04 - 多线程单线程与Task ETTask await async的关系

在 ET 框架中，多线程、单线程 与 Task、ETTask、await、async 的关系是一个非常重要的话题。ET 框架的设计目标是高性能和低开销，因此在处理异步任务时，它采用了独特的单线程协程模型，同时结合了 Task、await 和 async 的语法糖来简化异步编程。下面我们将详细分析它们之间的关系和工作机制。

---

1. ET 框架的单线程协程模型

ET 框架的核心设计思想是 单线程协程，即所有的逻辑都在一个主线程中运行，通过协程的方式实现异步操作。这种设计有以下优点：

1. 避免线程切换开销：单线程模型不需要频繁切换线程上下文，减少了性能开销。
2. 简化并发编程：单线程模型避免了多线程编程中的锁竞争、死锁等问题。
3. 高性能：通过事件驱动和协程调度，ET 框架能够高效地处理大量并发任务。

单线程与协程的关系

• 单线程：所有的逻辑都在一个线程中运行，没有多线程的并发执行。
• 协程：通过 async 和 await 实现异步任务的挂起和恢复，协程的本质是状态机。

在 ET 框架中，协程的调度由主循环（Update 方法）驱动，所有的异步任务都在主线程中通过协程的方式执行。

---

2. Task、await 和 async 的作用

Task、await 和 async 是 C# 提供的异步编程语法糖，ET 框架基于这些语法糖实现了自己的异步任务模型（ETTask）。

(1) async 和 await

• async：标记一个方法为异步方法，编译器会将其转换为状态机。
• await：挂起当前异步方法，等待任务完成后再恢复执行。

在 ET 框架中，await 的作用是挂起当前协程，将控制权交还给主循环，直到任务完成后再恢复执行。

(2) Task 和 ETTask

• Task：C# 原生的异步任务类型，通常用于多线程场景。
• ETTask：ET 框架自定义的异步任务类型，基于单线程协程模型实现。

ETTask 的设计目标是轻量高效，避免了 Task 的多线程开销，同时提供了类似的 await 支持。

---

3. 多线程与单线程的协作

虽然 ET 框架的核心是单线程协程模型，但在某些场景下，仍然需要与多线程协作。以下是多线程与单线程的协作方式：

(1) 多线程任务的封装

ET 框架允许将多线程任务封装为 ETTask，以便在主线程中通过 await 等待其完成。例如：

public static ETTask RunOnThreadPool(Func<Task> action)
{
    ETTask tcs = ETTask.Create(true);
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(async _ =>
    {
        try
        {
            await action();
            tcs.SetResult();
        }
        catch (Exception e)
        {
            tcs.SetException(e);
        }
    });
    return tcs;
}

• 将多线程任务封装为 ETTask，在主线程中通过 await 等待其完成。

(2) 主线程与多线程的通信

ET 框架通过主循环（Update 方法）驱动协程调度，多线程任务完成后可以通过回调或事件通知主线程。例如：

public static void CompleteOnMainThread(Action action)
{
    // 在主线程的下一个 Update 中执行 action
    MainThreadScheduler.Schedule(action);
}

• 多线程任务完成后，通过 MainThreadScheduler 将回调调度到主线程执行。

---

4. ETTask 的工作机制

ETTask 是 ET 框架中异步任务的核心实现，其工作机制如下：

(1) 任务的创建

public static ETTask Create(bool fromPool = false)
{
    if (!fromPool)
    {
        return new ETTask(); // 创建新实例
    }
    return queue.Dequeue(); // 从对象池中取出实例
}

• ETTask 支持对象池，减少内存分配。

(2) 任务的挂起与恢复

public void UnsafeOnCompleted(Action action)
{
    if (this.state != AwaiterStatus.Pending)
    {
        action?.Invoke();
        return;
    }
    this.callback = action; // 注册回调
}

• 当 await 一个未完成的 ETTask 时，UnsafeOnCompleted 会将回调（MoveNext 方法）保存到 callback 字段中。

(3) 任务的完成

public void SetResult()
{
    this.state = AwaiterStatus.Succeeded;
    Action c = this.callback as Action;
    this.callback = null;
    c?.Invoke(); // 触发回调，恢复协程
}

• 当任务完成时，调用 SetResult 触发回调，恢复协程的执行。

---

5. 多线程与单线程的对比

特性	多线程 (Task)	单线程 (ETTask)
线程模型	多线程并发	单线程协程
性能开销	线程切换、锁竞争	无线程切换，低开销
并发编程复杂度	需要处理锁、死锁等问题	无需处理锁，简化并发编程
适用场景	CPU 密集型任务、IO 密集型任务	游戏逻辑、事件驱动任务
内存占用	每个任务占用一个线程栈	任务共享主线程栈，内存占用低

---

6. 总结

在 ET 框架中，多线程、单线程 与 Task、await、async 的关系如下：

1. 单线程协程：ET 框架的核心是单线程协程模型，通过 ETTask 和 await 实现异步任务的挂起和恢复。
2. 多线程协作：ET 框架允许将多线程任务封装为 ETTask，并通过回调或事件与主线程通信。
3. Task 与 ETTask：Task 是 C# 原生的多线程任务类型，而 ETTask 是 ET 框架自定义的单线程任务类型，更适合游戏开发的高性能需求。

通过单线程协程模型和 await 语法糖，ET 框架实现了高效的异步编程，同时避免了多线程编程的复杂性。希望这个解读能帮助你更好地理解 ET 框架的设计思想！