下是 Thread 类的一些关键特性和方法：

构造函数 ：Thread 类的构造函数接受一个 ThreadStart 或 ParameterizedThreadStart 委托作为参数。这个委托表示将在线程中执行的方法。例如：

csharp 复制代码

Thread thread = new Thread(new ThreadStart(MyMethod));
// 如果你的方法需要传递参数：
Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(MyMethod));

Start 方法 ：用于启动新线程 。当你调用 Start 方法时，线程将开始执行传递给构造函数的方法。例如：

csharp 复制代码

thread.Start();
// 如果你使用了 `ParameterizedThreadStart`，则需要在 `Start` 方法中传递参数：
thread.Start(myParameter);

Join 方法 ：用于阻塞当前线程，直到目标线程执行完毕。这对于等待线程完成某个任务并获取结果非常有用。例如：

csharp 复制代码

thread.Join();

IsAlive 属性 ：表示线程是否仍在执行 。如果线程正在执行或已完成但尚未终止，则此属性为 true。例如：

csharp 复制代码

bool isThreadAlive = thread.IsAlive;

ThreadState 属性 ：表示线程的当前状态 ，如未启动、正在运行、已停止等。例如：

csharp 复制代码

ThreadState state = thread.ThreadState;

Sleep 方法 ：使当前线程暂停执行 指定的时间（以毫秒为单位）。这对于模拟等待或限制线程执行速度非常有用。例如：

csharp 复制代码

Thread.Sleep(1000);  // 线程暂停执行 1 秒

总之，Thread 类是 C# 中实现多线程的一种方法，它允许你在同一进程中并发执行多个任务。在使用 Thread 类时，需要注意线程安全和资源竞争问题，并采取适当的同步机制（如锁、信号量等）来确保程序的正确性。

协程

Unity 考虑到 跨平台的特性 和引入异步的操作，所以提供了另一种异步的手段，就是 协程（Coroutine） ，通过反编译，它本质上还是在主线程上的优化手段，并不属于真正的 多线程（Thread）

多线程（Thread） 是 C# 带来的特性

概念

协程是一种轻量级的线程，可以在用户级别实现任务调度和切换。
协程的调度不依赖于操作系统，而是由程序自身管理。
协程之间的切换成本较低，性能较好。
协程适用于 I/O 密集型任务，因为它可以在等待 I/O 操作完成的过程中切换到其他协程，提高程序的执行效率。
协程相较于多线程，更容易编写和维护 ，因为它们避免了竞争条件和死锁等问题。

应用场景

异步任务处理 ：协程可以用于处理异步任务，如网络请求、文件读写等，避免阻塞游戏主线程，提高游戏的响应速度。
游戏逻辑编写：协程可以简化游戏逻辑的编写，使得复杂的游戏逻辑更容易实现和维护。例如，在游戏剧情或任务系统中，协程可以帮助实现顺序执行的任务，而不需要复杂的状态管理。
事件驱动编程：协程可以用于实现事件驱动编程，使得游戏中的各种事件可以在一个统一的事件循环中处理，提高代码的可读性和可维护性。
动画和特效：协程可以用于实现游戏中的动画和特效，通过协程控制动画的播放顺序和时间，可以轻松地实现复杂的动画效果。

代码举例

我们有一个 I/O 密集型任务，需要在游戏中延迟执行某个操作。我们可以使用协程来实现延迟。

StartCoroutine 是 Unity 里的 MonoBehaviour 类的一个方法，用于启动协程

csharp 复制代码

using System.Collections;
using UnityEngine;

public class CoroutineExample : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        StartCoroutine(DelayedAction()); // 启动协程
    }

    IEnumerator DelayedAction() // 定义协程
    {
        Debug.Log("Action started.");
        yield return new WaitForSeconds(3); // 等待 3 秒
        Debug.Log("Action finished after 3 seconds.");
    }
}

在这个示例中，我们使用了协程来实现一个延迟 3 秒的操作。协程可以在等待操作完成时切换到其他协程，提高程序的执行效率。

StartCoroutine 和 WaitForSeconds 是 Unity 中实现协程的方法，它们通常用于处理异步任务 、延迟操作 和非阻塞等待。在使用协程时，需要注意正确处理协程的启动、暂停和恢复。

参考文章

zhuanlan.zhihu.com/p/46859738