多线程与网络编程

网络编程

多线程

概述

单任务处理：一个任务完成后才能进行下一个任务

多任务处理：CPU分时操作，每个任务看似同时运行；实则通过时间片分时进行；因为时间间隔过小，察觉不出。

进程

应用程序的一个运行实例，包含程序所需资源的内存区域，是操作系统进行资源分配的单元，进程隔离了正在执行的不同程序。

优点：进程之间相互独立，互不影响。

线程

进程中的一个执行单元（进程的程序边界，要靠线程执行程序，线程执行方法，执行完毕释放线程），是CPU分配时间片的单位，一个进程可以包含多个线程，且相互独立，共享当前进程的所有资源。

优点：

  1. 并发执行，合理使用CPU资源
  2. 相同程序的线程共享堆内存

缺点：

  1. 频繁创建/销毁线程增加性能开销。解决：线程池（ThreadPool）
  2. 访问共享资源可能造成冲突。解决：线程同步：lock；共享读，独占写
  3. 辅助线程不能访问Unity API。解决：线程交叉访问助手类，利用委托间接访问API 注意事项：
  4. Unity的API（涉及脚本生命周期）不能在辅助线程运行
  5. Unity定义的基本结构（int，Vector3，Quaternion等）可以在辅助线程计算
  6. Unity定义的基本类型的函数可以在分线程运行

调度脚本生命周期的线程称之为“主线程”

自行创建的线程称之为“子线程/辅线程”

多线程

在单核系统的一个单位时间内，CPU只能运行单个线程，运行顺序取决于线程的优先级。如果在单位时间（一个时间片）内线程未能完成执行，系统就会把线程的状态信息保存到本地存储器（TLS）中，以便下次执行时恢复执行。因为切换频密，所以多线程可被视作同时进行，而实际只是一个假象。

在多核系统的一个单位时间内，进程或线程可以在不同CPU中运行，使得并行处理真正执行

适用性

耗时的任务，通过多线程可以并行处理 一个程序完成多个任务，通过多个线程使用多核CPU来处理，可以提升性能。

图示： alt

多线程实现

命名空间：System.Threading

Thread类（线程）

  1. 创建线程：创建Thread类的一个对象，分配一个线程工作方法。

    Thread thread = new Thread(工作方法);

  2. 启动线程：Start方法

    thread .Start();

  3. 终止线程：工作方法自然退出，线程终止。

    thread .Abort();

  4. 线程睡眠：Thread.Sleep(1000);／／睡眠１秒

  5. 线程暂停：信号灯：ManualResetEvent

    1. 创建信号灯：ManualResetEvent　signal = new　ManualResetEvent(false);
    2. “等一下“：signal.WaitOne();
    3. “红灯／绿灯“：signal.Reset();／／进程停止；signal.Set();／／进程开始

ThreadPool类（线程池）

在频繁创建和销毁线程时使用线程池技术，可以有效减少时间以及系统资源的开销。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(工作方法);

前/后台线程

属性：IsBackground设置线程是否是后台线程

前台线程：程序必须等待所有前台线程结束后才能退出。【Thread创建的线程默认值为前台线程】

后台线程：程序不考虑后台线程，后台线程随程序退出而结束。【ThreadPool创建的线程默认值为后台线程】

备注：Unity程序退出后，前台线程也随即关闭。

线程状态

未启动状态Unstarted：创建线程对象

运行状态Running：执行绑定的方法

等待睡眠阻塞状态WaitSleepJoin：暂时停止执行，资源交给其他线程使用

终止状态Stopped：线程销毁

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线程同步

需要同步的原因：

多个线程同一时刻访问共享资源（线程共享实例变量，静态变量），由于每个线程都不知道其他线程的操作，结果将产生不可预知的数据损坏。

同步：线程之间相互等待排队执行。

如何同步：

将需要同步的代码用关键字：lock锁定，锁定后该代码对于线程来讲就是独占使用的。当其他线程试图进入被锁定的临界区时，只能等待解锁后才可访问。因此锁定代码时是排队访问的，所以叫线程同步。

Ｌｏｃｋ锁原理： lock（引用类型）

引用类型对象在堆中的分配：实例成员，同步块索引（默认索引为－１），类型指针（指向类型对象）。

对引用类型对象上锁后，同步块索引会指向同步块数组中的一个对象；改变默认索引。

当其他对象执行lock的时候会等待该引用类型对象同步块索引设置为－１后执行脚本。

同步块索引：标识作用。

其他同步方法：共享读　独占写

协程（协同程序）与线程

协程

  1. 执行在主线程中，每帧轮询检测执行条件；不是线程，可以访问Unity API。
  2. 通过MonoBehaviour的StartCoroutine方法开启，执行到yield return暂时跳出该方法；等待yield return后的语句执行完成后继续执行方法中剩下的语句。
  3. 共享堆，不共享栈，访问共享数据，不存在并发冲突。
  4. 开启／结束协程的性能开销小于线程。
  5. 协程的本质是迭代器（IEnumerator）拥有MoveNext()方法和Current属性（表示当前值），

线程

  1. 为防止辅助线程破坏脚本生命周期明确的执行顺序，Unity拒绝辅助线程访问主线程API。
  2. 通过Thread的Start方法开启，由操作系统抢占调度，到达分配时间暂停。执行时间不可预计。
  3. 共享堆，不共享栈，访问共享数据，存在并发冲突。
  4. 由于线程具备内核对象，环境块，DLL线程连接和线程分离通知，用户模式栈，内核模式栈等元素，所以开启／停止消耗的性能较大。

Socket通讯

概述

Socket英语直译为“插座”，计算机术语为“套接字”。

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，Socket表示网络通信终结点，有三个重要参数：IP，端口，协议。

IP：本地主机在网络中的地址，两个程序要通讯，首先要知道对方的位置，即对方的IP地址

端口：用于识别进程，同一本地主机上各程序的端口不能相同

协议：计算机网络中进行数据交换而建立的规则，标准。

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UDP

User Data Protocol 用户数据报协议

概述

UDP是不连接的数据报模式。即传输数据之前源端和终端不建立连接。使用尽最大努力交付原则，即不保证可靠交付。

数据报模式：由于不建立连接，收到的数据可能是任意主机发送的，所以接收端读次数必须与发送端写次数相同（即Receive和Send次数相同），每次只接收一个报文，避免多个报文合并。但是如果报文过长，多出部分会被丢弃，所以注意数据最大为1472字节。

报文结构

UDP包头短，只有8个字节。相当于20个字节的TCP信息包开销更小。

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实现步骤

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TCP

Transmission Control Protocol 传输控制协议

概述

TCP是面向连接的流模式。即传输数据之前源端和终端建立可靠的连接，保证数据传输的正确性。

流模式：由于建立连接，收到的数据都是同一主机发送的，所以可以发送写一次，接收端读多次；也可以发送端写多次，接收端读多次。但每次传输数据最大为1460字节。

报文结构

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三次握手

所谓三次握手就是建立TCP连接的过程，需要客户端和服务端总共发送3个包确认连接成功。在Socket编程中，这一过程由客户端执行Connect来触发。

简而言之：

第一次：客户端向服务端发出连接请求数据包。“我想跟你聊天，可以么？”

第二次：服务端向客户端发送同意连接和要求同步的数据包。“可以呀，什么时候？”

第二次：客户端再发出一个数据包确认服务端的同步要求。“就现在。”

四次挥手

所谓四次挥手就是终止TCP连接的过程，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接断开。在Socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。

简而言之：

第一次：客户端向服务端发送断开请求数据包。“今天就聊到这吧”

第二次：服务端向客户端发送同意断开数据包。“嗯，好的”

第三次：服务端再向客户端发送断开请求数据包。“那我挂了呀？”

第四次：客户端再向服务端发送确认断开数据包。“拜拜”

此时服务端断开连接，客户端过会发现服务端没有回复，也断开连接。

实现步骤

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UDP与TCP的区别

  1. 基于连接与无连接；
  2. 对系统资源的要求（TCP较多，UDP较少）；
  3. UDP程序结构较简单；
  4. 数据报模式与流模式；
  5. TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

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