[Unity 3d] 老瓶新酒，看我基于PlayerLoopSystem的Loom新写法

Loom ：在 Unity 多线程编程中实现线程间的数据同步，避免非主线程直接操作 Unity 对象。
在本文，笔者将使用 UnityEngine.LowLevel 命名空间下的 PlayerLoop 提供的 API 来重写 Loom 细节。

前言：

在多线程异步编程中，非 UI 线程不得操作 UI 组件 (Unity中则是不得操作继承 UnityEngin.Object的组件)，因此，便需要一个同步上下文的工具在各个“平行”的线程中来回穿插，传递线程执行的结果。

于是，我和 Loom 相遇了,这是一个久远而又美妙的相遇，虽 N 久不用，犹念念不忘。
Loom 译为织机，用在线程间数据同步，形如快速穿梭在众多平行线之中的梭子，意境恰如其名~

前段时间写 Security-Camera-Toolkit-For-Unity 时有用到 async /await 语法糖，需要用到线程间数据同步，便写了一个，名曰：TaskSync ,译为：任务同步器。

临近行文，笔者兴起将 TaskSync 重命名为 Loom，于是本文标题也顺其自然的引入了：老瓶新酒的说法，下面就看看笔者是如何将 “新酒” 装入如此经典的 “老瓶” 之中的...

实现：

使用属性：RuntimeInitializeOnLoadMethod 在场景载入前安装本工具。

[RuntimeInitializeOnLoadMethod(RuntimeInitializeLoadType.BeforeSceneLoad)]
static void Install()
{
}

使用方法：PlayerLoop.GetCurrentPlayerLoop() 获得 PlayerLoopSystem

var playerloop = PlayerLoop.GetCurrentPlayerLoop();

用户自定义一个 PlayerLoopSystem 并插入到第二步中获取的 PlayerLoopSystem 中

var loop = new PlayerLoopSystem
{
   type = typeof(Loom),
   updateDelegate = Update
};
//1. 找到 Update Loop System
int index = Array.FindIndex(playerloop.subSystemList, v => v.type == typeof(UnityEngine.PlayerLoop.Update));
//2.  将咱们的 loop 插入到 Update loop 中
var updateloop = playerloop.subSystemList[index];
var temp = updateloop.subSystemList.ToList();
temp.Add(loop);
updateloop.subSystemList = temp.ToArray();
playerloop.subSystemList[index] = updateloop;

使用方法：PlayerLoop.SetPlayerLoop() 将编辑后的 PlayerLoopSystem 设置回 Unity 引擎。

//3. 设置自定义的 Loop 到 Unity 引擎
PlayerLoop.SetPlayerLoop(playerloop);

代码：

Talk is cheap ,show me the code.

// Copyright (c) https://github.com/Bian-Sh
// Licensed under the MIT License.

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Linq;
using System.Threading;
#if UNITY_EDITOR
using UnityEditor;
#endif
using UnityEngine;
using UnityEngine.LowLevel;
namespace zFramework.Media.Internal
{
    /// <summary>
    /// 任务同步器：在主线程中执行 Action 委托
    /// <br>原名 TaskSync，但是觉得 Loom（织布机）更有意境</br>
    /// </summary>
    public static class Loom
    {
        static SynchronizationContext context;
        static readonly ConcurrentQueue<Action> tasks = new ConcurrentQueue<Action>();
        [RuntimeInitializeOnLoadMethod(RuntimeInitializeLoadType.BeforeSceneLoad)]
        static void Install()
        {
            context = SynchronizationContext.Current;
            #region 使用 PlayerLoop 在 Unity 主线程的 Update 中更新本任务同步器
            var playerloop = PlayerLoop.GetCurrentPlayerLoop();
            var loop = new PlayerLoopSystem
            {
                type = typeof(Loom),
                updateDelegate = Update
            };
            //1. 找到 Update Loop System
            int index = Array.FindIndex(playerloop.subSystemList, v => v.type == typeof(UnityEngine.PlayerLoop.Update));
            //2.  将咱们的 loop 插入到 Update loop 中
            var updateloop = playerloop.subSystemList[index];
            var temp = updateloop.subSystemList.ToList();
            temp.Add(loop);
            updateloop.subSystemList = temp.ToArray();
            playerloop.subSystemList[index] = updateloop;
            //3. 设置自定义的 Loop 到 Unity 引擎
            PlayerLoop.SetPlayerLoop(playerloop);
#if UNITY_EDITOR
            //4. 已知：编辑器停止 Play 我们自己插入的 loop 依旧会触发，进入或退出Play 模式先清空 tasks
            EditorApplication.playModeStateChanged -= EditorApplication_playModeStateChanged;
            EditorApplication.playModeStateChanged += EditorApplication_playModeStateChanged;
            static void EditorApplication_playModeStateChanged(PlayModeStateChange obj)
            {
                if (obj == PlayModeStateChange.ExitingEditMode ||
                      obj == PlayModeStateChange.ExitingPlayMode)
                {
                    //清空任务列表
                    while (tasks.TryDequeue(out _)) { }
                }
            }
#endif
            #endregion
        }

#if UNITY_EDITOR
        //5. 确保编辑器下推送的事件也能被执行
        [InitializeOnLoadMethod]
        static void EditorForceUpdate()
        {
            Install();
            EditorApplication.update -= ForceEditorPlayerLoopUpdate;
            EditorApplication.update += ForceEditorPlayerLoopUpdate;
            void ForceEditorPlayerLoopUpdate()
            {
                if (EditorApplication.isPlayingOrWillChangePlaymode || EditorApplication.isCompiling || EditorApplication.isUpdating)
                {
                    // Not in Edit mode, don't interfere
                    return;
                }
                Update();
            }
        }
#endif

        //  将需要在主线程中执行的委托传递进来
        public static void Post(Action task)
        {
            if (SynchronizationContext.Current == context)
            {
                task?.Invoke();
            }
            else
            {
                tasks.Enqueue(task);
            }
        }

        static void Update()
        {
            while (tasks.TryDequeue(out var task))
            {
                try
                {
                    task?.Invoke();
                }
                catch (Exception e)
                {
                    Debug.Log($"{nameof(Loom)}:  封送的任务执行过程中发现异常，请确认: {e}");
                }
            }
        }
    }
}

本文的主角，Security-Camera-Toolkit-For-Unity 用到的 Loom 组件托管地址：点我

用法：

 /// <summary>
 /// NVR 登录
 /// <para>执行登录逻辑之前通过<see cref="INVRStateHandler.OnLogin"/>向名下监控发送事件</para>
 /// </summary>
 public virtual async Task LoginAsync()
 {
     foreach (var item in cameras)
     {
         Loom.Post(() => item.OnLogin(loginHandle));
     }
     await QueryCameraStatusAsync(true);
 }

在实际生产中的使用请点我

结语：

基于PlayerLoop API 实现的 Loom 不依赖 Monobehaviour 组件，无需关注 Loom 生命周期。
虽寥寥数行，却也实现了 Editor 下的线程间通信，并且与播放时的使用不冲突。
使用 Lambda 表达式的闭包优势，故而 Action 没有设计参数。
使用 ConcurrentQueue 线程安全队列实现多线程共享任务列表，保证了线程安全。
笔者仅仅在 PlayerLoopSystem 中的 Update 子系统中插入了自定义的方法，各位同学慎重把玩，笔者对用户自己行为造成的损失概不负责。

扩展阅读：

UniTask.PlayerLoopHelper.cs - 思路参考，相当于是它的精简版本。
SynchronizationContext - .NET 框架中使用的同步线程间数据的类
UnitySynchronizationContext - UnityEngine中的同步上下文组件，遥想刚发布时这个组件还存在死锁 bug ，所以呀，看待事物要以发展的眼光。如果愿意，可以扒下此脚本再把ExecuteTasks使用PlayerLoopSystem驱动一下就能使用了。
PlayerLoop 由实验性的 API 转移到 Lowlevel 命名空间下，代表其趋于稳定，大家可以进一步了解。

补充：

使用如下代码可以输出 Unity 中当前使用的所有的 PlayerLoopSyetem ，建议 LOG 单列显示

using UnityEngine;
using UnityEngine.LowLevel;
public static class Foo
{
    [RuntimeInitializeOnLoadMethod( RuntimeInitializeLoadType.BeforeSceneLoad)]
    static void Install()
    {
        int ident = 0;
        void ShowSystem(PlayerLoopSystem system)
        {
            ident++;
            foreach (var item in system.subSystemList)
            {
                Debug.Log($"{new string('\t',ident)}{item .type}");
                if (item.subSystemList?.Length>0)
                {
                    ShowSystem(item);
                }
            }
            ident--;
        }
        var system = PlayerLoop.GetCurrentPlayerLoop();
        ShowSystem(system);
    }
}

2022年5月8日更新

其实也可以不用这么麻烦，如果不关心使用哪个 Update 来执行投递的任务，完全可以化简成对 UnitySynchronizationContext 简单包装形式就行，至于何时以何种频度执行投递的任务那就是 Unity 的事了，代码如下：

using System;
using System.Threading;
using UnityEngine;
public static class Loom
{
    static int threadId;
    static SynchronizationContext context;

#if UNITY_EDITOR
    [UnityEditor.InitializeOnLoadMethod()]
#endif
    [RuntimeInitializeOnLoadMethod(RuntimeInitializeLoadType.BeforeSceneLoad)]
    private static void Install()
    {
        context = SynchronizationContext.Current;
        threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    }
    public static void Post(Action call)
    {
        if (Thread.CurrentThread.ManagedThreadId == threadId)
        {
            call?.Invoke();
        }
        else
        {
            context.Post(_state => call?.Invoke(), null);
        }
    }
}

当然，现在 UnitySynchronizationContext还是 internal 的，可能后期这个类类型就该公开了吧。届时这个轮子就会搁置，权当作为扩展阅读了。

2023年5月12日更新

Loom 是在逻辑代码中插入 lambda 表达式以切换到主线程，这并不优雅，改成 await 可行吗？
在 async 修饰的方法中还是需要使用 await Task.Run(async () => { }); 这样也引入了 lambda 表达式，改成 await 可行吗？
答案是：yes！我们完全可以使用自上而下一句一行的同步写法随心切换线程，代码和效果如下图展示。

测试代码	效果展示

PS：ToThreadPoolAsync 改 ToOtherThreadAsync 保证此 API 跟 ToMainThreadAsync 可以互相对举、联想。

那我该如何实现呢？

await ToMainThreadAsync 的实现

在 Loom 中插入以下方法

        /// <summary>
        /// 切换到主线程中执行
        /// </summary>
        public static SwitchToUnityThreadAwaitable ToMainThreadAsync() => new SwitchToUnityThreadAwaitable();

新增一个结构

    public struct SwitchToUnityThreadAwaitable
    {
        public Awaiter GetAwaiter() => new Awaiter();
        public struct Awaiter : INotifyCompletion
        {
            public bool IsCompleted => Loom.IsMainThread;
            public void GetResult() { }
            public void OnCompleted(Action continuation) => Loom.Post(continuation);
        }
    }

await ToOtherThreadAsync 的实现

在 Loom 中插入以下方法

        /// <summary>
        /// 切换到线程池中执行
        /// </summary>
        public static SwitchToThreadPoolAwaitable ToOtherThreadAsync() => new SwitchToThreadPoolAwaitable();

新增一个结构

    public struct SwitchToThreadPoolAwaitable
    {
        public Awaiter GetAwaiter() => new Awaiter();
        public struct Awaiter : ICriticalNotifyCompletion
        {
            static readonly WaitCallback switchToCallback = Callback;
            public bool IsCompleted => false;
            public void GetResult() { }
            public void OnCompleted(Action continuation) => ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem(switchToCallback, continuation);
            public void UnsafeOnCompleted(Action continuation) => ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem(switchToCallback, continuation);

            static void Callback(object state)
            {
                var continuation = (Action)state;
                continuation();
            }
        }
    }

由于 Loom 成员发生了变化，下面给出完整代码,拷贝即可食用！

// Copyright (c) https://github.com/Bian-Sh
// Licensed under the MIT License.

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Linq;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
#if UNITY_EDITOR
using UnityEditor;
#endif
using UnityEngine;
using UnityEngine.LowLevel;
namespace zFramework.Internal
{
    /// <summary>
    /// 任务同步器：在主线程中执行 Action 委托
    /// <br>原名 TaskSync，但是觉得 Loom（织布机）更有意境</br>
    /// </summary>
    public static class Loom
    {
        public static int mainThreadId;
        public static bool IsMainThread => Thread.CurrentThread.ManagedThreadId == mainThreadId;
        static readonly ConcurrentQueue<Action> tasks = new ConcurrentQueue<Action>();
        [RuntimeInitializeOnLoadMethod(RuntimeInitializeLoadType.BeforeSceneLoad)]
        static void Install()
        {
            mainThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            #region 使用 PlayerLoop 在 Unity 主线程的 Update 中更新本任务同步器
            var playerloop = PlayerLoop.GetCurrentPlayerLoop();
            var loop = new PlayerLoopSystem
            {
                type = typeof(Loom),
                updateDelegate = Update
            };
            //1. 找到 Update Loop System
            int index = Array.FindIndex(playerloop.subSystemList, v => v.type == typeof(UnityEngine.PlayerLoop.Update));
            //2.  将咱们的 loop 插入到 Update loop 中
            var updateloop = playerloop.subSystemList[index];
            var temp = updateloop.subSystemList.ToList();
            temp.Add(loop);
            updateloop.subSystemList = temp.ToArray();
            playerloop.subSystemList[index] = updateloop;
            //3. 设置自定义的 Loop 到 Unity 引擎
            PlayerLoop.SetPlayerLoop(playerloop);
#if UNITY_EDITOR
            //4. 已知：编辑器停止 Play 我们自己插入的 loop 依旧会触发，进入或退出Play 模式先清空 tasks
            EditorApplication.playModeStateChanged -= EditorApplication_playModeStateChanged;
            EditorApplication.playModeStateChanged += EditorApplication_playModeStateChanged;
            static void EditorApplication_playModeStateChanged(PlayModeStateChange obj)
            {
                if (obj == PlayModeStateChange.ExitingEditMode ||
                      obj == PlayModeStateChange.ExitingPlayMode)
                {
                    //清空任务列表
                    while (tasks.TryDequeue(out _)) { }
                }
            }
#endif
            #endregion
        }

#if UNITY_EDITOR
        //5. 确保编辑器下推送的事件也能被执行
        [InitializeOnLoadMethod]
        static void EditorForceUpdate()
        {
            Install();
            EditorApplication.update -= ForceEditorPlayerLoopUpdate;
            EditorApplication.update += ForceEditorPlayerLoopUpdate;
            void ForceEditorPlayerLoopUpdate()
            {
                if (EditorApplication.isPlayingOrWillChangePlaymode || EditorApplication.isCompiling || EditorApplication.isUpdating)
                {
                    // Not in Edit mode, don't interfere
                    return;
                }
                Update();
            }
        }
#endif

        /// <summary>
        ///  在主线程中执行
        /// </summary>
        /// <param name="task">要执行的委托</param>
        public static void Post(Action task)
        {
            if (IsMainThread)
            {
                task?.Invoke();
            }
            else
            {
                tasks.Enqueue(task);
            }
        }

        static void Update()
        {
            while (tasks.TryDequeue(out var task))
            {
                try
                {
                    task?.Invoke();
                }
                catch (Exception e)
                {
                    Debug.Log($"{nameof(Loom)}:  封送的任务执行过程中发现异常，请确认: {e}");
                }
            }
        }
        /// <summary>
        /// 切换到主线程中执行
        /// </summary>
        public static SwitchToUnityThreadAwaitable ToMainThreadAsync() => new SwitchToUnityThreadAwaitable();
        /// <summary>
        /// 切换到线程池中执行
        /// </summary>
        public static SwitchToThreadPoolAwaitable ToOtherThreadAsync() => new SwitchToThreadPoolAwaitable();
    }
    public struct SwitchToUnityThreadAwaitable
    {
        public Awaiter GetAwaiter() => new();
        public struct Awaiter : INotifyCompletion
        {
            public bool IsCompleted => Loom.IsMainThread;
            public void GetResult() { }
            public void OnCompleted(Action continuation) => Loom.Post(continuation);
        }
    }
    public struct SwitchToThreadPoolAwaitable
    {
        public Awaiter GetAwaiter() => new();
        public struct Awaiter : ICriticalNotifyCompletion
        {
            static readonly WaitCallback switchToCallback = Callback;
            public bool IsCompleted => false;
            public void GetResult() { }
            public void OnCompleted(Action continuation) => ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem(switchToCallback, continuation);
            public void UnsafeOnCompleted(Action continuation) => ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem(switchToCallback, continuation);
            static void Callback(object state)
            {
                var continuation = (Action)state;
                continuation();
            }
        }
    }
}

2023年6月2日更新

把 ToMainThreadAsync() 方法改属性 ToOtherThread 、ToOtherThreadAsync() 方法改属性 ToOtherThread，调用更简洁（少key单词，少key符号，版面看着更连贯）。
PS：源码自己改，就不为了两个字符的变革重新写一遍上面的代码了

2023年7月5日更新

做成 upm 包，方便维护和使用
https://github.com/Bian-Sh/Loom

最后编辑于：2023.07.05 02:17:40

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男人毒药：我在死后第九天来索命
文/蒙蒙一、第九天我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
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一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
文/苍兰香墨我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。一阵脚步声响...
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情欲美人皮
我被黑心中介骗来泰国打工，没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。一个月前我还...
沈念sama阅读 36,189评论 2赞 286
代替公主和亲
正文我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
茶点故事阅读 35,987评论 2赞 279

[Unity 3d] 老瓶新酒，看我基于PlayerLoopSystem的Loom新写法

前言：

实现：

代码：

用法：

结语：

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补充：

2022年5月8日更新

2023年5月12日更新

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