目錄
一．概述
二．"標準"多線程
三．AsyncTask系統(tǒng)
3.1 FQueuedThreadPool線程池
3.2 Asyntask與IQueuedWork
3.3 其他相關技術細節(jié)
四．TaskGraph系統(tǒng)
4.1 從Tick函數談起
4.2 TaskGraph系統(tǒng)中的任務與線程
4.3 TaskGraph系統(tǒng)中的任務與事件
4.4 其他相關技術細節(jié)
五．總結
一．概述
多線程是優(yōu)化項目性能的重要方式之一，游戲也不例外。雖然經常能看到“游戲不適合利用多線程優(yōu)化”的言論，但我個人覺得這句話更多的是針對GamePlay，游戲中多線程用的一點也不少，比如渲染模塊、物理模塊、網絡通信、音頻系統(tǒng)、IO等。下圖就展示了UE4引擎運行時的部分線程，可能比你想象的還要多一些。
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UE4運行時開啟的線程
雖然UE4遵循C++11的標準，但是他并沒有使用std::thread，而是自己實現了一套多線程機制（應該是從UE3時代就有了，未考證），用法上很像Java。當然，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)建單個線程，也可以直接創(chuàng)建AsyncTask來調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。雖然本質相同，但是用法不同，理解上也要花費不少時間，這篇文章會對里面的各個機制逐個分析并做出總結，但并不會深入討論線程的實現原理、線程安全等內容。另外，由于個人接觸多線程編程的時間不長，有一些內容可能不是很準確，歡迎大家一起討論。
二．“標準”多線程
我們先從最基本的創(chuàng)建方式談起，這里的“標準”只是一個修飾。其實就是創(chuàng)建一個繼承自FRunnable的類，把這個類要執(zhí)行的任務分發(fā)給其他線程去執(zhí)行。FRunnable就是一個很簡單的類，里面只有5，6個函數接口，為了與真正的線程區(qū)分，我這里稱FRunnable為“線程執(zhí)行體”。
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//Runnable.hclass 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() { }}; 復制代碼
看起來這么簡單個類，我們是不是可以不繼承他，單獨寫一個類再把這幾個接口放進去呢？當然不行，實際上，在實現多線程的時候，我們需要將FRunnable作為參數傳遞到真正的線程里面，然后才能通過線程去調用FRunnable的Run，也就是我們具體實現的類的Run方法（通過虛函數覆蓋父類的Run）。所謂真正的線程其實就是FRunnableThread，不同平臺的線程都繼承自他，如FRunnableThreadWin，里面會調用Windows平臺的創(chuàng)建線程的API接口。下圖給出了FRunnable與線程之間的關系類圖：
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在實現的時候，你需要繼承FRunnable并重寫他的那幾個函數，Run()里面表示你在線程里面想要執(zhí)行的邏輯。具體的實現方式網上有很多案例，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“標準”線程的使用，下面我們來談談稍微復雜一點的AsyncTask系統(tǒng)。AsyncTask系統(tǒng)是一套基于線程池的異步任務處理系統(tǒng)。如果你沒有接觸過UE4多線程，用搜索引擎搜索UE4多線程時可能就會看到類似下面這樣的用法。
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//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;? ? ? ? } 復制代碼
沒錯，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。
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注：Andriod多線程開發(fā)里面也會用到AsyncTask，二者的實現原理非常相似。
3.1 FQueuedThreadPool線程池
在介紹AsynTask之前先講一下UE里面的線程池，FQueuedThreadPool。和一般的線程池實現類似，線程池里面維護了多個線程FQueuedThread與多個任務隊列IQueuedWork，線程是按照隊列的方式來排列的。在引擎PreInit的時候執(zhí)行相關的初始化操作，代碼如下
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// FEngineLoop.PreInit? ?LaunchEngineLoop.cppif (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} 復制代碼
這段代碼我們可以看出，專有服務器的線程池GThreadPool默認只開一個線程，非專有服務器的根據核數開（CoreNum-1）個線程。編輯器模式會另外再創(chuàng)建一個線程池GLargeThreadPool，包含（LogicalCoreNum-2）個線程，用來處理貼圖的壓縮和編碼相關內容。
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FQueuedThread里面包含一個FRunnableThread作為內部成員。
相比一般的線程，FQueuedThread里面多了一個成員FEvent* DoWorkEvent，也就是說FQueuedThread里面是有一個事件觸發(fā)機制的。那么這個事件機制的作用是什么？二手手游拍賣平臺一般情況下來說，就是在沒有任務的時候掛起這個線程，在添加并分配給該線程任務的時候激活他，不過你可以靈活運用它，在你需要的時候去動態(tài)控制線程任務的執(zhí)行與暫停。前面我們在給線程池初始化的時候，通過FQueuedThreadPool的Create函數創(chuàng)建了多個FQueuedThread，然后每個FQueuedThread會執(zhí)行Run函數，里面有一段邏輯如下：
//ThreadingBase.cppbool 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平臺下的waitbool 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);} 復制代碼
我們看到，當DoWorkEvent執(zhí)行Wait的時候，如果該線程的Event處于無信號狀態(tài)（默認剛創(chuàng)建是無信號的），那么wait會等待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（AddQueuedWork）并執(zhí)行了DoWorkEvent的Trigger函數，那么Event就會被設置為有信號，Wait函數就會返回true，隨后線程跳出循環(huán)進而處理任務。
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注：FQueuedThread里的DoWorkEvent是通過FPlatformProcess::GetSynchEventFromPool();從EventPool里面獲取的。WaitForSingleObject等內容涉及到Windows下的事件機制，大家可以自行到網上搜索相關的使用，這里給出一個官方的使用案例。
目前我們接觸的類之間的關系如下圖：
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3.2 Asyntask與IQueuedWork
線程池的任務IQueuedWork本身是一個接口，所以得有具體實現。這里你就應該能猜到，所謂的AsynTask其實就是對IQueuedWork的具體實現。這里AsynTask泛指FAsyncTask與FAutoDeleteAsyncTask兩個類，我們先從FAsyncTask說起。
FAsyncTask有幾個特點，
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- FAsyncTask是一個模板類，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，然后把你的類作為模板參數傳過去
- 使用FAsyncTask就默認你要使用UE提供的線程池FQueuedThreadPool，前面代碼里說明了在引擎PreInit的時候會初始化線程池并返回一個指針GThreadPool。在執(zhí)行FAsyncTask任務時，如果你在執(zhí)行StartBackgroundTask的時候會默認使用GThreadPool線程池，當然你也可以在參數里面指定自己創(chuàng)建的線程池
- 創(chuàng)建FAsyncTask并不一定要使用新的線程，你可以調用函數StartSynchronousTask直接在當前線程上執(zhí)行任務
- FAsyncTask本身包含一個DoneEvent，任務執(zhí)行完成的時候會激活該事件。當你想等待一個任務完成時再做其他操作，就可以調用EnsureCompletion函數，他可以從隊列里面取出來還沒被執(zhí)行的任務放到當前線程來做，也可以掛起當前線程等待DoneEvent激活后再往下執(zhí)行
FAutoDeleteAsyncTask與FAsyncTask是相似的，但是有一些差異，
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- 默認使用UE提供的線程池FQueuedThreadPool，無法使用其他線程池
- FAutoDeleteAsyncTask在任務完成后會通過線程池的Destroy函數刪除自身或者在執(zhí)行DoWork后刪除自身，而FAsyncTask需要手動delete
- 包含FAsyncTask的特點1和特點3
總的來說，AsyncTask系統(tǒng)實現的多線程與你自己字節(jié)繼承FRunnable實現的原理相似，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。
最后我們再來梳理一下這些類之間的關系：
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AsyncTask系統(tǒng)相關類圖
3.3 其他相關技術細節(jié)
大家在看源碼的時候可能會遇到一些疑問，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機制。在構造時對當前區(qū)域加鎖，離開作用域時執(zhí)行析構并解鎖。UE里面有很多帶有“Scope”關鍵字的類，如移動組件中的FScopedMovementUpdate，Task系統(tǒng)中的FScopeCycleCounter，FScopedEvent等，他們的實現思路是類似的。
2. FNonAbandonableTask
繼承FNonAbandonableTask的Task不可以在執(zhí)行階段終止，即使執(zhí)行Abandon函數也會去觸發(fā)DoWork函數。
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? ?? ?// 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();? ? ? ? } 復制代碼
3.AsyncTask與轉發(fā)構造
通過本章節(jié)開始的例子，我們知道創(chuàng)建自定義任務的方式如下
FAsyncTask<ExampleAsyncTask>*MyTask= new FAsyncTask<ExampleAsyncTask>(5);
括號里面的5會以參數轉發(fā)的方式傳到的ExampleAsyncTask構造函數里面，這一步涉及到C++11的右值引用與轉發(fā)構造，具體細節(jié)可以去網上搜索一下。
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/** Forwarding constructor. */template <typename Arg0Type, typename... ArgTypes>FAsyncTask(Arg0Type&& Arg0, ArgTypes&&... Args)? ? ? ? : Task(Forward<Arg0Type>(Arg0), Forward<ArgTypes>(Args)...){? ? ? ? Init();} 復制代碼
四．TaskGraph系統(tǒng)
說完了FAsyncTask系統(tǒng)，接下來我們再談談更復雜的TaskGraph系統(tǒng)（應該不會有比他更復雜的了）。Task Graph 系統(tǒng)是UE4一套抽象的異步任務處理系統(tǒng)，可以創(chuàng)建多個多線程任務，指定各個任務之間的依賴關系，按照該關系來依次處理任務。具體的實現方式網上也有很多案例，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函數談起
平時調試的時候，我們隨便找個Tick斷點一下都能看到類似下圖這樣的函數堆棧。如果你前面的章節(jié)都看懂的話，這個堆棧也能大概理解。World在執(zhí)行Tick的時候，觸發(fā)了FNamedTaskThread線程去執(zhí)行任務（FTickFunctionTask），任務FTickFunctionTask具體的工作內容就是執(zhí)行ACtorComponent的Tick函數。其實，這個堆棧也說明了所有Actor與Component的Tick都是通過TaskGraph系統(tǒng)來執(zhí)行的。
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組件Tick的函數堆棧
不過你可能還是會有很多問題，TaskGraph斷點為什么是在主線程里面?FNamedTaskThread是什么意思？FTickFunctionTask到底是在哪個線程執(zhí)行？答案在下一小節(jié)逐步給出。
4.2 TaskGraph系統(tǒng)中的任務與線程
既然是Task系統(tǒng)，那么應該能猜到他和前面的AsyncTask系統(tǒng)相似，我們可以創(chuàng)建多個Task任務然后分配給不同的線程去執(zhí)行。在TaskGraph系統(tǒng)里面，任務類也是我們自己創(chuàng)建的，如FTickFunctionTask、FReturnGraphTask等，里面需要聲明DoTask函數來表示要執(zhí)行的任務內容，GetDesiredThread函數來表示要在哪個線程上面執(zhí)行，大概的樣子如下：
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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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? TrackSubsequents,? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? // 沒有后續(xù)任務? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? FireAndForget? ? ? ? ? ? ? ? };? ? ? ? }? ? ? ? */? ? ? ? static ESubsequentsMode::Type GetSubsequentsMode()? ? ? ? {? ? ? ? ? ? ? ? return ESubsequentsMode::TrackSubsequents;? ? ? ? }? ? ? ? void DoTask(ENamedThreads::Type CurrentThread, const FGraphEventRef& MyCompletionGraphEvent)? ? ? ? {? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? }}; 復制代碼
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)建和分配任務的，默認情況下會開啟5個基本線程，額外線程的數量則由下面的函數NumberOfWorkerThreadsToSpawn來決定，FTaskGraphImplementation的初始化在FEngineLoop.PreInit里面進行。當然如果平臺本身不支持多線程，那么其他的工作也會在GameThread里面進行。
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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.cppint32 FGenericPlatformMisc::NumberOfWorkerThreadsToSpawn(){? ? ? ? static int32 MaxGameThreads = 4;? ? ? ? static int32 MaxThreads = 16;? ? ? ? int32 NumberOfCores = FPlatformMisc::NumberOfCores();//物理核數，4核8線程的機器返回的是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);} 復制代碼
前面提到的FWorkerThread雖然可以理解為工作線程，但其實他不是真正的線程。FWorkerThread里面有兩個重要成員，一個是FRunnableThread* RunnableThread，也就是真正的線程。另一個是FTaskThreadBase* TaskGraphWorker，即繼承自FRunnable的線程執(zhí)行體。FTaskThreadBase有兩個子類，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。
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非指定名稱的任意線程
在引擎初始化FTaskGraphImplementation的時候，我們就會默認構建24個FWorkerThread工作線程（這里支持最大的線程數量也就是24），其中里面有5個是默認帶名字的線程，StatThread、RHIThread、AudioThread、GameThread、ActualRenderingThread，還有前面提到的N個非指定名稱的任意線程，這個N由CPU核數決定。對于帶有名字的線程，他不需要創(chuàng)建新的Runnable線程，因為他們會在其他的時機創(chuàng)建，如StatThread以及RenderingThread會在FEngineLoop.PreInit里創(chuàng)建。而那N個非指定名稱的任意線程，則需要在一開始就手動創(chuàng)建Runnable線程，同時設置其優(yōu)先級比前面線程的優(yōu)先級要低。到這里，我們應該可以理解，有名字的線程專門要做他名字對應的事情，非指定名稱的任意線程則可以用來處理其他的工作，我們在CreateTask創(chuàng)建任務時會通過自己寫好的函數決定當前任務應該在哪個線程執(zhí)行。
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運行中所有的WorldThreads
現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，具體細節(jié)參考FTickTaskManager與FTickTaskLevel的使用。
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/** return the thread for this task **/FORCEINLINEENamedThreads::TypeGetDesiredThread(){? ? ? ? return Context.Thread;} 復制代碼
context線程類型的初始化
這里我們再思考一下，如果我們將多個任務投放到一個線程那么他們是按照什么順序執(zhí)行的呢？這個答案需要分兩種情況解答，對于投放到FTaskThreadAnyThread執(zhí)行的任務會在創(chuàng)建的時候按照優(yōu)先級放到IncomingAnyThreadTasks數組里面，然后每次線程完成任務后會從這個數組里面彈出未執(zhí)行的任務來執(zhí)行，他的特點是我們有權利隨時修改和調整這個任務隊列。而對于投放到FNamedTaskThread執(zhí)行的任務，會被放到其本身維護的隊列里面，通過FThreadTaskQueue來處理執(zhí)行順序，一旦放到這個隊列里面，我們就無法隨意調整任務了。
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4.3 TaskGraph系統(tǒng)中的任務與事件
雖然前面已經比較細致的描述了TaskGraph系統(tǒng)的框架，但是一個非常重要的特性我們還沒講到，就是任務依賴的實現原理。怎么理解任務依賴呢？簡單來說，就是一個任務的執(zhí)行可能依賴于多個事件對象，這些事件對象都觸發(fā)之后才會執(zhí)行這個任務。而這個任務完成后，又可能觸發(fā)其他事件，其他事件再進一步觸發(fā)其他任務，大概的效果是下圖這樣。
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任務與事件的依賴關系圖
每個任務結束分別觸發(fā)一個事件，Task4需要等事件A、B都完成才會執(zhí)行，并且不會接著觸發(fā)其他事件。Task5需要等事件B、C都完成，并且會觸發(fā)事件D，D事件不會再觸發(fā)任何任務。當然，這些任務和事件可能在不同的線程上執(zhí)行。
這里再看一下Task任務的創(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生的。
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FGraphEventRef Join=TGraphTask<FVictoryTestTask>::CreateTask(NULL, ENamedThreads::GameThread).ConstructAndDispatchWhenReady(); 復制代碼
CreateTask的第一個參數就是該任務依賴事件數組（這里為NULL），如果傳入一個事件數組的話，那么當前任務就會通過SetupPrereqs函數設置這些依賴事件，并且在所有依賴事件都觸發(fā)后再將該任務放到任務隊列里面分配給線程執(zhí)行。
當執(zhí)行CreateTask時，會通過FGraphEvent::CreateGraphEvent()構建一個新的后續(xù)事件，再通過函數ConstructAndDispatchWhenReady返回。這樣我們就可以在當前的位置執(zhí)行
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FTaskGraphInterface::Get().WaitUntilTaskCompletes(Join, ENamedThreads::GameThread_Local); 復制代碼
讓當前線程等待該任務結束并觸發(fā)事件后再繼續(xù)執(zhí)行，當前面這個事件完成后，就會調用DispatchSubsequents()去觸發(fā)他后續(xù)的任務。WaitUntilTaskCompletes函數的第二個參數必須是當前的線程類型而且是帶名字的。
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Task系統(tǒng)相關類圖
4.4 其他相關技術細節(jié)
1.FThreadSafeCounter
通過調用不同平臺的原子操作來實現線程安全的計數
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int32 Add( int32 Amount ){? ? ? ? return FPlatformAtomics::InterlockedAdd(&Counter, Amount);} 復制代碼
2. Task的構造方式
我們看到相比AsyncTask，TaskGraph的創(chuàng)建可謂是既新奇又復雜，首先要調用靜態(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？按照我個人的理解，主要是為了能把想要的參數都傳進去。其實每創(chuàng)建一個任務，都需要傳入兩套參數，一套參數指定依賴事件，屬于任務系統(tǒng)的自身特點，另一套參數傳入玩家自定義任務的相關參數。為了實現這個效果，UE先通過工廠方法創(chuàng)建抽象任務把相關特性保存進去，然后通過內部的一個幫助類FConstructor構建一個真正的玩家定義的任務。如果C++玩的不溜，這樣的方法還真難想出來。（這是我個人猜測，如果你有更好的理解歡迎留言評論）
3. FScopedEvent
在上一節(jié)講過，帶有Scope關鍵字的基本都是同一個思想，在構造的時候初始化析構的時候執(zhí)行某些特殊的操作。FScopedEvent作用是在當前作用域內等待觸發(fā)，如果沒有激活該事件，就會一直處于Wait中。
4. WaitUntilTaskCompletes的實現機制
顧名思義，該函數的功能就是在任務結束之前保持當前線程的等待。不過他的實現確實很有趣，第一個參數是等待的事件Event，第二個參數是當前線程類型。如果當前的線程沒有任何Task，他會判斷傳入的事件數組是否都完成了，完成即可返回，沒有完成就會構建一個FReturnGraphTask類型的任務，然后執(zhí)行ProcessThreadUntilRequestReturn等所有的依賴事件都完成后才會返回。
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// named thread process tasks while we waitTGraphTask<FReturnGraphTask>::CreateTask(&Tasks, CurrentThread).ConstructAndDispatchWhenReady(CurrentThread);ProcessThreadUntilRequestReturn(CurrentThread); 復制代碼
如果當前的線程有Task任務，他就創(chuàng)建一個ScopeEvent，并執(zhí)行TriggerEventWhenTasksComplete等待前面?zhèn)魅氲腡asks都完成后再返回。
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FScopedEvent Event;TriggerEventWhenTasksComplete(Event.Get(), Tasks, CurrentThreadIfKnown); 復制代碼
五．總結
到這里，我們已經看到了三種使用多線程的方式，每種機制里面都有很多技術點值得我們深入學習。關于機制的選擇這里再給出一點建議：
對于消耗大的，復雜的任務不建議使用TaskGraph，因為他會阻塞其他游戲線程的執(zhí)行。即使你不在那幾個有名字的線程上執(zhí)行，也可能會影響到游戲的其他邏輯。比如物理計算相關的任務就是在非指定名稱的線程上執(zhí)行的。這種復雜的任務，建議你自己繼承Runnable創(chuàng)建線程，或者使用AsynTask系統(tǒng)。
而對于簡單的任務，或者想比較方便的實現線程的之間的依賴等待關系，直接扔給TaskGraph就可以了。
另外，不要在非GameThread線程內執(zhí)行下面幾個操作：
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- 不要 Spawn / Modify/ delete UObjects or AActors
- 不要使用定時器 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的時候會執(zhí)行物理數據的初始化，而這個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中各個部分非常依賴順序，多線程沒辦法很好的處理這些關系。再者，游戲邏輯如此復雜，你怎么做到避免“競爭條件”呢？到處加鎖么？我想那樣的話，游戲代碼就沒法看了吧。
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在其他線程Spawn導致崩潰
最后，我們再來一張全家福吧~
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多線程系統(tǒng)類圖（完整）
與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖
總結
以上是生活随笔為你收集整理的《Exploring in UE4》多线程机制详解[原理分析]的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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