Cocos2d-x3.3RC0的多线程与异步加载
来源：互联网 发布：网络环境异常 编辑：程序博客网 时间：2024/05/27 01:07
1、Cocos2d-x线程与异步介绍
Cocos2d-x是一个单线程的引擎，引擎每一帧之间更新游戏的各元素的状态，以保证它们之间互不干扰，这个过程其实是一个串行的过程，单线程的好处就是无需担心对象更新引起的线程安全问题。但是当使用I/O操作时，单线程的缺点就暴漏了。
例如：游戏中的场景跳转，通常会释放当前场景资源，加载下一个场景的资源。这是一个读写操作，而这种外部存储操作十分耗时，造成主线程的阻塞，导致帧率的下降，又因为程序只有一个线程，不会中断当前执行内容去执行其他内容，所以游戏画面就很卡。
Cocos2d-x为了解决这个问题，提供了一步加载功能。使用TextureCahe发送一个异步加载文件的请求。TextureCache内部会帮助我们建立一个新的线程来完成耗时的加载资源操作。同时，在主线程又可以执行其他操作。
除此之外，网络读写也是比较常见的耗时操作。所以，在客户端/服务器系统使用线程也是比较常见的。如HttpClient中的异步功能。
2、单核与多核
单核即只有一个处理器，多核既有多个处理器，现在的通信设备都是多核，如果不充分利用多核，岂不是很浪费。
单核设备中的多线程是并发的
多核设备中的多线程是并行或并发的。
什么是并行：程序中有多个线程，在单核机器上，多线程就是并行的。即主线程与其他线程交错运行的状态。例如：我们将时间片划分为100毫秒，当前100毫秒执行主线程，下一个100毫秒执行另一个线程，可能再过几个100毫秒，继续执行主线程。这样使得不会让一个线程无限期的延迟，一旦时间片到了，程序会强行中断当前线程，而去执行另一个线程。宏观上看是同时执行，其实，线程的执行还是分开执行的，这就是所谓的并发。
什么是并行：假如我们把程序运行在多核机器上，那么线程之间可以占用不同的处理器，并且独立执行，使得程序同时运行，而不需交错运行。这样的状态称为并行状态。
所以，并发是一种伪并行的状态，通过交错执行线程，来创造线程并行的假象。
3、线程安全
什么是线程安全：线程安全是指代码能被多个线程调用，而不会产生灾难性的结果，如下示例：
static int count = 0; // count 是一个静态全局变量 //A方法 线程1的线程函数 void * A(void * data){ while (1) { count += 1; printf("%d\n",count); } } //B方法 线程2的线程函数 void * B(void * data){ while (1) { count += 1; printf("%d\n",count); } }如何解决线程安全问题？
首先，count变量对于两个线程，是共享数据，两个线程可以同时访问共享数据，这时就会出现线程安全问题。解决这个问题，最常见的方法就是使用线程的"同步"，即给数据加锁。这里的"同步"并不是指让线程步调一致的一起运行，而是让线程有先后次序的执行。一个执行完，下一个再执行。
线程同步使用最多的是使相同数据的内存访问"互斥"进行。用上面例子解释就是，线程1访问count时，不允许线程2访问，等线程1执行完，再执行线程2。一次只允许一个线程去读写数据。其他线程等待。一个形象的例子就是，A和B上厕所大便（只有一个坑），如果A在厕所里，并且将厕所门锁住，B在外等待。A解决完后解开门锁，B进入，上锁，别人同样不允许进入。这里的锁：就是我们所说的互斥量(互斥体)。通过锁定与解锁，使得在某个时间段内只有一个线程去操作共享数据。
Cocos2d-x中使用了AutoreleasePool进行内存管理，AutoreleasePool是非线程安全的。retain、release、autorelease非线程安全。另外OpenGL上下文对象也是非线程安全的。但是在游戏中加载纹理图片、声音预处理和网络请求数据都需要通过多线程技术实现。
Cocos2d-x引擎提供了多线程技术，Cocos2d-x 3.x之前使用第三方的pthread技术，之后使用的是C++新规范中得std::thread多线程
4、pthread和thread
1）pthread：互斥体类型为pthread_mutex_t表示，C++11中使用std::mutex表示。上面的代码可以写成下面的样子：
static int count = 0; // count 是一个静态全局变量 /* 保护count操作的互斥体，<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER是对互斥体变量进行初始化的特殊值 </span>*/ pthread_mutex_t count_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //A方法 线程1的线程函数 void * A(void * data){ while (1) { /* 锁定保护count操作的互斥体。*/ pthread_mutex_lock (&count_mutex); count += 1; printf("%d\n",count); /* 已经完成了对count操作的处理,因此解除对互斥体的锁定。*/ pthread_mutex_nlock (&count_mutex); } }2）std::thread多线程技术
std::thread是C++11中引入的一个新的线程库，他提供了线程管理的相关函数，还提供std::mutex（互斥量)，实现线程同步。启动一个std::thread对象非常简单。见下面示例：
#include <thread>#include <iostream> void callfn(){ ① std::cout << "Hello thread! " << std::endl;}int main(){ std::thread t1(callfn); ② t1.join(); ③ return 0;}代码2是创建thread对象，参数是函数指针callfn，还可以为回调函数提供参数。代码1是回调函数的定义。代码3是讲子线程与主线程合并，使得子线程执行完成后才能继续执行主线程，同时避免了子线程还在执行，主线程已经结束而撤销。此外，线程的创建还可以使用堆的方式分配内存，代码如下：
void callfn(){ std::cout << "Hello thread! " << std::endl;}int main(){ std::thread* t1 = new std::thread(callfn); ① t1->join(); delete t1; ② t1 = nullptr; ③ return 0;}代码1是通过堆分配内存，代码2释放线程对象，代码3防止野指针。5、声音采用线程预加载示例
#include "cocos2d.h"#include "SimpleAudioEngine.h"using namespace CocosDenshion;class AppDelegate : private cocos2d::Application{ private: std::thread *_loadingAudioThread;① void loadingAudio();② public: AppDelegate(); virtual ~AppDelegate(); … …};include "AppDelegate.h"#include "HelloWorldScene.h" USING_NS_CC; AppDelegate::AppDelegate() { _loadingAudioThread = new std::thread(&AppDelegate::loadingAudio,this); ①} AppDelegate::~AppDelegate() { _loadingAudioThread->join(); ② CC_SAFE_DELETE(_loadingAudioThread); ③} bool AppDelegate::applicationDidFinishLaunching() { … … return true;}void AppDelegate::applicationDidEnterBackground() { Director::getInstance()->stopAnimation(); SimpleAudioEngine::getInstance()->pauseBackgroundMusic();}void AppDelegate::applicationWillEnterForeground() { Director::getInstance()->startAnimation(); SimpleAudioEngine::getInstance()->resumeBackgroundMusic();} void AppDelegate::loadingAudio() ④{ //初始化 音乐 SimpleAudioEngine::getInstance()->preloadBackgroundMusic("sound/Jazz.mp3"); SimpleAudioEngine::getInstance()->preloadBackgroundMusic("sound/Synth.mp3"); //初始化 音效 SimpleAudioEngine::getInstance()->preloadEffect("sound/Blip.wav");}代码2合并线程到主线程，在析构函数中调用，join函数一般是在线程处理完成后调用。可以在析构和退出函数中调用。6、异步加载图片
Cocos2d-x为我们提供了addImageAsync()方法，该方法在TextureCache类中，下面分析这个方法：
/* 异步添加纹理 参数为图片的资源路径 以及加载完成后进行通知的回调函数 */void TextureCache::addImageAsync(const std::string &path, const std::function<void(Texture2D*)>& callback){ //创建一个纹理对象指针 Texture2D *texture = nullptr; //获取资源路径 std::string fullpath = FileUtils::getInstance()->fullPathForFilename(path); //如果这个纹理已经加载 则返回 auto it = _textures.find(fullpath); if( it != _textures.end() ) texture = it->second;//second为key-value中的 value if (texture != nullptr) { //纹理加载过了直接执行回调方法并终止函数 callback(texture); return; } // 第一次执行异步加载的函数时需要对保存消息结构体的队列初始化 if (_asyncStructQueue == nullptr) { //两个队列的释放会在addImageAsyncCallBack中完成 _asyncStructQueue = new queue<AsyncStruct*>(); _imageInfoQueue = new deque<ImageInfo*>(); // 创建一个新线程加载纹理 _loadingThread = new std::thread(&TextureCache::loadImage, this); //是否退出变量 _needQuit = false; } if (0 == _asyncRefCount) { /* 向Scheduler注册一个更新回调函数 Cocos2d-x会在这个更新函数中检查已经加载完成的纹理 然后每一帧对一个纹理进行处理 将这里纹理的信息缓存到TexutreCache中 */ Director::getInstance()->getScheduler()->schedule(schedule_selector(TextureCache::addImageAsyncCallBack), this, 0, false); } //异步加载纹理数据的数量 ++_asyncRefCount; //生成异步加载纹理信息的消息结构体 AsyncStruct *data = new (std::nothrow) AsyncStruct(fullpath, callback); //将生成的结构体加入到队列中 _asyncStructQueueMutex.lock(); _asyncStructQueue->push(data); _asyncStructQueueMutex.unlock(); //将线程解除阻塞 表示已有空位置 _sleepCondition.notify_one();}void TextureCache::addImageAsyncCallBack(float dt){ // _imageInfoQueue双端队列用来保存在新线程中加载完成的纹理 std::deque<ImageInfo*> *imagesQueue = _imageInfoQueue; _imageInfoMutex.lock(); //锁定互斥提 if (imagesQueue->empty()) { _imageInfoMutex.unlock(); //队列为空解锁 } else { ImageInfo *imageInfo = imagesQueue->front(); //取出首部元素 image信息结构体 imagesQueue->pop_front();//删除首部元素 _imageInfoMutex.unlock();//解除锁定 AsyncStruct *asyncStruct = imageInfo->asyncStruct;//获取异步加载的消息结构体 Image *image = imageInfo->image;//获取Image指针 用于生成OpenGL纹理贴图 const std::string& filename = asyncStruct->filename;//获取资源文件名 //创建纹理指针 Texture2D *texture = nullptr; //Image指针不为空 if (image) { // 创建纹理对象 texture = new (std::nothrow) Texture2D(); //由Image指针生成OpenGL贴图 texture->initWithImage(image); #if CC_ENABLE_CACHE_TEXTURE_DATA // cache the texture file name VolatileTextureMgr::addImageTexture(texture, filename);#endif // 将纹理数据缓存 _textures.insert( std::make_pair(filename, texture) ); texture->retain(); //加入到自动释放池 texture->autorelease(); } else { auto it = _textures.find(asyncStruct->filename); if(it != _textures.end()) texture = it->second; } //取得加载完成后需要通知的函数 并进行通知 if (asyncStruct->callback) { asyncStruct->callback(texture); } //释放image if(image) { image->release(); } //释放两个结构体 delete asyncStruct; delete imageInfo; //将加载的纹理数量减一 --_asyncRefCount; /* 所有文件加载完毕 注销回调函数 */ if (0 == _asyncRefCount) { Director::getInstance()->getScheduler()->unschedule(schedule_selector(TextureCache::addImageAsyncCallBack), this); } }}7、使用实例
class HelloWorld : public cocos2d::Layer{public: // there's no 'id' in cpp, so we recommend returning the class instance pointer static cocos2d::Scene* createScene(); // Here's a difference. Method 'init' in cocos2d-x returns bool, instead of returning 'id' in cocos2d-iphone virtual bool init(); virtual void onEnter() override; virtual ~HelloWorld(); // a selector callback void menuCloseCallback(cocos2d::Ref* pSender); void loadImages(float dt); void imageLoaded(cocos2d::Texture2D* texture); // implement the "static create()" method manually CREATE_FUNC(HelloWorld);private: int _imageOffset;};#include "HelloWorldScene.h"USING_NS_CC;Scene* HelloWorld::createScene(){ // 'scene' is an autorelease object auto scene = Scene::create(); // 'layer' is an autorelease object auto layer = HelloWorld::create(); // add layer as a child to scene scene->addChild(layer); // return the scene return scene;}void HelloWorld::onEnter(){ Layer::onEnter(); _imageOffset = 0; auto winSize = Director::getInstance()->getWinSize(); auto label = Label::createWithSystemFont("Loading...", "", 40); label->setPosition(Vec2(winSize.width/2,winSize.height/2)); addChild(label,10); auto scale = ScaleBy::create(0.3f, 2); auto scale_back = scale->reverse(); auto seq = Sequence::create(scale,scale_back, NULL); label->runAction(RepeatForever::create(seq)); scheduleOnce(CC_SCHEDULE_SELECTOR(HelloWorld::loadImages), 1.0f);}HelloWorld::~HelloWorld(){ Director::getInstance()->getTextureCache()->unbindAllImageAsync(); Director::getInstance()->getTextureCache()->removeAllTextures();}// on "init" you need to initialize your instancebool HelloWorld::init(){ ////////////////////////////// // 1. super init first if ( !Layer::init() ) { return false; } Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize(); Vec2 origin = Director::getInstance()->getVisibleOrigin(); ///////////////////////////// // 2. add a menu item with "X" image, which is clicked to quit the program // you may modify it. // add a "close" icon to exit the progress. it's an autorelease object auto closeItem = MenuItemImage::create( "CloseNormal.png", "CloseSelected.png", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::menuCloseCallback, this)); closeItem->setPosition(Vec2(origin.x + visibleSize.width - closeItem->getContentSize().width/2 , origin.y + closeItem->getContentSize().height/2)); // create menu, it's an autorelease object auto menu = Menu::create(closeItem, NULL); menu->setPosition(Vec2::ZERO); this->addChild(menu, 1); ///////////////////////////// // 3. add your codes below... // add a label shows "Hello World" // create and initialize a label auto label = Label::createWithTTF("Hello World", "fonts/Marker Felt.ttf", 24); // position the label on the center of the screen label->setPosition(Vec2(origin.x + visibleSize.width/2, origin.y + visibleSize.height - label->getContentSize().height)); // add the label as a child to this layer this->addChild(label, 1); // add "HelloWorld" splash screen" auto sprite = Sprite::create("HelloWorld.png"); // position the sprite on the center of the screen sprite->setPosition(Vec2(visibleSize.width/2 + origin.x, visibleSize.height/2 + origin.y)); // add the sprite as a child to this layer this->addChild(sprite, 0); return true;}void HelloWorld::loadImages(float dt){ for(int i = 0; i < 8; i++) { for(int j = 0; j < 8; j++) { char szSpriteName[100] = {0}; sprintf(szSpriteName, "sprite-%d-%d.png",i,j); Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync(szSpriteName, CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this)); } } Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync("background1.jpg", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this)); Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync("background.jpg", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this)); Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync("background.png", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this)); Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync("atlastest.png", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this)); Director::getInstance()->getTextureCache()->addImageAsync("grossini_dance_atlas.png", CC_CALLBACK_1(HelloWorld::imageLoaded, this));}void HelloWorld::imageLoaded(cocos2d::Texture2D *texture){ auto director = Director::getInstance(); auto sprite = Sprite::createWithTexture(texture); sprite->setAnchorPoint(Vec2::ANCHOR_BOTTOM_LEFT); addChild(sprite,-1); auto winSize = director->getWinSize(); int i = _imageOffset*32; sprite->setPosition(Vec2(i%(int)winSize.width,(i / (int)winSize.width)*32)); _imageOffset++; log("Image loaded: %p",texture);}void HelloWorld::menuCloseCallback(Ref* pSender){#if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WP8) || (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WINRT)MessageBox("You pressed the close button. Windows Store Apps do not implement a close button.","Alert"); return;#endif Director::getInstance()->end();#if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_IOS) exit(0);#endif}8、运行结果
参考文章：http://blog.csdn.net/u012945598/article/details/41312345
http://blog.csdn.net/tonny_guan/article/details/41017763
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