03-05-架构篇-操作异步体系（OperationSystem）

通用异步体系（OperationSystem）

篇章 ：03-架构篇 阅读时间 ：约 35 分钟 前置知识：了解 Runtime 端系统架构

---

一、引言

本章将深入解析 YooAsset 的通用异步体系（OperationSystem）。OperationSystem 是 YooAsset 异步操作管理的核心，它通过统一的抽象和调度机制，实现了高效、灵活的异步操作管理。

YooAsset 的 OperationSystem 是一个独立的子系统，被广泛用于资源加载、下载、解密、缓存等场景。本章将详细解析 OperationSystem 的设计和实现。

---

二、OperationSystem 的概念

2.1 为什么需要 OperationSystem

在 Unity 中，异步操作是一个常见的需求。常见的异步操作包括：

• 资源加载（LoadAssetAsync）
• 场景加载（LoadSceneAsync）
• 资源下载（DownloadAsync）
• 文件读取（ReadFileAsync）

传统异步操作的挑战：

在传统的异步操作实现中，开发者需要处理以下问题：

• 进度跟踪：如何跟踪异步操作的进度
• 状态管理：如何管理异步操作的状态
• 回调通知：如何在异步操作完成时通知调用者
• 优先级管理：如何管理异步操作的优先级
• 错误处理：如何处理异步操作中的错误

OperationSystem 的解决方案：

OperationSystem 通过统一的抽象和调度机制，提供了以下能力：

• 统一的异步操作接口
• 自动的进度跟踪
• 自动的状态管理
• 自动的回调通知
• 灵活的优先级管理
• 完善的错误处理

2.2 OperationSystem 的设计目标

OperationSystem 的设计目标如下：

统一性：

提供统一的异步操作接口，使所有异步操作都遵循相同的模式。

灵活性：

支持多种异步操作类型，可以灵活扩展新的异步操作。

可调度性：

支持异步操作的调度管理，可以控制异步操作的执行顺序和并发数。

可监控性：

支持异步操作的进度跟踪和状态查询。

2.3 OperationSystem 的组成

OperationSystem 由以下核心组件组成：

OperationSystem 组成
├── Operation（异步操作）
│   ├── AsyncOperationBase（基类）
│   └── 具体操作实现
├── OperationSystem（调度器）
│   ├── 优先级队列
│   ├── 时间片管理
│   └── 操作执行
├── OperationUpdater（更新器）
│   └── 帧更新逻辑
└── OperationHandle（操作句柄）
    └── 对外接口

Operation 详解：

Operation 是异步操作的抽象，定义了异步操作的基本行为。具体的异步操作继承自 Operation，实现具体的逻辑。

OperationSystem 详解：

OperationSystem 是异步操作的调度器，负责管理所有异步操作的执行。

OperationUpdater 详解：

OperationUpdater 是异步操作的更新器，负责在每帧更新异步操作的状态。

OperationHandle 详解：

OperationHandle 是异步操作的句柄，对外暴露异步操作的接口。开发者通过 OperationHandle 与异步操作交互。

---

三、AsyncOperationBase 基类

3.1 AsyncOperationBase 的设计

AsyncOperationBase 是所有异步操作的基类，定义了异步操作的基本行为。

AsyncOperationBase 的属性：

public abstract class AsyncOperationBase
{
    public EAsyncOperationStatus Status { get; protected set; }
    public float Progress { get; protected set; }
    public string Error { get; protected set; }
    public bool IsDone => Status != EAsyncOperationStatus.None;
    public event Action<AsyncOperationBase> OnCompleted;
    
    public abstract void Start();
    public abstract void Update();
    public abstract void Destroy();
}

Status 属性详解：

Status 表示异步操作的当前状态，包括 None、Running、Succeed、Failed 四个状态。

Progress 属性详解：

Progress 表示异步操作的进度，范围 0-1。

Error 属性详解：

Error 表示异步操作失败时的错误信息。

OnCompleted 事件详解：

OnCompleted 是异步操作完成时触发的事件，可以通过订阅该事件来获取完成通知。

3.2 异步操作的状态机

异步操作内部维护了一个状态机：

异步操作状态机
├── None：初始状态，操作尚未开始
├── Running：操作正在执行
├── Succeed：操作执行成功
└── Failed：操作执行失败

状态流转详解：

异步操作的状态流转如下：

• None → Running：调用 Start 方法后
• Running → Succeed：操作执行成功
• Running → Failed：操作执行失败
• Succeed/Failed → 销毁：调用 Destroy 方法

状态机的作用：

状态机确保异步操作在正确的状态下执行正确的操作，避免出现状态不一致的问题。

3.3 异步操作的生命周期

异步操作的生命周期如下：

1. 创建：创建异步操作实例
2. 启动：调用 Start 方法启动操作
3. 更新：每帧调用 Update 方法更新操作状态
4. 完成：操作完成后触发 OnCompleted 事件
5. 销毁：调用 Destroy 方法销毁操作

创建详解：

创建异步操作实例时，会设置初始状态为 None，并初始化必要的字段。

启动详解：

调用 Start 方法启动异步操作。Start 方法会进行一些初始化工作（如加载资源、发送请求等），然后将状态设置为 Running。

更新详解：

每帧调用 Update 方法更新异步操作的状态。Update 方法会检查操作是否完成，并更新进度。

完成详解：

异步操作完成后，会将状态设置为 Succeed 或 Failed，并触发 OnCompleted 事件。

销毁详解：

调用 Destroy 方法销毁异步操作。Destroy 方法会清理异步操作占用的资源，如取消请求、释放内存等。

---

四、OperationSystem 调度器

4.1 OperationSystem 的工作原理

OperationSystem 是异步操作的调度器，负责管理所有异步操作的执行。

OperationSystem 的工作流程：

OperationSystem 工作流程
1. 接收异步操作（通过 ProcessOperaiton 方法）
2. 将异步操作加入优先级队列
3. 每帧更新时：
   a. 按优先级处理队列中的操作
   b. 调用每个操作的 Update 方法
   c. 检查操作是否完成
   d. 完成的操作触发回调
4. 销毁完成的操作

4.2 优先级队列

OperationSystem 使用优先级队列管理异步操作：

优先级定义：

YooAsset 定义了多个优先级：

• Low：低优先级
• BelowNormal：低于正常
• Normal：正常
• AboveNormal：高于正常
• High：高优先级
• Ultra：超高优先级

优先级的作用：

优先级决定了异步操作的执行顺序。高优先级的操作会优先执行，适用于需要紧急处理的操作。

优先级的应用：

• 资源加载：高优先级用于关键资源加载
• 资源下载：低优先级用于后台资源下载
• 缓存清理：低优先级用于后台缓存清理

4.3 时间片管理

OperationSystem 支持时间片管理，避免单帧执行过多异步操作：

时间片详解：

时间片是 OperationSystem 在单帧内可以执行异步操作的最大时间。超过时间片的操作会推迟到下一帧执行。

时间片的作用：

• 避免阻塞主线程
• 保证游戏帧率
• 平滑处理大量异步操作

时间片配置：

public class OperationSystem
{
    public float TimeSlice { get; set; } = 0.5f; // 默认 0.5 毫秒
}

4.4 OperationSystem 的实现

OperationSystem 的核心实现：

public class OperationSystem
{
    private List<AsyncOperationBase> _operations;
    private List<AsyncOperationBase> _completeList;
    private List<AsyncOperationBase> _destroyList;
    
    public void ProcessOperaiton(AsyncOperationBase operation)
    {
        operation.Start();
        _operations.Add(operation);
    }
    
    public void Update()
    {
        // 更新所有操作
        float startTime = Time.realtimeSinceStartup;
        for (int i = 0; i < _operations.Count; i++)
        {
            _operations[i].Update();
            
            // 检查时间片
            if (Time.realtimeSinceStartup - startTime > TimeSlice)
                break;
        }
        
        // 处理完成的操作
        ProcessCompleted();
    }
}

---

五、OperationUpdater 更新器

5.1 OperationUpdater 的概念

OperationUpdater 是异步操作的更新器，负责在每帧更新异步操作的状态。

OperationUpdater 的设计：

OperationUpdater 是一个 MonoBehaviour，在 Unity 引擎的 Update 生命周期中调用 OperationSystem 的 Update 方法。

OperationUpdater 的实现：

public class OperationUpdater : MonoBehaviour
{
    private void Update()
    {
        OperationSystem.Update();
    }
}

5.2 OperationUpdater 的初始化

OperationUpdater 在 YooAsset 初始化时创建：

public class YooAssetsInitializer
{
    public static void Initialize()
    {
        // 创建 OperationUpdater GameObject
        GameObject updaterGo = new GameObject("OperationUpdater");
        GameObject.DontDestroyOnLoad(updaterGo);
        updaterGo.AddComponent<OperationUpdater>();
    }
}

5.3 OperationUpdater 的注意事项

DontDestroyOnLoad：

OperationUpdater 使用 DontDestroyOnLoad 确保在场景切换时不被销毁。

Update 顺序：

OperationUpdater 的 Update 在所有业务脚本的 Update 之后执行，确保业务脚本能获取到最新的异步操作状态。

---

六、OperationHandle 句柄

6.1 OperationHandle 的概念

OperationHandle 是异步操作的句柄，对外暴露异步操作的接口。

OperationHandle 的设计：

OperationHandle 是对 AsyncOperationBase 的包装，提供了更友好的 API。

OperationHandle 的实现：

public class OperationHandle<T> where T : AsyncOperationBase
{
    private T _operation;
    
    public bool IsValid => _operation != null;
    public bool IsDone => _operation?.IsDone ?? false;
    public float Progress => _operation?.Progress ?? 0;
    public string Error => _operation?.Error;
    
    public T Operation => _operation;
    
    public event Action<OperationHandle<T>> OnCompleted;
    
    public void Release()
    {
        // 释放句柄
    }
}

6.2 OperationHandle 的使用

开发者使用 OperationHandle 与异步操作交互：

// 发起异步操作
var handle = package.LoadAssetAsync<GameObject>("prefab_path");

// 注册完成回调
handle.OnCompleted += (op) => {
    if (op.Error == null)
    {
        GameObject prefab = op.Asset;
        // 使用资源
    }
};

// 等待完成
await handle.Task;

// 释放句柄
handle.Release();

6.3 OperationHandle 的引用计数

OperationHandle 使用引用计数管理生命周期：

引用计数的作用：

引用计数确保异步操作在所有引用都释放后才被销毁。

引用计数的方法：

• AddRef()：增加引用计数
• Release()：减少引用计数（引用计数为 0 时销毁）

---

七、异步操作类型

7.1 常见的异步操作类型

YooAsset 提供了多种异步操作类型：

资源加载操作：

public class AssetProvider : ProviderOperation
{
    // 资源加载的具体实现
}

场景加载操作：

public class SceneProvider : ProviderOperation
{
    // 场景加载的具体实现
}

下载操作：

public class DownloadOperation : AsyncOperationBase
{
    // 资源下载的具体实现
}

解密操作：

public class DecryptOperation : AsyncOperationBase
{
    // 资源解密的具体实现
}

Web 请求操作：

public class WebRequestOperation : AsyncOperationBase
{
    // Web 请求的具体实现
}

7.2 自定义异步操作

开发者可以自定义异步操作，扩展 YooAsset 的功能：

自定义异步操作的步骤：

1. 继承 AsyncOperationBase
2. 实现 Start、Update、Destroy 方法
3. 在合适的时机调用 Completed() 方法触发完成回调

自定义异步操作示例：

public class CustomAsyncOperation : AsyncOperationBase
{
    public object Result { get; private set; }
    
    public override void Start()
    {
        Status = EAsyncOperationStatus.Running;
        // 启动自定义逻辑
    }
    
    public override void Update()
    {
        // 更新自定义逻辑
        if (/* 完成条件 */)
        {
            Result = /* 实际结果 */;
            Status = EAsyncOperationStatus.Succeed;
        }
    }
    
    public override void Destroy()
    {
        // 清理资源
    }
}

---

八、总结

本章深入解析了 YooAsset 通用异步体系（OperationSystem），包括：

• OperationSystem 的概念：统一的异步操作管理
• AsyncOperationBase 基类：异步操作的基础抽象
• OperationSystem 调度器：异步操作的调度管理
• OperationUpdater 更新器：异步操作的帧更新
• OperationHandle 句柄：对外暴露的异步操作接口
• 异步操作类型：常见和自定义的异步操作

OperationSystem 是 YooAsset 异步操作管理的核心，它通过统一的抽象和调度机制，为 YooAsset 的所有异步操作提供了高效、灵活、可靠的运行环境。

---

上一篇 ：文件系统架构（IFileSystem） 下一篇 ：资源下载器架构