目錄
一．概述
二．"標(biāo)準(zhǔn)"多線程
三．AsyncTask系統(tǒng)
3.1 FQueuedThreadPool線程池
3.2 Asyntask與IQueuedWork
3.3 其他相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)
四．TaskGraph系統(tǒng)
4.1 從Tick函數(shù)談起
4.2 TaskGraph系統(tǒng)中的任務(wù)與線程
4.3 TaskGraph系統(tǒng)中的任務(wù)與事件
4.4 其他相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)
五．總結(jié)

一．概述

多線程是優(yōu)化項(xiàng)目性能的重要方式之一，游戲也不例外。雖然經(jīng)常能看到“游戲不適合利用多線程優(yōu)化”的言論，但我個(gè)人覺得這句話更多的是針對(duì)GamePlay，游戲中多線程用的一點(diǎn)也不少，比如渲染模塊、物理模塊、網(wǎng)絡(luò)通信、音頻系統(tǒng)、IO等。下圖就展示了UE4引擎運(yùn)行時(shí)的部分線程，可能比你想象的還要多一些。
?

UE4運(yùn)行時(shí)開啟的線程

雖然UE4遵循C++11的標(biāo)準(zhǔn)，但是他并沒有使用std::thread，而是自己實(shí)現(xiàn)了一套多線程機(jī)制（應(yīng)該是從UE3時(shí)代就有了，未考證），用法上很像Java。當(dāng)然，你如果想用std::thread也是完全沒有問題的。

在UE4里面，我們可以自己繼承FRunnable接口創(chuàng)建單個(gè)線程，也可以直接創(chuàng)建AsyncTask來調(diào)用線程池里面空閑的線程，還可以通過TaskGraph系統(tǒng)來異步完成一些自定義任務(wù)。雖然本質(zhì)相同，但是用法不同，理解上也要花費(fèi)不少時(shí)間，這篇文章會(huì)對(duì)里面的各個(gè)機(jī)制逐個(gè)分析并做出總結(jié)，但并不會(huì)深入討論線程的實(shí)現(xiàn)原理、線程安全等內(nèi)容。另外，由于個(gè)人接觸多線程編程的時(shí)間不長，有一些內(nèi)容可能不是很準(zhǔn)確，歡迎大家一起討論。

二．“標(biāo)準(zhǔn)”多線程

我們先從最基本的創(chuàng)建方式談起，這里的“標(biāo)準(zhǔn)”只是一個(gè)修飾。其實(shí)就是創(chuàng)建一個(gè)繼承自FRunnable的類，把這個(gè)類要執(zhí)行的任務(wù)分發(fā)給其他線程去執(zhí)行。FRunnable就是一個(gè)很簡單的類，里面只有5，6個(gè)函數(shù)接口，為了與真正的線程區(qū)分，我這里稱FRunnable為“線程執(zhí)行體”。
?

//Runnable.h

class CORE_API FRunnable

{

public:

? ? ? ? /**

? ? ? ???* Initializes the runnable object.

? ? ? ???*

? ? ? ???* This method is called in the context of the thread object that aggregates this, not the

? ? ? ???* thread that passes this runnable to a new thread.

? ? ? ???*

? ? ? ???* @return True if initialization was successful, false otherwise

? ? ? ???* @see Run, Stop, Exit

? ? ? ???*/

? ? ? ? virtual bool Init()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? return true;

? ? ? ? }

? ? ? ? /**

? ? ? ???* Runs the runnable object.

? ? ? ???*

? ? ? ???* This is where all per object thread work is done. This is only called if the initialization was successful.

? ? ? ???*

? ? ? ???* @return The exit code of the runnable object

? ? ? ???* @see Init, Stop, Exit

? ? ? ???*/

? ? ? ? virtual uint32 Run() = 0;

? ? ? ? /**

? ? ? ???* Stops the runnable object.

? ? ? ???*

? ? ? ???* This is called if a thread is requested to terminate early.

? ? ? ???* @see Init, Run, Exit

? ? ? ???*/

? ? ? ? virtual void Stop() { }

? ? ? ? /**

? ? ? ???* Exits the runnable object.

? ? ? ???*

? ? ? ???* Called in the context of the aggregating thread to perform any cleanup.

? ? ? ???* @see Init, Run, Stop

? ? ? ???*/

? ? ? ? virtual void Exit() { }

? ? ? ? /**

? ? ? ???* Gets single thread interface pointer used for ticking this runnable when multi-threading is disabled.

? ? ? ???* If the interface is not implemented, this runnable will not be ticked when FPlatformProcess::SupportsMultithreading() is false.

? ? ? ???*

? ? ? ? * @return Pointer to the single thread interface or nullptr if not implemented.

? ? ? ???*/

? ? ? ? virtual class FSingleThreadRunnable* GetSingleThreadInterface( )

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? return nullptr;

? ? ? ? }

? ? ? ? /** Virtual destructor */

? ? ? ? virtual ~FRunnable() { }

};

復(fù)制代碼

看起來這么簡單個(gè)類，我們是不是可以不繼承他，單獨(dú)寫一個(gè)類再把這幾個(gè)接口放進(jìn)去呢？當(dāng)然不行，實(shí)際上，在實(shí)現(xiàn)多線程的時(shí)候，我們需要將FRunnable作為參數(shù)傳遞到真正的線程里面，然后才能通過線程去調(diào)用FRunnable的Run，也就是我們具體實(shí)現(xiàn)的類的Run方法（通過虛函數(shù)覆蓋父類的Run）。所謂真正的線程其實(shí)就是FRunnableThread，不同平臺(tái)的線程都繼承自他，如FRunnableThreadWin，里面會(huì)調(diào)用Windows平臺(tái)的創(chuàng)建線程的API接口。下圖給出了FRunnable與線程之間的關(guān)系類圖：
?

在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，你需要繼承FRunnable并重寫他的那幾個(gè)函數(shù)，Run()里面表示你在線程里面想要執(zhí)行的邏輯。具體的實(shí)現(xiàn)方式網(wǎng)上有很多案例，這里給出UE4Wiki的教程鏈接：

Multi-Threading: How to Create Threads in UE4

三．AsyncTask系統(tǒng)

說完了UE4“標(biāo)準(zhǔn)”線程的使用，下面我們來談?wù)勆晕?fù)雜一點(diǎn)的AsyncTask系統(tǒng)。AsyncTask系統(tǒng)是一套基于線程池的異步任務(wù)處理系統(tǒng)。如果你沒有接觸過UE4多線程，用搜索引擎搜索UE4多線程時(shí)可能就會(huì)看到類似下面這樣的用法。
?

//AsyncWork.h

? ?? ???class ExampleAsyncTask : public FNonAbandonableTask

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? friend class FAsyncTask<ExampleAsyncTask>;

? ? ? ? ? ? ? ? int32 ExampleData;

? ? ? ? ? ? ? ? ExampleAsyncTask(int32 InExampleData)

? ? ? ? ? ? ? ???: ExampleData(InExampleData)

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? void DoWork()

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ... do the work here

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? FORCEINLINE TStatId GetStatId() const

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? RETURN_QUICK_DECLARE_CYCLE_STAT(ExampleAsyncTask, STATGROUP_ThreadPoolAsyncTasks);

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? };

? ? ? ? void Example()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? //start an example job

? ? ? ? ? ? ? ? FAsyncTask<ExampleAsyncTask>* MyTask = new FAsyncTask<ExampleAsyncTask>( 5 );

? ? ? ? ? ? ? ? MyTask->StartBackgroundTask();

? ? ? ? ? ? ? ? //--or --

? ? ? ? ? ? ? ? MyTask->StartSynchronousTask();

? ? ? ? ? ? ? ? //to just do it now on this thread

? ? ? ? ? ? ? ? //Check if the task is done :

? ? ? ? ? ? ? ? if (MyTask->IsDone())

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? //Spinning on IsDone is not acceptable( see EnsureCompletion ), but it is ok to check once a frame.

? ? ? ? ? ? ? ? //Ensure the task is done, doing the task on the current thread if it has not been started, waiting until completion in all cases.

? ? ? ? ? ? ? ? MyTask->EnsureCompletion();

? ? ? ? ? ? ? ? delete Task;

? ? ? ? }

復(fù)制代碼

沒錯(cuò)，這就是官方代碼里面給出的一種異步處理的解決方案示例。不過你可能更在意的是這個(gè)所謂多線程的用法，看起來非常簡單，但是卻找不到任何帶有“Thread”或“Runnable”的字樣，那么他也是用Runnable的方式做的么？答案肯定是Yes。只不過封裝的比較深，需要我們深入源碼才能明白其中的原理。
?

注：Andriod多線程開發(fā)里面也會(huì)用到AsyncTask，二者的實(shí)現(xiàn)原理非常相似。

3.1 FQueuedThreadPool線程池

在介紹AsynTask之前先講一下UE里面的線程池，FQueuedThreadPool。和一般的線程池實(shí)現(xiàn)類似，線程池里面維護(hù)了多個(gè)線程FQueuedThread與多個(gè)任務(wù)隊(duì)列IQueuedWork，線程是按照隊(duì)列的方式來排列的。在引擎PreInit的時(shí)候執(zhí)行相關(guān)的初始化操作，代碼如下
?

// FEngineLoop.PreInit? ?LaunchEngineLoop.cpp

if (FPlatformProcess::SupportsMultithreading())

{

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? GThreadPool = FQueuedThreadPool::Allocate();

? ? ? ? ? ? ? ? int32 NumThreadsInThreadPool = FPlatformMisc::NumberOfWorkerThreadsToSpawn();

? ? ? ? ? ? ? ? // we are only going to give dedicated servers one pool thread

? ? ? ? ? ? ? ? if (FPlatformProperties::IsServerOnly())

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ?? ???NumThreadsInThreadPool = 1;

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? verify(GThreadPool->Create(NumThreadsInThreadPool, 128 * 1024));

? ? ? ? }

#ifUSE_NEW_ASYNC_IO

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? GIOThreadPool = FQueuedThreadPool::Allocate();

? ? ? ? ? ? ? ? int32 NumThreadsInThreadPool = FPlatformMisc::NumberOfIOWorkerThreadsToSpawn();

? ? ? ? ? ? ? ? if (FPlatformProperties::IsServerOnly())

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ?? ???NumThreadsInThreadPool = 2;

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? verify(GIOThreadPool->Create(NumThreadsInThreadPool, 16 * 1024, TPri_AboveNormal));

? ? ? ? }

#endif// USE_NEW_ASYNC_IO

#ifWITH_EDITOR

? ? ? ? // when we are in the editor we like to do things like build lighting and such

? ? ? ? // this thread pool can be used for those purposes

? ? ? ? GLargeThreadPool = FQueuedThreadPool::Allocate();

? ? ? ? int32 NumThreadsInLargeThreadPool = FMath::Max(FPlatformMisc::NumberOfCoresIncludingHyperthreads() - 2, 2);

? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? verify(GLargeThreadPool->Create(NumThreadsInLargeThreadPool, 128 * 1024));

#endif

}

復(fù)制代碼

這段代碼我們可以看出，專有服務(wù)器的線程池GThreadPool默認(rèn)只開一個(gè)線程，非專有服務(wù)器的根據(jù)核數(shù)開（CoreNum-1）個(gè)線程。編輯器模式會(huì)另外再創(chuàng)建一個(gè)線程池GLargeThreadPool，包含（LogicalCoreNum-2）個(gè)線程，用來處理貼圖的壓縮和編碼相關(guān)內(nèi)容。

在線程池里面所有的線程都是FQueuedThread類型，不過更確切的說FQueuedThread是繼承自FRunnable的線程執(zhí)行體，每個(gè)FQueuedThread里面包含一個(gè)FRunnableThread作為內(nèi)部成員。

相比一般的線程，FQueuedThread里面多了一個(gè)成員FEvent* DoWorkEvent，也就是說FQueuedThread里面是有一個(gè)事件觸發(fā)機(jī)制的。那么這個(gè)事件機(jī)制的作用是什么？二手手游拍賣平臺(tái)一般情況下來說，就是在沒有任務(wù)的時(shí)候掛起這個(gè)線程，在添加并分配給該線程任務(wù)的時(shí)候激活他，不過你可以靈活運(yùn)用它，在你需要的時(shí)候去動(dòng)態(tài)控制線程任務(wù)的執(zhí)行與暫停。前面我們?cè)诮o線程池初始化的時(shí)候，通過FQueuedThreadPool的Create函數(shù)創(chuàng)建了多個(gè)FQueuedThread，然后每個(gè)FQueuedThread會(huì)執(zhí)行Run函數(shù)，里面有一段邏輯如下：

//ThreadingBase.cpp

bool bContinueWaiting = true;

while(bContinueWaiting )

{? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? DECLARE_SCOPE_CYCLE_COUNTER(TEXT( "FQueuedThread::Run.WaitForWork" ), STAT_FQueuedThread_Run_WaitForWork, STATGROUP_ThreadPoolAsyncTasks );

? ? ? ? // Wait for some work to do

? ? ? ? bContinueWaiting = !DoWorkEvent->Wait( 10 );

}

//windows平臺(tái)下的wait

bool FEventWin::Wait(uint32 WaitTime, const bool bIgnoreThreadIdleStats/*= false*/)

{

? ? ? ? WaitForStats();

? ? ? ? SCOPE_CYCLE_COUNTER(STAT_EventWait );

? ? ? ? check(Event );

? ? ? ? FThreadIdleStats::FScopeIdleScope(bIgnoreThreadIdleStats );

? ? ? ? return (WaitForSingleObject( Event, WaitTime ) == WAIT_OBJECT_0);

}

復(fù)制代碼

我們看到，當(dāng)DoWorkEvent執(zhí)行Wait的時(shí)候，如果該線程的Event處于無信號(hào)狀態(tài)（默認(rèn)剛創(chuàng)建是無信號(hào)的），那么wait會(huì)等待10毫秒并返回false，線程處于While無限循環(huán)中。如果線程池添加了任務(wù)（AddQueuedWork）并執(zhí)行了DoWorkEvent的Trigger函數(shù)，那么Event就會(huì)被設(shè)置為有信號(hào)，Wait函數(shù)就會(huì)返回true，隨后線程跳出循環(huán)進(jìn)而處理任務(wù)。
?

注：FQueuedThread里的DoWorkEvent是通過FPlatformProcess::GetSynchEventFromPool();從EventPool里面獲取的。WaitForSingleObject等內(nèi)容涉及到Windows下的事件機(jī)制，大家可以自行到網(wǎng)上搜索相關(guān)的使用，這里給出一個(gè)官方的使用案例。

目前我們接觸的類之間的關(guān)系如下圖：
?

3.2 Asyntask與IQueuedWork

線程池的任務(wù)IQueuedWork本身是一個(gè)接口，所以得有具體實(shí)現(xiàn)。這里你就應(yīng)該能猜到，所謂的AsynTask其實(shí)就是對(duì)IQueuedWork的具體實(shí)現(xiàn)。這里AsynTask泛指FAsyncTask與FAutoDeleteAsyncTask兩個(gè)類，我們先從FAsyncTask說起。

FAsyncTask有幾個(gè)特點(diǎn)，
?

• FAsyncTask是一個(gè)模板類，真正的AsyncTask需要你自己寫。通過DoWork提供你要執(zhí)行的具體任務(wù)，然后把你的類作為模板參數(shù)傳過去
• 使用FAsyncTask就默認(rèn)你要使用UE提供的線程池FQueuedThreadPool，前面代碼里說明了在引擎PreInit的時(shí)候會(huì)初始化線程池并返回一個(gè)指針GThreadPool。在執(zhí)行FAsyncTask任務(wù)時(shí)，如果你在執(zhí)行StartBackgroundTask的時(shí)候會(huì)默認(rèn)使用GThreadPool線程池，當(dāng)然你也可以在參數(shù)里面指定自己創(chuàng)建的線程池
• 創(chuàng)建FAsyncTask并不一定要使用新的線程，你可以調(diào)用函數(shù)StartSynchronousTask直接在當(dāng)前線程上執(zhí)行任務(wù)
• FAsyncTask本身包含一個(gè)DoneEvent，任務(wù)執(zhí)行完成的時(shí)候會(huì)激活該事件。當(dāng)你想等待一個(gè)任務(wù)完成時(shí)再做其他操作，就可以調(diào)用EnsureCompletion函數(shù)，他可以從隊(duì)列里面取出來還沒被執(zhí)行的任務(wù)放到當(dāng)前線程來做，也可以掛起當(dāng)前線程等待DoneEvent激活后再往下執(zhí)行

FAutoDeleteAsyncTask與FAsyncTask是相似的，但是有一些差異，
?

• 默認(rèn)使用UE提供的線程池FQueuedThreadPool，無法使用其他線程池
• FAutoDeleteAsyncTask在任務(wù)完成后會(huì)通過線程池的Destroy函數(shù)刪除自身或者在執(zhí)行DoWork后刪除自身，而FAsyncTask需要手動(dòng)delete
• 包含F(xiàn)AsyncTask的特點(diǎn)1和特點(diǎn)3

總的來說，AsyncTask系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的多線程與你自己字節(jié)繼承FRunnable實(shí)現(xiàn)的原理相似，不過他在用法上比較簡單，而且還可以直接借用UE4提供的線程池，很方便。

最后我們?cè)賮硎崂硪幌逻@些類之間的關(guān)系：
?

AsyncTask系統(tǒng)相關(guān)類圖

3.3 其他相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)

大家在看源碼的時(shí)候可能會(huì)遇到一些疑問，這里簡單列舉并解釋一下

1. FScopeLock

FScopeLock是UE提供的一種基于作用域的鎖，思想類似RAII機(jī)制。在構(gòu)造時(shí)對(duì)當(dāng)前區(qū)域加鎖，離開作用域時(shí)執(zhí)行析構(gòu)并解鎖。UE里面有很多帶有“Scope”關(guān)鍵字的類，如移動(dòng)組件中的FScopedMovementUpdate，Task系統(tǒng)中的FScopeCycleCounter，FScopedEvent等，他們的實(shí)現(xiàn)思路是類似的。

2. FNonAbandonableTask

繼承FNonAbandonableTask的Task不可以在執(zhí)行階段終止，即使執(zhí)行Abandon函數(shù)也會(huì)去觸發(fā)DoWork函數(shù)。
?

? ?? ?// FAutoDeleteAsyncTask

? ? ? ? virtual void Abandon(void)

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? if (Task.CanAbandon())

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Task.Abandon();

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? delete this;

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? else

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DoWork();

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? }

? ? ? ? // FAsyncTask

? ? ? ? virtual void Abandon(void)

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? if (Task.CanAbandon())

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Task.Abandon();

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? check(WorkNotFinishedCounter.GetValue() == 1);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? WorkNotFinishedCounter.Decrement();

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? else

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DoWork();

? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? FinishThreadedWork();

? ? ? ? }

復(fù)制代碼

3.AsyncTask與轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)造

通過本章節(jié)開始的例子，我們知道創(chuàng)建自定義任務(wù)的方式如下

FAsyncTask<ExampleAsyncTask>*MyTask= new FAsyncTask<ExampleAsyncTask>(5);

括號(hào)里面的5會(huì)以參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳到的ExampleAsyncTask構(gòu)造函數(shù)里面，這一步涉及到C++11的右值引用與轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)造，具體細(xì)節(jié)可以去網(wǎng)上搜索一下。
?

/** Forwarding constructor. */

template <typename Arg0Type, typename... ArgTypes>

FAsyncTask(Arg0Type&& Arg0, ArgTypes&&... Args)

? ? ? ? : Task(Forward<Arg0Type>(Arg0), Forward<ArgTypes>(Args)...)

{

? ? ? ? Init();

}

復(fù)制代碼

四．TaskGraph系統(tǒng)

說完了FAsyncTask系統(tǒng)，接下來我們?cè)僬務(wù)劯鼜?fù)雜的TaskGraph系統(tǒng)（應(yīng)該不會(huì)有比他更復(fù)雜的了）。Task Graph 系統(tǒng)是UE4一套抽象的異步任務(wù)處理系統(tǒng)，可以創(chuàng)建多個(gè)多線程任務(wù)，指定各個(gè)任務(wù)之間的依賴關(guān)系，按照該關(guān)系來依次處理任務(wù)。具體的實(shí)現(xiàn)方式網(wǎng)上也有很多案例，這里先給出UE4Wiki的教程鏈接：

Multi-Threading: Task Graph System

建議大家先了解其用法，然后再往下閱讀。

4.1 從Tick函數(shù)談起

平時(shí)調(diào)試的時(shí)候，我們隨便找個(gè)Tick斷點(diǎn)一下都能看到類似下圖這樣的函數(shù)堆棧。如果你前面的章節(jié)都看懂的話，這個(gè)堆棧也能大概理解。World在執(zhí)行Tick的時(shí)候，觸發(fā)了FNamedTaskThread線程去執(zhí)行任務(wù)（FTickFunctionTask），任務(wù)FTickFunctionTask具體的工作內(nèi)容就是執(zhí)行ACtorComponent的Tick函數(shù)。其實(shí)，這個(gè)堆棧也說明了所有Actor與Component的Tick都是通過TaskGraph系統(tǒng)來執(zhí)行的。
?

組件Tick的函數(shù)堆棧

不過你可能還是會(huì)有很多問題，TaskGraph斷點(diǎn)為什么是在主線程里面?FNamedTaskThread是什么意思？FTickFunctionTask到底是在哪個(gè)線程執(zhí)行？答案在下一小節(jié)逐步給出。

4.2 TaskGraph系統(tǒng)中的任務(wù)與線程

既然是Task系統(tǒng)，那么應(yīng)該能猜到他和前面的AsyncTask系統(tǒng)相似，我們可以創(chuàng)建多個(gè)Task任務(wù)然后分配給不同的線程去執(zhí)行。在TaskGraph系統(tǒng)里面，任務(wù)類也是我們自己創(chuàng)建的，如FTickFunctionTask、FReturnGraphTask等，里面需要聲明DoTask函數(shù)來表示要執(zhí)行的任務(wù)內(nèi)容，GetDesiredThread函數(shù)來表示要在哪個(gè)線程上面執(zhí)行，大概的樣子如下：
?

class FMyTestTask

{

? ?? ???public:

? ?? ?? ?FMyTestTask()//send in property defaults here

? ?? ???{

? ?? ???}

? ?? ???static const TCHAR*GetTaskName()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? return TEXT("FMyTestTask");

? ? ? ? }

? ? ? ? FORCEINLINE static TStatId GetStatId()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? RETURN_QUICK_DECLARE_CYCLE_STAT(FMyTestTask, STATGROUP_TaskGraphTasks);

? ? ? ? }

? ? ? ? /** return the thread for this task **/

? ? ? ? static ENamedThreads::Type GetDesiredThread()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? return ENamedThreads::AnyThread;

? ? ? ? }

? ? ? ? /*

? ?? ???namespace ESubsequentsMode

? ?? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? enum Type

? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // 存在后續(xù)任務(wù)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? TrackSubsequents,

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // 沒有后續(xù)任務(wù)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? FireAndForget

? ? ? ? ? ? ? ? };

? ? ? ? }

? ? ? ? */

? ? ? ? static ESubsequentsMode::Type GetSubsequentsMode()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? return ESubsequentsMode::TrackSubsequents;

? ? ? ? }

? ? ? ? void DoTask(ENamedThreads::Type CurrentThread, const FGraphEventRef& MyCompletionGraphEvent)

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? }

};

復(fù)制代碼

而線程在該系統(tǒng)里面稱為FWorkerThread，通過全局的單例類FTaskGraphImplementation來控制創(chuàng)建和分配任務(wù)的，默認(rèn)情況下會(huì)開啟5個(gè)基本線程，額外線程的數(shù)量則由下面的函數(shù)NumberOfWorkerThreadsToSpawn來決定，FTaskGraphImplementation的初始化在FEngineLoop.PreInit里面進(jìn)行。當(dāng)然如果平臺(tái)本身不支持多線程，那么其他的工作也會(huì)在GameThread里面進(jìn)行。
?

FTaskGraphImplementation(int32)

{

? ? ? ? bCreatedHiPriorityThreads = !!ENamedThreads::bHasHighPriorityThreads;

? ? ? ? bCreatedBackgroundPriorityThreads = !!ENamedThreads::bHasBackgroundThreads;

? ? ? ? int32 MaxTaskThreads = MAX_THREADS;

? ? ? ? int32 NumTaskThreads = FPlatformMisc::NumberOfWorkerThreadsToSpawn();

? ? ? ? // if we don't want any performance-based threads, then force the task graph to not create any worker threads, and run in game thread

? ? ? ? if (!FPlatformProcess::SupportsMultithreading())

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? // this is the logic that used to be spread over a couple of places, that will make the rest of this function disable a worker thread

? ? ? ? ? ? ? ? // @todo: it could probably be made simpler/clearer

? ? ? ? ? ? ? ? // this - 1 tells the below code there is no rendering thread

? ? ? ? ? ? ? ? MaxTaskThreads = 1;

? ? ? ? ? ? ? ? NumTaskThreads = 1;

? ? ? ? ? ? ? ? LastExternalThread = (ENamedThreads::Type)(ENamedThreads::ActualRenderingThread - 1);

? ? ? ? ? ? ? ? bCreatedHiPriorityThreads = false;

? ? ? ? ? ? ? ? bCreatedBackgroundPriorityThreads = false;

? ? ? ? ? ? ? ? ENamedThreads::bHasBackgroundThreads = 0;

? ? ? ? ? ? ? ? ENamedThreads::bHasHighPriorityThreads = 0;

? ? ? ? }

? ? ? ? else

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? LastExternalThread = ENamedThreads::ActualRenderingThread;

? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? NumNamedThreads = LastExternalThread + 1;

? ? ? ? NumTaskThreadSets = 1 + bCreatedHiPriorityThreads + bCreatedBackgroundPriorityThreads;

? ? ? ? // if we don't have enough threads to allow all of the sets asked for, then we can't create what was asked for.

? ? ? ? check(NumTaskThreadSets == 1 || FMath::Min<int32>(NumTaskThreads * NumTaskThreadSets + NumNamedThreads, MAX_THREADS) == NumTaskThreads * NumTaskThreadSets + NumNamedThreads);

? ? ? ? NumThreads = FMath::Max<int32>(FMath::Min<int32>(NumTaskThreads * NumTaskThreadSets + NumNamedThreads, MAX_THREADS), NumNamedThreads + 1);

? ?? ???.......

}

//GenericPlatformMisc.cpp

int32 FGenericPlatformMisc::NumberOfWorkerThreadsToSpawn()

{

? ? ? ? static int32 MaxGameThreads = 4;

? ? ? ? static int32 MaxThreads = 16;

? ? ? ? int32 NumberOfCores = FPlatformMisc::NumberOfCores();//物理核數(shù)，4核8線程的機(jī)器返回的是4

? ? ? ? int32 MaxWorkerThreadsWanted = (IsRunningGame() || IsRunningDedicatedServer() || IsRunningClientOnly()) ? MaxGameThreads :MaxThreads;

? ? ? ? // need to spawn at least one worker thread (see FTaskGraphImplementation)

? ? ? ? return FMath::Max(FMath::Min(NumberOfCores - 1, MaxWorkerThreadsWanted), 1);

}

復(fù)制代碼

前面提到的FWorkerThread雖然可以理解為工作線程，但其實(shí)他不是真正的線程。FWorkerThread里面有兩個(gè)重要成員，一個(gè)是FRunnableThread* RunnableThread，也就是真正的線程。另一個(gè)是FTaskThreadBase* TaskGraphWorker，即繼承自FRunnable的線程執(zhí)行體。FTaskThreadBase有兩個(gè)子類，FTaskThreadAnyThread和FNamedTaskThread，分別表示非指定名稱的任意Task線程執(zhí)行體和有名字的Task線程執(zhí)行體。我們平時(shí)說的渲染線程、游戲線程就是有名稱的Task線程，而那些我們創(chuàng)建后還沒有使用到的線程就是非指定名稱的任意線程。
?

非指定名稱的任意線程

在引擎初始化FTaskGraphImplementation的時(shí)候，我們就會(huì)默認(rèn)構(gòu)建24個(gè)FWorkerThread工作線程（這里支持最大的線程數(shù)量也就是24），其中里面有5個(gè)是默認(rèn)帶名字的線程，StatThread、RHIThread、AudioThread、GameThread、ActualRenderingThread，還有前面提到的N個(gè)非指定名稱的任意線程，這個(gè)N由CPU核數(shù)決定。對(duì)于帶有名字的線程，他不需要?jiǎng)?chuàng)建新的Runnable線程，因?yàn)樗麄儠?huì)在其他的時(shí)機(jī)創(chuàng)建，如StatThread以及RenderingThread會(huì)在FEngineLoop.PreInit里創(chuàng)建。而那N個(gè)非指定名稱的任意線程，則需要在一開始就手動(dòng)創(chuàng)建Runnable線程，同時(shí)設(shè)置其優(yōu)先級(jí)比前面線程的優(yōu)先級(jí)要低。到這里，我們應(yīng)該可以理解，有名字的線程專門要做他名字對(duì)應(yīng)的事情，非指定名稱的任意線程則可以用來處理其他的工作，我們?cè)贑reateTask創(chuàng)建任務(wù)時(shí)會(huì)通過自己寫好的函數(shù)決定當(dāng)前任務(wù)應(yīng)該在哪個(gè)線程執(zhí)行。
?

運(yùn)行中所有的WorldThreads

現(xiàn)在我們可以先回答一下上一節(jié)的問題了，FTickFunctionTask到底是在哪個(gè)線程執(zhí)行？答案是游戲主線程，我們可以看到FTickFunctionTask的Desired線程是Context.Thread，而Context.Thread是在下圖賦值的，具體細(xì)節(jié)參考FTickTaskManager與FTickTaskLevel的使用。
?

/** return the thread for this task **/

FORCEINLINEENamedThreads::TypeGetDesiredThread()

{

? ? ? ? return Context.Thread;

}

復(fù)制代碼

context線程類型的初始化

這里我們?cè)偎伎家幌?#xff0c;如果我們將多個(gè)任務(wù)投放到一個(gè)線程那么他們是按照什么順序執(zhí)行的呢？這個(gè)答案需要分兩種情況解答，對(duì)于投放到FTaskThreadAnyThread執(zhí)行的任務(wù)會(huì)在創(chuàng)建的時(shí)候按照優(yōu)先級(jí)放到IncomingAnyThreadTasks數(shù)組里面，然后每次線程完成任務(wù)后會(huì)從這個(gè)數(shù)組里面彈出未執(zhí)行的任務(wù)來執(zhí)行，他的特點(diǎn)是我們有權(quán)利隨時(shí)修改和調(diào)整這個(gè)任務(wù)隊(duì)列。而對(duì)于投放到FNamedTaskThread執(zhí)行的任務(wù)，會(huì)被放到其本身維護(hù)的隊(duì)列里面，通過FThreadTaskQueue來處理執(zhí)行順序，一旦放到這個(gè)隊(duì)列里面，我們就無法隨意調(diào)整任務(wù)了。
?

4.3 TaskGraph系統(tǒng)中的任務(wù)與事件

雖然前面已經(jīng)比較細(xì)致的描述了TaskGraph系統(tǒng)的框架，但是一個(gè)非常重要的特性我們還沒講到，就是任務(wù)依賴的實(shí)現(xiàn)原理。怎么理解任務(wù)依賴呢？簡單來說，就是一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行可能依賴于多個(gè)事件對(duì)象，這些事件對(duì)象都觸發(fā)之后才會(huì)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。而這個(gè)任務(wù)完成后，又可能觸發(fā)其他事件，其他事件再進(jìn)一步觸發(fā)其他任務(wù)，大概的效果是下圖這樣。
?

任務(wù)與事件的依賴關(guān)系圖

每個(gè)任務(wù)結(jié)束分別觸發(fā)一個(gè)事件，Task4需要等事件A、B都完成才會(huì)執(zhí)行，并且不會(huì)接著觸發(fā)其他事件。Task5需要等事件B、C都完成，并且會(huì)觸發(fā)事件D，D事件不會(huì)再觸發(fā)任何任務(wù)。當(dāng)然，這些任務(wù)和事件可能在不同的線程上執(zhí)行。

這里再看一下Task任務(wù)的創(chuàng)建代碼，分析一下先決依賴事件與后續(xù)等待事件都是如何產(chǎn)生的。
?

FGraphEventRef Join=TGraphTask<FVictoryTestTask>::CreateTask(NULL, ENamedThreads::GameThread).ConstructAndDispatchWhenReady();

復(fù)制代碼

CreateTask的第一個(gè)參數(shù)就是該任務(wù)依賴事件數(shù)組（這里為NULL），如果傳入一個(gè)事件數(shù)組的話，那么當(dāng)前任務(wù)就會(huì)通過SetupPrereqs函數(shù)設(shè)置這些依賴事件，并且在所有依賴事件都觸發(fā)后再將該任務(wù)放到任務(wù)隊(duì)列里面分配給線程執(zhí)行。

當(dāng)執(zhí)行CreateTask時(shí)，會(huì)通過FGraphEvent::CreateGraphEvent()構(gòu)建一個(gè)新的后續(xù)事件，再通過函數(shù)ConstructAndDispatchWhenReady返回。這樣我們就可以在當(dāng)前的位置執(zhí)行
?

FTaskGraphInterface::Get().WaitUntilTaskCompletes(Join, ENamedThreads::GameThread_Local);

復(fù)制代碼

讓當(dāng)前線程等待該任務(wù)結(jié)束并觸發(fā)事件后再繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)前面這個(gè)事件完成后，就會(huì)調(diào)用DispatchSubsequents()去觸發(fā)他后續(xù)的任務(wù)。WaitUntilTaskCompletes函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)必須是當(dāng)前的線程類型而且是帶名字的。
?

Task系統(tǒng)相關(guān)類圖

4.4 其他相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)

1.FThreadSafeCounter

通過調(diào)用不同平臺(tái)的原子操作來實(shí)現(xiàn)線程安全的計(jì)數(shù)
?

int32 Add( int32 Amount )

{

? ? ? ? return FPlatformAtomics::InterlockedAdd(&Counter, Amount);

}

復(fù)制代碼

2. Task的構(gòu)造方式

我們看到相比AsyncTask，TaskGraph的創(chuàng)建可謂是既新奇又復(fù)雜，首先要調(diào)用靜態(tài)的CreateTask，然后又要通過返回值執(zhí)行ConstructAndDispatchWhenReady。那么這么做的目的是什么呢？按照我個(gè)人的理解，主要是為了能把想要的參數(shù)都傳進(jìn)去。其實(shí)每創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，都需要傳入兩套參數(shù)，一套參數(shù)指定依賴事件，屬于任務(wù)系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，另一套參數(shù)傳入玩家自定義任務(wù)的相關(guān)參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，UE先通過工廠方法創(chuàng)建抽象任務(wù)把相關(guān)特性保存進(jìn)去，然后通過內(nèi)部的一個(gè)幫助類FConstructor構(gòu)建一個(gè)真正的玩家定義的任務(wù)。如果C++玩的不溜，這樣的方法還真難想出來。（這是我個(gè)人猜測(cè)，如果你有更好的理解歡迎留言評(píng)論）

3. FScopedEvent

在上一節(jié)講過，帶有Scope關(guān)鍵字的基本都是同一個(gè)思想，在構(gòu)造的時(shí)候初始化析構(gòu)的時(shí)候執(zhí)行某些特殊的操作。FScopedEvent作用是在當(dāng)前作用域內(nèi)等待觸發(fā)，如果沒有激活該事件，就會(huì)一直處于Wait中。

4. WaitUntilTaskCompletes的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

顧名思義，該函數(shù)的功能就是在任務(wù)結(jié)束之前保持當(dāng)前線程的等待。不過他的實(shí)現(xiàn)確實(shí)很有趣，第一個(gè)參數(shù)是等待的事件Event，第二個(gè)參數(shù)是當(dāng)前線程類型。如果當(dāng)前的線程沒有任何Task，他會(huì)判斷傳入的事件數(shù)組是否都完成了，完成即可返回，沒有完成就會(huì)構(gòu)建一個(gè)FReturnGraphTask類型的任務(wù)，然后執(zhí)行ProcessThreadUntilRequestReturn等所有的依賴事件都完成后才會(huì)返回。
?

// named thread process tasks while we wait

TGraphTask<FReturnGraphTask>::CreateTask(&Tasks, CurrentThread).ConstructAndDispatchWhenReady(CurrentThread);

ProcessThreadUntilRequestReturn(CurrentThread);

復(fù)制代碼

如果當(dāng)前的線程有Task任務(wù)，他就創(chuàng)建一個(gè)ScopeEvent，并執(zhí)行TriggerEventWhenTasksComplete等待前面?zhèn)魅氲腡asks都完成后再返回。
?

FScopedEvent Event;

TriggerEventWhenTasksComplete(Event.Get(), Tasks, CurrentThreadIfKnown);

復(fù)制代碼

五．總結(jié)

到這里，我們已經(jīng)看到了三種使用多線程的方式，每種機(jī)制里面都有很多技術(shù)點(diǎn)值得我們深入學(xué)習(xí)。關(guān)于機(jī)制的選擇這里再給出一點(diǎn)建議：

對(duì)于消耗大的，復(fù)雜的任務(wù)不建議使用TaskGraph，因?yàn)樗麜?huì)阻塞其他游戲線程的執(zhí)行。即使你不在那幾個(gè)有名字的線程上執(zhí)行，也可能會(huì)影響到游戲的其他邏輯。比如物理計(jì)算相關(guān)的任務(wù)就是在非指定名稱的線程上執(zhí)行的。這種復(fù)雜的任務(wù)，建議你自己繼承Runnable創(chuàng)建線程，或者使用AsynTask系統(tǒng)。

而對(duì)于簡單的任務(wù)，或者想比較方便的實(shí)現(xiàn)線程的之間的依賴等待關(guān)系，直接扔給TaskGraph就可以了。

另外，不要在非GameThread線程內(nèi)執(zhí)行下面幾個(gè)操作：
?

• 不要 Spawn / Modify/ delete UObjects or AActors
• 不要使用定時(shí)器 TimerManager
• 不要使用任何繪制接口，例如 DrawDebugLine

一開始我也不是很理解，所以就在其他線程里面執(zhí)行了Spawn操作，然后就蹦在了下面的地方。可以看到，SpawnActor的時(shí)候會(huì)執(zhí)行物理數(shù)據(jù)的初始化，而這個(gè)操作是必須要在主線程里面執(zhí)行的，我猜其他的位置肯定還有很多類似的宏。至于原因，我想就是我們最前面提到的“游戲不適合利用多線程優(yōu)化”，游戲GamePlay中各個(gè)部分非常依賴順序，多線程沒辦法很好的處理這些關(guān)系。再者，游戲邏輯如此復(fù)雜，你怎么做到避免“競(jìng)爭條件”呢？到處加鎖么？我想那樣的話，游戲代碼就沒法看了吧。
?

在其他線程Spawn導(dǎo)致崩潰

最后，我們?cè)賮硪粡埲腋０蓗
?

多線程系統(tǒng)類圖（完整） 與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

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