Unity引擎调用Update方法的内部机制

最新推荐文章于 2025-04-25 13:38:52 发布

枫景Maple

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分类专栏： Unity杂七杂八文章标签： unity 游戏引擎

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ZeroBugX/article/details/146038181

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Unity调用脚本中的Update方法涉及一套精心设计的内部机制，它是游戏引擎执行循环的核心部分。下面我将从底层到表层详细解析这个过程。

一、Unity的执行循环架构

Unity引擎基于一个主要的执行循环（Main Loop）运行，这个循环负责处理所有游戏逻辑、物理计算、渲染等任务。

1. 主循环结构

while (gameIsRunning)
{
    ProcessInputEvents();
    UpdateGameLogic();
    RenderFrame();
}

这个简化的伪代码展示了Unity主循环的基本结构。其中UpdateGameLogic()部分负责调用脚本中的各种生命周期方法，包括Update。

二、MonoBehaviour管理系统

1. 脚本实例注册

当一个MonoBehaviour脚本被附加到GameObject上并启用时：

Unity创建该脚本的实例
实例被注册到内部的脚本执行系统（Script Execution System）
Unity对该实例进行反射分析，确定它实现了哪些特殊方法（如Update、FixedUpdate等）
基于分析结果，Unity将脚本实例添加到相应的方法调用列表中

2. 内部数据结构

Unity内部维护着多个不同的MonoBehaviour列表：

有Update方法的脚本列表

有FixedUpdate方法的脚本列表

有LateUpdate方法的脚本列表

其他生命周期方法的列表

这些列表是高度优化的数据结构，设计用于快速迭代和方法调用。

三、Update调用流程

在每一帧的处理过程中，Unity会执行以下步骤来调用Update方法：

1. 准备阶段

计算deltaTime（当前帧与上一帧的时间差）
更新Time.time和相关时间属性

2. 脚本更新阶段

// Unity内部伪代码
void ProcessUpdateMethods()
{
    // 前置更新（内部系统更新）
    ProcessPreUpdate();
    
    // 更新输入系统
    ProcessInputEvents();
    
    // 调用所有实现了Update方法的脚本
    foreach (var behaviour in updateMethodScripts)
    {
        if (behaviour.isActiveAndEnabled)
        {
            try 
            {
                behaviour.Update();
            }
            catch (Exception e)
            {
                LogException(e, behaviour);
            }
        }
    }
    
    // 调用所有实现了LateUpdate方法的脚本
    foreach (var behaviour in lateUpdateMethodScripts)
    {
        if (behaviour.isActiveAndEnabled)
        {
            behaviour.LateUpdate();
        }
    }
}

3. 调用顺序控制

Unity提供了两种机制来控制脚本Update方法的调用顺序：

Script Execution Order设置：在Project Settings中可以指定脚本的执行顺序
DefaultExecutionOrder特性：通过代码指定脚本的默认执行顺序

// 在脚本类上设置执行顺序
[DefaultExecutionOrder(-100)]  // 较早执行
public class EarlyUpdateScript : MonoBehaviour
{
    void Update() { /* ... */ }
}

[DefaultExecutionOrder(100)]  // 较晚执行
public class LateUpdateScript : MonoBehaviour
{
    void Update() { /* ... */ }
}

四、Native C++与C#交互

Unity的核心引擎是用C++编写的，而脚本通常使用C#。这里的交互机制很重要：

1. 本地代码桥接

Unity核心引擎（C++）维护游戏循环
通过Unity的内部运行时，C++代码能够访问和调用C#方法
当到达Update调用点时，引擎通过托管代码接口（Managed Code Interface）找到并调用C#脚本的方法

2. IL2CPP转换

在IL2CPP构建中，过程略有不同：

C#代码被转换为中间语言(IL)
IL代码被转换为C++代码
这些生成的C++代码实现了原始C#脚本的功能
Unity引擎直接调用这些生成的C++函数

五、性能优化机制

Unity在调用Update方法时采用了多项优化措施：

1. 快速检查

在调用Update前，Unity会执行快速检查：

if (behaviour.isActiveAndEnabled && !behaviour.isPaused)
{
    behaviour.Update();
}

这个检查包括：

GameObject是否激活

组件是否启用

组件所在的层级是否被禁用

2. 批处理和缓存

Unity内部对MonoBehaviour列表进行缓存友好的排列

相同类型的脚本尽可能放在连续内存中以优化CPU缓存命中

使用脏标记系统（Dirty Flags）跟踪状态变化，避免冗余检查

3. 多线程考虑

虽然Unity的主要生命周期方法（如Update）在主线程上调用，但引擎内部会：

使用JobSystem并行处理某些前置和后置任务

在可能的情况下，对多个独立更新进行批处理

利用SIMD指令加速某些操作

六、调用Update方法的完整生命周期

在一个完整帧中，Update调用的上下文如下：

一帧处理开始
├── 输入处理
├── 动画更新前
├── 固定时间步长物理更新（FixedUpdate可能被调用0次或多次）
├── Update调用开始
│   ├── 按ExecutionOrder排序的脚本列表遍历
│   ├── 对每个脚本，检查状态并调用Update()
│   └── Update调用结束
├── 动画更新（提供给Animator更新的时间点）
├── LateUpdate调用开始
│   └── 按ExecutionOrder排序的LateUpdate调用
├── 渲染准备（摄像机设置等）
├── OnPreRender, OnWillRenderObject等渲染相关回调
├── 实际场景渲染
├── OnPostRender等渲染后回调
├── GUI渲染（OnGUI调用）
└── 帧结束（等待下一帧）