一、什么是协程

A coroutine is like a function that has the ability to pause execution and return control to Unity but then to continue where it left off on the following frame.

协程就像一个函数，能够暂停执行并将控制权返还给 Unity，然后在下一帧继续执行。

在 C# 中，声明协程的方式如下：

IEnumerator Fade() 
{
    for (float ft = 1f; ft >= 0; ft -= 0.1f) 
    {
        Color c = renderer.material.color;
        c.a = ft;
        renderer.material.color = c;
        yield return null;
    }
}

Unity中的协程是一种返回值为IEnumerator的特殊函数，它可以主动的请求暂停自身并提交一个唤醒条件（yield return 语句），yield return null 行是暂停执行并随后在下一帧恢复的点。Unity会在唤醒条件满足的时候去重新唤醒协程，所以协程还是运行在主线程上。

一个协同程序在执行过程中，可以在任意位置使用yield语句。yield的返回值控制何时恢复协同程序向下执行。

二、协程的使用

要将协程设置为运行状态，必须使用 StartCoroutine 函数：

public Coroutine StartCoroutine(IEnumerator routine);

MonoBehaviour.StartCoroutine()方法可以开启一个协程，这个协程会挂在该MonoBehaviour下。

在一个协程开始后，同样会有结束协程的方法StopCoroutine与StopAllCoroutines两种方式，需要注意的是，两者的使用需要遵循一定的规则。在此之前，先介绍一下关于StopCoroutine重载：

StopCoroutine(string methodName)：通过方法名（字符串）来进行
StopCoroutine(IEnumerator routine):通过方法形式来调用
StopCoroutine(Coroutine routine)：通过指定的协程来关闭

前两种结束协程方法的使用上，如果我们是使用StartCoroutine(string methodName)来开启一个协程的，那么结束协程就只能使用StopCoroutine(string methodName)和StopCoroutine(Coroutine routine)来结束协程。

设置gameobject的active为false时可以终止协同程序，但是再次设置为true后协程不会再启动。

三、协程的应用场景

• 异步加载资源
• 将一个复杂程序分帧执行
• 定时器

四、协程的执行顺序

开始协同程序 -> 执行协同程序 -> 中断协同程序（中断指令）-> 返回上层继续执行->中断指令结束后继续执行协同程序剩下的内容

一个协程收到中断指令（YieldInstruction）后暂停执行，返回上层执行同时等待这个指令达成后继续执行。

五、协程的特点

• 1、协程在中断指令(YieldInstruction)产生时暂停执行
• 2、协程一暂停执行便立即返回 //中断协程后返回主函数，暂停结束后继续执行协程剩余的函数。
• 3、中断指令完成后从中断指令的下一行继续执行
• 4、同一时刻、一个脚本实例中可以有多个暂停的协程，但只有一个运行着的协程
• 5、函数体全部执行完后，协程结束
• 6、协程可以很好的控制跨越一定帧数后执行的行为
• 7、协程在性能上、相比于一般函数几乎没有更多的开销
• 8、不能再Update或者FixUpdate方法中使用协同程序，否则会报错。

六、协程的优缺点

优点：

• 协程更加轻量，创建成本更小，降低了内存消耗
• 协作式的用户态调度器，减少了 CPU 上下文切换的开销，提高了 CPU 缓存命中率
• 减少同步加锁，整体上提高了性能
• 可以按照同步思维写异步代码，即用同步的逻辑，写由协程调度的回调

缺点：

• 在协程执行中不能有阻塞操作，否则整个线程被阻塞(协程是语言级别的，线程，进程属于操作系统级别)
• 需要特别关注全局变量、对象引用的使用
• 协程可以处理 IO 密集型程序的效率问题，但是处理 CPU 密集型不是它的长处。

七、协程(Coroutine)、进程(Process)和线程(Thread)的关系与区别

Process -> Thread -> Coroutine

协程(Coroutine)是编译器级的，进程(Process)和线程(Thread)是操作系统级的。

进程(Process)和线程(Thread)是os通过调度算法，保存当前的上下文，然后从上次暂停的地方再次开始计算，重新开始的地方不可预期，每次CPU计算的指令数量和代码跑过的CPU时间是相关的，跑到os分配的cpu时间到达后就会被os强制挂起，开发者无法精确的控制它们。

协程（Coroutine）是一种轻量级的用户态线程，实现的是非抢占式的调度，即由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。

目前的协程框架一般都是设计成 1:N 模式。所谓 1:N 就是一个线程作为一个容器里面放置多个协程。那么谁来适时的切换这些协程？答案是有协程自己主动让出 CPU，也就是每个协程池里面有一个调度器，这个调度器是被动调度的。而且当一个协程发现自己执行不下去了（比如异步等待网络的数据回来，但是当前还没有数据到)，这个时候就可以由这个协程通知调度器，这个时候执行到调度器的代码，调度器根据事先设计好的调度算法找到当前最需要 CPU 的协程。切换这个协程的 CPU 上下文把 CPU 的运行权交个这个协程，直到这个协程出现执行不下去需要等等的情况，或者它调用主动让出 CPU 的 API 之类，触发下一次调度。

八、协程的底层原理

协程分为两部分，协程与协程调度器：协程仅仅是一个能够中间暂停返回的函数，而协程调度是在MonoBehaviour的生命周期中实现的。 准确的说，Unity只实现了协程调度部分，而协程本身其实就是用了C#原生的”迭代器方法“。

1、协程（C#的迭代器函数）

C#中的迭代器方法其实就是一个协程，你可以使用yield来暂停，使用MoveNext()来继续执行。 当一个方法的返回值写成了IEnumerator类型，他就会自动被解析成迭代器方法（后文直接称之为协程），你调用此方法的时候不会真的运行，而是会返回一个迭代器，需要用MoveNext()来真正的运行。看例子：

static void Main(string[] args)
{
    IEnumerator it = Test();//仅仅返回一个指向Test的迭代器，不会真的执行。
    Console.ReadKey();
    it.MoveNext();//执行Test直到遇到第一个yield
    System.Console.WriteLine(it.Current);//输出1
    Console.ReadKey();
    it.MoveNext();//执行Test直到遇到第二个yield
    System.Console.WriteLine(it.Current);//输出2
    Console.ReadKey();
    it.MoveNext();//执行Test直到遇到第三个yield
    System.Console.WriteLine(it.Current);//输出test3
    Console.ReadKey();
}
​
static IEnumerator Test()
{
    System.Console.WriteLine("第一次执行");
    yield return 1;
    System.Console.WriteLine("第二次执行");
    yield return 2;
    System.Console.WriteLine("第三次执行");
    yield return "test3";
}

• 执行Test()不会运行函数体，会直接返回一个IEnumerator
• 调用IEnumerator的MoveNext()成员，会执行协程直到遇到第一个yield return或者执行完毕。
• 调用IEnumerator的Current成员，可以获得yield return后面接的返回值，该返回值可以是任何类型的对象。

2、协程调度：MonoBehaviour生命周期中实现

MonoBehaviour生命周期中，会有很多yield阶段，在这些阶段中，Unity会检查MonoBehaviour中是否挂载了可以被唤醒的协程，如果有则唤醒它。

通过对C#迭代器的了解，我们可以模仿Unity自己实现一个简单的协程调度。这里以YieldWaitForSeconds为例：

// 伪代码
void YieldWaitForSeconds()
{
    //定义一个移除列表，当一个协程执行完毕或者唤醒条件的类型改变时，应该从当前协程列表中移除。
    List<WaitForSeconds> removeList = new List<WaitForSeconds>();
    foreach(IEnumerator w in m_WaitForSeconds) //遍历所有唤醒条件为WaitForSeconds的协程
    {
        if(Time.time >= w.beginTime() + w.interval) //检查是否满足了唤醒条件
        {
            //尝试唤醒协程，如果唤醒失败，则证明协程已经执行完毕
            if(it.MoveNext();)
            {
                //应用新的唤醒条件
                if(!(it.Current is WaitForSeconds))
                {
                    removeList.Add(it);
                       //在这里写一些代码，将it移到其它的协程队列里面去
                }
            }
            else 
            {
                removeList.Add(it);
            }
        }
    }
    m_WaitForSeconds.RemoveAll(removeList);
}

九、参考资料

1、Unity基础篇：协程（协同程序）的概括（StartCoroutine 和yield return和StopCoroutine ）_烟雨迷离半世殇的博客-CSDN博客

2、【Unity】Unity协程(Coroutine)的原理与应用_我是飞扬的博客-CSDN博客