本帖最后由 破晓 于 2015-12-7 16:23 编辑
[更新]Adobe在11.4正式发布的最后一刻移除了ByteArray.shareable功能的支持,推迟到11.5版本再发布。
为了解决这个问题,源码已经被我更新过了。但这里还是留下完整的示例代码,因为它能最终会正常运行的。
在《AS3多线程快速入门》系列教程的第一部分中,我们研究了AS3 Worker的基本原理,包括多种通信方式,还展示了一个简单例子:
Hello World Worker。
在系列教程的第二部分中,我们研究了在一个在独立线程里执行图像处理的例子。
在这教程的最后一部分里,我将介绍如何在一个单独的线程运行你的物理引擎,然后我们再混合一点Starling作为锦上添花的东西。
首先,让我看看我们将要做的东西是什么:
多线程版本演示地址:http://esdot.ca/examples/NapeWorkerExample.html
作为对比,让我再看看传统的单线程版本执行效果:
单线程版本演示地址:http://esdot.ca/examples/NapeLegacyExample.html
在大多数电脑上,你的CPU满负荷工作情况下,单线程版本的测试将难以达到45fps。
即使你有一个性能超级高的CPU,让帧率接近了60fps,你的CPU仍然是满负荷的。
你将没有任何空余的时间片来处理游戏中的其他操作。
相比之下,使用多线程的版本,在CPU上几乎没有时间占用,它仅花了小于1ms的时间在反序列化数据和一系列向Starling推送数据的操作上。
有这么多的空闲时间它都可以抽根烟休息一下了!
概述
首先简要概述下它是如何运行的:
1.Nape的物理模拟将会完全运行在Worker线程内部。
2.当主线程想要添加一个物理对象时,就调用Worker线程。
3.每一帧,Worker线程都会复制所有物理对象的位置数据到共享的ByteArray里。
4.主线从ByteArray对象里读取位置数据,并使用它们来更新屏幕上的Sprite对象位置。
我们先从文档类开始,看看发送给Worker线程的信息。然后再看下Worker内部实际运行的物理引擎代码。
文档类代码
第一步是创建Worker和一些MessageChannels对象,让我们能够通信。
到现在,你应该对基于Worker的应用程序的代码模板比较熟悉了吧:
- public function NapeWorkerExample()
- {
- registerClassAlias("SpritePosition", SpritePosition);
- registerClassAlias("Rectangle", Rectangle);
- if(Worker.current.isPrimordial){
- stage.frameRate = 60;
- //创建worker
- worker = WorkerDomain.current.createWorker(loaderInfo.bytes);
- //创建共享的MessageChannel对象
- channelToMain = worker.createMessageChannel(Worker.current);
- channelToMain.addEventListener(flash.events.Event.CHANNEL_MESSAGE, onMessageFromWorker);
- channelToWorker = Worker.current.createMessageChannel(worker);
- worker.setSharedProperty("channelToMain", channelToMain);
- worker.setSharedProperty("channelToWorker", channelToWorker);
- //创建共享的ByteArray对象
- positionBytes = new ByteArray();
- positionBytes.shareable = true;
- worker.setSharedProperty("positionBytes", positionBytes);
- //启动worker
- worker.start();
- //等待Starling启动...
- _starling = new Starling(starling.display.Sprite, this.stage);
- _starling.addEventListener("rootCreated", function(){
- StarlingRoot = Starling.current.root as starling.display.Sprite;
- //创建UI
- initUi();
- //创建物理世界
- buildWalls();
- buildPyramid();
- //添加事件监听
- stage.addEventListener(flash.events.Event.ENTER_FRAME, onEnterFrame);
- stage.addEventListener(MouseEvent.MOUSE_DOWN, onMouseDown);
- stage.addEventListener(MouseEvent.MOUSE_UP, onMouseUp);
- });
- _starling.start();
- }
- else {
- stage.frameRate = 60;
- napeWorker = new NapeWorker();
- }
- }
复制代码文档类的第一部分是标准的Worker初始化操作,创建Worker,MessageChannels等对象。然后我们创建了一些基本的UI来监控统计数据,接着初始化Starling。
这里还要注意下对registerClassAlias()方法的调用,如果我们想要传递任何非原生数据类型时,这个调用就非常重要。 所以记着,你需要在线程的两端都调用registerClassAlias()方法,要包含你传递的任何对象的类。 如果你不调用这个,传输的数据将会被作为原始Object对象。
提示:请注意worker线程和主线程可以有不同的帧率,酷!
完成了Starling初始化后,我们用buildWalls()和buildPyramid()方法来创建物理场景。 我们现在看看这两个方法。
在buildWalls()里,我们让worker线程添加一些静态物体,并传递给它一个形状数组。 - protected function buildWalls():void {
- var thickness:int = 50;
- var width:int = stage.stageWidth;
- var height:int = stage.stageHeight;
- //为墙体创建rectangle列表
- var shapes:Vector. = new [
- new Rectangle(0, 0, -thickness, height), //左
- new Rectangle(width, 0, thickness, height), //右
- new Rectangle(0, height - thickness, width, thickness) //下
- ];
- //通知worker添加这些物体到物理引擎
- channelToWorker.send(MessageType.ADD_STATIC_BODY);
- channelToWorker.send(shapes);
- }
复制代码你会注意到我声明了一个简单的MessageType类来定义我使用的各种消息类型: - package
- {
- public class MessageType
- {
- public static var ADD_BOX:String = "addBox";
- public static var ADD_STATIC_BODY:String = "addStaticBody";
- }
- }
复制代码在buildPyramid()里,我们让worker线程创建了大约800个动态物体,并添加到世界中。 我们还为它们创建了图形化的表示对象,并作为Starling图片添加到显示列表。 - //通过多次调用addBox()创建一个"金字塔"...
- protected function buildPyramid():void{
- var boxw:Number = 25;
- var boxh:Number = 15;
- var height:int = 40;
- for(var y:int = 1; y<height+1; y++) {
- for(var x:int = 0; x<y; x++) {
- var pos:SpritePosition = new SpritePosition();
- pos.x = stage.stageWidth/2 - boxw*(y-1)/2 + x*boxw;
- pos.y = stage.stageHeight - boxh/2 - boxh*(height-y)*0.98;
- pos.width = boxw;
- pos.height = boxh;
- addBox(pos);
- }
- }
- }
- protected function addBox(data:SpritePosition):void {
- //创建Sprite对象并添加到starling root
- var graphicSprite:Crate = new Crate(data.width, data.height);
- StarlingRoot.addChildAt(graphicSprite as starling.display.DisplayObject, 0);
- //根据id存储graphicSprite
- data.id = graphicSprite.id;
- spritesById[data.id] = graphicSprite
- //通知worker用这些id创建物体,并设置位置和尺寸
- channelToWorker.send(MessageType.ADD_BOX);
- channelToWorker.send(data);
- }
复制代码主线程的最后一部分,我们现在要研究的是触发拖拽操作的代码。 要实现这个,我们需要做几个简单的事:
1.注入主线程舞台的mouseX和mouseY到Worker线程。这是唯一的能让worker线程获取当前鼠标位置的方法。
2.通知worker线程开始拖拽和停止拖拽操作。
为了实现这个,我们要添加一个ENTER_FRAME处理函数,当然也要有MOUSE_UP和MOUSE_DOWN事件处理函数。 - protected function onEnterFrame(event:flash.events.Event):void {
- //传入mouseX和mouseY的值给worker线程,让它能获取鼠标下的任何东西
- worker.setSharedProperty("mouseX", mouseX);
- worker.setSharedProperty("mouseY", mouseY);
- }
- protected function onMouseDown(event:MouseEvent):void {
- channelToWorker.send(MessageType.START_DRAG);
- }
- protected function onMouseUp(event:MouseEvent):void {
- channelToWorker.send(MessageType.STOP_DRAG);
- }
复制代码在这个类里要做的最后一件事是从ByteArray里读取物理对象的位置列表,并把这些值应用到Starling图片上。 在做这个之前,我们需要先看看包含Nape物理引擎的线程本身。
NapeWorker.as
在worker线程的构造函数里,我们将做以下事:
1.获取共享的ByteArray和MessageChannel对象引用。
2.初始化我们的Nape空间。
3.初始化一个hand对象用来拖拽。
4.添加一个监听函数来响应来自主线程的消息。 - public function NapeWorker(){
- //初始化Nape
- space = new Space(new Vec2(0, 600));
- //创建hand
- hand = new PivotJoint(space.world,space.world,new Vec2(), new Vec2());
- hand.active = false;
- hand.space = space;
- hand.stiff = false;
- hand.frequency = 4;
- hand.maxForce = 60000;
- prevTime = getTimer();
- addEventListener(Event.ENTER_FRAME, onEnterFrame);
- //初始化worker
- this.worker = Worker.current;
- registerClassAlias("SpritePosition", SpritePosition);
- registerClassAlias("Rectangle", Rectangle);
- positionBytes = worker.getSharedProperty("positionBytes");
- channelToMain = worker.getSharedProperty("channelToMain");
- channelToWorker = worker.getSharedProperty("channelToWorker");
- channelToWorker.addEventListener(Event.CHANNEL_MESSAGE, onMessageFromMain);
- }
复制代码再次注意下,我们必须调用registerClassAlias()方法来支持自定义的数据类(即使是一些原生的类比如Rectangle也需要)。 下一步是实现一个事件监听函数来响应来自主线程的消息。 - protected function onMessageFromMain(event:Event):void {
- var msg:String = channelToWorker.receive();
- switch(msg){
- case MessageType.ADD_BOX:
- var position:SpritePosition = channelToWorker.receive(true);
- addBox(position.id, position.x, position.y, position.width, position.height);
- break;
- case MessageType.ADD_STATIC_BODY:
- var shapes:Vector. = channelToWorker.receive();
- addStaticBody(shapes);
- break;
- case MessageType.START_DRAG:
- drag(true);
- break;
- case MessageType.STOP_DRAG:
- drag(false)
- break;
- }
- }
- public function drag(value:Boolean):void {
- if(value){
- var p:Vec2 = new Vec2(hand.anchor1.x, hand.anchor1.y);
- var bodies:BodyList = space.bodiesUnderPoint(p);
- if(bodies.length > 0){
- var b:Body = bodies.shift();
- hand.body2 = b;
- hand.anchor2 = b.worldToLocal(p);
- hand.active = true;
- }
- } else {
- hand.active = false;
- }
- }
复制代码你可以看到,这个函数就像是一个处理事件的路由器一样,根据事件类型,调用内部对应的方法。
你可以看到拖拽相关的处理函数,它们的代码已经很容易达到自说明了。 你也可以看到我们之前调用过的addBox() andaddStaticBody()方法。
让我们先看看addStaticBody()方法,其中涉及了一些简单的Nape接口。 - /**
- * 添加一个静态物体(墙,地板等,可以包含多个形状)
- **/
- protected function addStaticBody(shapes:Vector.):void {
- var border:Body = new Body(BodyType.STATIC);
- for(var i:int = 0; i < shapes.length; i++){
- var rect:Rectangle = shapes[i];
- border.shapes.add(new Polygon(Polygon.rect(rect.x, rect.y, rect.width, rect.height)));
- }
- border.space = space;
- }
复制代码然后是addBox()方法,它稍微有点复杂(请阅读行内注释)。 - /**
- * 添加一个新的“盒子”物体
- **/
- protected function addBox(id:String, x:int, y:int, w:int, h:int):void {
- //创建一个新的动态物体并添加到Nape space
- var block:Polygon = new Polygon(Polygon.box(w, h));
- var box:Body = new Body(BodyType.DYNAMIC);
- box.shapes.add(block);
- box.position.setxy(x, y);
- box.space = space;
- //注入一个dummySprite到这个物体,让我们能容易地追踪到它的位置
- var dummySprite:NapeSprite = new NapeSprite(id);
- sprites.push(dummySprite);
- box.graphic = dummySprite;
- }
复制代码接下来是程序真正的关键部分了,我们将序列化所有的位置数据然后发回给主线程。这需要非常快的速度,如果反序列化1000个物体需要花费8ms时间的话,我们在主线程已经延误了一半的渲染时间。
我们已经知道共享的ByteArray对象是最快的共享内存的方式。 但是怎么使用它才最好呢?最简单也最优雅的方式是简单地调用下byteArray.writeObject(myArrayOfObjects)方法即可。
不幸的是,这个方法非常慢,使用这个方法,我们序列化5000个对象需要大约6ms。 最快的方式是手动封装你的数据到ByteArray,我们直接写入Number和String的值到ByteArray对象,而不是写入每个Object。 使用这个方式,我们可以在1ms内序列化5000个对象! - /**
- * 复制NapeSprites的位置信息到byteArray
- **/
- protected function onEnterFrame(event:Event):void {
- var et:int = Math.min(50, getTimer() - prevTime);
- prevTime = getTimer();
- space.step(et * .001, 10, 10);
- var ba:ByteArray = positionBytes;
- ba.position = 0;
- for(var i:int = 0, l:int = sprites.length; i < l; i++){
- ba.writeInt(sprites[i].id.length);
- ba.writeUTFBytes(sprites[i].id);
- ba.writeInt(sprites[i].x);
- ba.writeInt(sprites[i].y);
- ba.writeInt(sprites[i].rotation);
- }
- //通知主线程PHYSICS_COMPLETE
- channelToMain.send(MessageType.PHYSICS_COMPLETE);
- //为拖拽操作更新hand的位置
- hand.anchor1.setxy(worker.getSharedProperty("mouseX"), worker.getSharedProperty("mouseY"));
- }
复制代码很简单对吧!?我们只要一个接一个地把数据封装进ByteArray,然后按同样的顺序读取它们就行了。 哈,这是有点简单,但是速度快的跟狗屎一样! 提示:在存储String值时,我们必须先存储String的长度,这样另一端调用byteArray.readUTFBytes()时才能把长度信息传递过去。 你可以看到,如果worker线程向主线程发送消息动作。 在主线程的监听函数里,我们将监听PHYSICS_COMPLETE消息,然后运行的基本上是上面函数的一个相反版本: - protected function onMessageFromWorker(event:flash.events.Event):void {
- var msg:String = channelToMain.receive();
- if(msg == MessageType.PHYSICS_COMPLETE){
- //从byteArray对象里读取更新后的位置信息
- var s:Crate;
- var ba:ByteArray = positionBytes;
- positionBytes.position = 0;
- var id:String;
- while(positionBytes.bytesAvailable){
- //从byteArray对象里读取SpriteID
- id = ba.readUTFBytes(ba.readInt());
- //更新在屏幕上的Sprite位置
- s = spritesById[id];
- s.x = ba.readInt();
- s.y = ba.readInt();
- s.rotation = ba.readInt() * Math.PI / 180;
- }
- }
- }
复制代码这就是它!你现在就拥有了一个完整的,运行在另一个线程的Stage3D里的物理系统! 当然,这只是个简单的示例程序,还有一大把的高级功能你可以添加的, 比如:
1.添加更多形状/物体类型的功能。
2.移除/拆分条目的功能
3.增加关键节点的功能
4.等等
在这里下载测试项目的源代码:
注:你将会看到一些附加的处理日志记录和异常捕获的代码,和非常多的try/catch语句块。 在Flash Builder4.6里你没法在worker线程里运行trace或者查看运行时错误。 所以这变得有必要了:在所有地方都使用try/catch,然后再发送stackTrace数据回主线程,让它打印出来。 在FB4.7里这些问题应该全部会被解决,你应该能正常地debug。 我非常希望获知大家对这篇文章的反馈。 它对我来说是一片挺长的文章的,并且我不太确定是否把所有事情都说明白了,它对你们起到帮助了吗?
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