28.从chrome消息队列谈unity3d的UI框架设计-技术圈

1 缘起

在UI架构圈，MVC是一个著名的小团伙，其中M是被偷窥重度成瘾者，不过我们一般称之为观察者，毕竟读书人的事，怎么能叫偷呢对吧。

M喜欢散播自己的花边小新闻，屁大点儿事，都会翻译成小道消息重大事件散播出去。VC则是俩狗仔，不管M出了啥事，总能第一时间闻到消息，摇旗呐喊。

这种玩法同时满足了M和狗仔们的大多数需求，因此很快在UI架构圈流行开来。去年我用unity3d设计过一版UI框架，也是基于MVC模式。

本来这样也挺好，M出自己的名，狗仔追自己的星。但M太秀了，有时候一股脑爆出一大波新闻，让狗仔们忙得应接不暇，有时候又波澜不惊，让狗仔们急得抓耳挠腮。

MVC模式中，M抛出的事件默认都是同步处理的。这带来了一些问题：如果同一帧内收到并处理太多事件的话，可能由于处理时间太长，导致游戏卡顿。

2 取经

最近的学习研究chrome浏览器的一些架构设计，发现跟unity3d游戏设计有一些相似相溶的地方，随手做了一番对比：

Unity3d	Chrome
消息队列	消息队列
定时任务	setTimeout(), 延迟队列
观察者	MutationObserver
Task/Coroutine	Promise
async/await	async/await
游戏渲染帧	requestAnimationFrame()

早期的js对dom事件的支持并不友好，只能通过setTimeout()轮询处理。这种方式简单粗暴，但也有一些问题：如果轮询间隔时间过短，则大部分情况下CPU在空转；而如果轮询间隔时间过长，则dom事件会得不到及时响应。

2000年的时候js引入了Mutation Event，采用观察者模式，当dom发生变化时立刻触发相应事件。Mutation Event属于同步回调模式，解决了实时响应的问题，但也为页面展示带来了性能隐患。当我们使用js大量修改dom结构时，会频繁抛出事件，如果所有的dom事件都同步处理，势必会导致页面卡顿。

也因此，Mutation Event被反对使用，并逐渐从web标准事件中被移除。dom4之后推荐使用MutationObserver，其作出的改进其实主要就一点：把所有的dom事件统一放入到微任务消息队列中，在每一帧的结尾一次性触发。通过异步回调解决性能问题，通过微任务解决实时性问题。

3 消息队列

chrome中的异步任务体系都是基于消息队列完成的，包括dom事件、fetch网络请求、promise异步任务等等。

js中的异步任务还细分为了宏任务与微任务，其中只有MutationObserver 和promise是微任务，其它的像setTimeout()之类的都是宏任务。
宏任务由宿主（比如chrome中的window对象）维护，但js引擎需要有自己的异步任务体系，因此引入了微任务队列。

后端也有消息队列，比如Kafka、RocketMQ等，但与chrome把消息队列主要用于异步任务处理不同，后端消息队列最重要的作用主要有三：定序 (Ordering)，分离式数据库 (Unbundling Database)、重放 (Replay)。以首字母可简记为：OUR。

我们在做unity3d框架设计的时候，其实也有大量使用消息队列用于处理异步任务。

比如处理网络协议：通常的做法是单独起一个网络线程，接收网络协议，并把它们放到消息队列中，然后由主线程按顺序异步处理这些网络协议。

再比如Coroutine库：可以把所有的协程对象按顺序放入到一个消息队列中，每一帧按顺序遍历它们，并调用它们的next()方法。

这中间还诞生过一个很有趣的技巧：放置于消息队列中的消息，往往对先后顺序有要求，但对处理时间并不敏感。如果发现当前帧已经占用了太长的时间，可以直接跳出当前帧处理过程，把剩余的消息推迟到下一帧去处理。即无需每一帧都清空当前消息队列，从而可以缓解游戏卡顿的问题。我把这个小技巧称为分帧。

4 缘落

但UI框架遇到的问题又略有不同。游戏中有很多非常复杂的UI，比如背包，在加载结束之后，需要按需初始化大量的控件。初始化控件的逻辑是游戏业务逻辑，而不是框架底层逻辑，因此很难完全封装在框架中。另外，初始化过程通常是在一帧内完成的，数量越多越有可能导致游戏卡顿。

针对这个问题，通用优化方案是将这些控件预先拖到一个MonoBehaviour脚本中，从而在加载的时候同步完成初始化过程。这个方案不是本文的重点，因此不再更多展开。另外，这个方案只能解决静态控件的初始化问题，对于背包这种需要根据服务器协议初始化大量动态控件的复杂UI起不到优化效果。

基于前述消息队列和分帧的思想，再参考MonoBehaviour的Start()方法可以配置成协程，我这里提一个新的优化思路：把UI框架中用于控件初始化的OnLoaded()方法设计为协程，这样当遇到大量控件需要初始化的时候，可以支持分帧处理，从而缓解因为大量初始化动态控件导致的卡帧。

这个设计会带来一些新的问题，其中一个是：很多UI事件会有先后顺序要求，比如UI框架中的OnOpened()方法应该在OnLoaded()方法之后回调。但将OnLoaded()方法修改为协程后，就可能发生OnLoaded()方法未完全回调完成，就回调到了OnOpened()方法的情况。这需要进一步调整UI框架逻辑，以约束UI事件之间的先后顺序关系。

5 缘尽

相逢是缘，相知是福，再不关注，就真的缘尽了老板。

5 References

本文提到的UI框架位于unicorn库中，unicorn-examples示例代码
18 | 宏任务和微任务：不是所有任务都是一个待遇