内容简介:内容概要基于任务的并行编程是现代C++的一个趋势,虚幻4中的TaskGraph也是这样一个方向。这个帖子就分享一下 TaskGraph 的基本用法。【欢迎转载,请注明作者:房燕良,原文出处:游戏程序员的自我修养】
内容概要
基于任务的并行编程是现代C++的一个趋势,虚幻4中的TaskGraph也是这样一个方向。这个帖子就分享一下 TaskGraph 的基本用法。
【欢迎转载,请注明作者:房燕良,原文出处:游戏 程序员 的自我修养】
基于任务的并行程序设计
基于任务(task-based)的并行编程可以说是现代 C++ 的一个重要发展方向。什么是“基于任务的并行编程”呢?简单来做个比较的话就很清晰了。
传统的 C++ 并行编程是直接操作OS层面的线程(std::thread)、线程同步对象( std::mutex, std::condition 等),这种叫做 基于线程(thread-based) 的并行编程。在这种开发模式下,程序员必须非常仔细的处理线程间的同步、共享数据等问题,为了避免条件竞争(race condition)和死锁而殚精竭虑。虚幻4里面的 FRunable 就是这种模式。
如果说“基于线程的并行编程”就像是在直接使用 D3D、OpenGL 在开发图形程序,那么“基于任务的并行编程”的模式就相当于在一个图形渲染引擎基础上做开发。我们可以更多的在自己的问题域里面思考:如果把整个处理流程划分成“任务”,哪些任务是可以并行的,哪些任务需要串行,然后通过“基于任务”的 API 来派发任务。这个小引擎内部的调度器会帮我们管理线程池等底层对象。
基于任务的模式已经相当成熟,比较有名的实现包括:
并且两家已经在2015年一起发起了C++标准提案: N4411-Task Block ,Herb Sutter 也是发起人之一。
虚幻4的 TaskGraph 简介
虚幻4的 TaskGraph 就是“基于任务的并行编程”设计思想下的产物。
TaskGraph 应该是虚幻4引擎中后期才加入的一个机制,但越来越多的系统开始使用它。它不是一个标准的并行编程框架,而一个专门针对虚幻4定制的。它的底层实现代码有点绕,咱们就先不分析它,而是着重说说 怎么用好它 。
虚幻4的 TaskGraph 有以下常用特性:
- 在创建任务时,可以指定一个或多个前置任务;这些任务就可以组成一个 Graph 啦;
- 可以指定任务在哪个线程中执行;这个太好用了,后面例子中可以看到;
至于任务之间如何共享数据等问题,TaskGraph 框架是不管的,责任在于开发 Task 的人。不过,不要害怕:你可能发现,任务分配的好的话,这个问题可以很大程度上简单化。
通过实例上手 TaskGraph
我还是通过一个最简单的例子来说明 TaskGraph 的基本用法:假定我们需要异步加载一个文本文件。
下面是这个例子的测试接口定义:
- 建立了一个 Actor 的派生类
- 提供一个接口,用来发起异步加载的操作:
void AsyncLoadTextFile(const FString& FilePath)
-
提供一个蓝图事件,供上层来接受加载的文件内容:
void OnFileLoaded(const FString& FileContent)
- 完整代码如下:FirstAsyncTask.h
UCLASS() class MAKINGUSEOFTASKGRAPH_API AFirstAsyncTask : public AActor { GENERATED_BODY() public: UFUNCTION(BlueprintCallable) void AsyncLoadTextFile(const FString& FilePath); UFUNCTION(BlueprintImplementableEvent) void OnFileLoaded(const FString& FileContent); };
实现代码很简单:
- 在
AsyncLoadTextFile()
函数中发起一个异步操作 -
OnFileLoaded()
将在蓝图中实现,C++这里没有代码 -
任务代码是通过自定义的一个class实现的:
FTask_LoadFileToString
,这个后面细说 - 完整代码如下:FirstAsyncTask.cpp
void AFirstAsyncTask::AsyncLoadTextFile(const FString& FilePath) { FTaskDelegate_FileLoaded TaskDelegate; TaskDelegate.BindUFunction(this, "OnFileLoaded"); TGraphTask<FTask_LoadFileToString>::CreateTask().ConstructAndDispatchWhenReady(FilePath, TaskDelegate); }
主线程的代码就是这么简单!然后,我建立一个 class AFirstAsyncTask
的蓝图派生类,来测试它:
看到这里,你可能想要拍砖了:你在一个异步任务里面调用蓝图 OnFileLoaded
,这个不是找死吗?!且慢,砖可以先举着,容我慢慢解释!其关键就在于这个异步任务是如何定义的。
定义任务
用户定义的任务必须要满足 TGraphTask
中对 Task 的接口需求。下面这个 class FTask_LoadFileToString
就是我写的一个简单的任务:
class FTask_LoadFileToString { FTaskDelegate_FileLoaded TaskDelegate; FString FilePath; FString FileContent; public: FTask_LoadFileToString(FString InFilePath, FTaskDelegate_FileLoaded InTaskDelegate) : TaskDelegate(InTaskDelegate), FilePath(MoveTemp(InFilePath)) {} FORCEINLINE TStatId GetStatId() const { RETURN_QUICK_DECLARE_CYCLE_STAT(FTask_LoadFileToString, STATGROUP_TaskGraphTasks); } static ENamedThreads::Type GetDesiredThread() { return CPrio_LoadFileToString.Get(); } static ESubsequentsMode::Type GetSubsequentsMode() { return ESubsequentsMode::TrackSubsequents; } void DoTask(ENamedThreads::Type CurrentThread, const FGraphEventRef& MyCompletionGraphEvent) { // load file from Content folder FString FullPath = FPaths::Combine(FPaths::ProjectContentDir(), FilePath); if (FPaths::FileExists(FullPath)) { FFileHelper::LoadFileToString(FileContent, *FullPath); } // create completion task FGraphEventRef ChildTask = TGraphTask<FTaskCompletion_LoadFileToString>::CreateTask(nullptr, CurrentThread). ConstructAndDispatchWhenReady(TaskDelegate, FileContent); MyCompletionGraphEvent->SetGatherThreadForDontCompleteUntil(ENamedThreads::GameThread); MyCompletionGraphEvent->DontCompleteUntil(ChildTask); } };
按个说一下这个类的几个方法:
- 构造函数是完全自定义的,有多少参数都可以;底层会通过“可变参数模板(Variadic Templates)”把所有参数全都转发过来;
- 引擎中有一句注释说不支持引用类型的参数:CAUTION!: Must not use references in the constructor args; use pointers instead if you need by reference
- 不过,我在引擎的代码中发现了有使用引用类型参数的任务,目前还不确定;使用引用类型的话,确实是有很大的“悬空引用(dangling references)”的风险,建议还是不用;
-
GetStatId()
:返回一个 StatId,一般就按照这种固定写法就好了; -
GetDesiredThread()
:返回这个任务希望运行的线程;常用的写法有:class FAutoConsoleTaskPriority ENamedThreads::GameThread
-
GetSubsequentsMode()
:有两个可选值,TrackSubsequents 和 FireAndForget ; -
DoTask()
:这个就是写我们这个任务实际的工作的代码了;
下面就着重看一下这个任务的实现代码: FTask_LoadFileToString::DoTask()
,这个函数干了两件事:
FTaskCompletion_LoadFileToString FTaskCompletion_LoadFileToString
下面看一下 class FTaskCompletion_LoadFileToString
的完整代码:
class FTaskCompletion_LoadFileToString { FTaskDelegate_FileLoaded TaskDelegate; FString FileContent; public: FTaskCompletion_LoadFileToString(FTaskDelegate_FileLoaded InTaskDelegate, FString InFileContent) : TaskDelegate(InTaskDelegate), FileContent(InFileContent) {} FORCEINLINE TStatId GetStatId() const { RETURN_QUICK_DECLARE_CYCLE_STAT(FTaskCompletion_LoadFileToString, STATGROUP_TaskGraphTasks); } static ENamedThreads::Type GetDesiredThread() { return ENamedThreads::GameThread; } static ESubsequentsMode::Type GetSubsequentsMode() { return ESubsequentsMode::TrackSubsequents; } void DoTask(ENamedThreads::Type CurrentThread, const FGraphEventRef& MyCompletionGraphEvent){ check(IsInGameThread()); TaskDelegate.ExecuteIfBound(MoveTemp(FileContent)); } };
OK!砖举累了吧,可以放下了:
- 我是通过这个完成通知任务
class FTaskCompletion_LoadFileToString
来调用AFirstAsyncTask::OnFileLoaded
那个蓝图事件的; -
FTaskCompletion_LoadFileToString::GetDesiredThread()
返回值为:ENamedThreads::GameThread
,也就是要求它在 GameThread 执行!
这个任务的 DoTask()
代码就很直接了当了,有两个小点稍微说一下:
- 你看,我在 DoTask() 里面写了
check(IsInGameThread())
,确定是 Game Thread 。:) - 我通过引擎提供的
MoveTemp
模板,实现了FString FileContent
的 转移拷贝 ,减少了内存拷贝; 关于转移语义可以看我之前的博客 。
派发任务
就像上面那样,定义好 “Task 类”之后就需要调用 TaskGraph 来派发这个任务了,就像下面这样:
TGraphTask<FTask_LoadFileToString>::CreateTask().ConstructAndDispatchWhenReady(FilePath, TaskDelegate);
解释一下上面这一行代码:
-
TGraphTask
是一个模板类,它接收一个类型参数,就是我们前面定义的 “Task 类” - 首先是调用
TGraphTask::CreateTask()
函数,这个函数有两个参数:FGraphEventArray* Prerequisites ENamedThreads::Type CurrentThreadIfKnown
-
TGraphTask::CreateTask()
返回一个对象,它的类型是:class TGraphTask::FConstructor
-
FConstructor
有两个主要的方法:ConstructAndDispatchWhenReady()
、ConstructAndHold()
,名字就说明它的作用了 - 这两个方法主要就是构造我们定义的 “Task 类”的实例,并且使用”可变参数模板(Variadic Templates)”把构造函数的参数转发到 “Task 类的构造函数”
-
可以说这就是 TaskGraph 系统的常用 API 啦!非常非常的简单易用!这么好用的系统,EPIC竟然没有文档,难道是舍不得给大家用吗?哈哈!
小结
这个例子相当于 Hello World 啦!在这个例子中,我使用“父子任务”的结构,来执行异步操作,并在 GameThread 中发送完成通知。这算是 TaskGraph 的用法之一,后续我会继续分享 TaskGraph 的实战经验。TaskGraph 运用过程中的一些问题,也会逐步澄清。
相关的样例工程在我的 GitHub :https://github.com/neil3d/UnrealCookBook/tree/master/MakingUseOfTaskGraph
Written on March 8th, 2020 by 房燕良
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
猜你喜欢:- 虚幻4与现代C++:基于任务的并行编程与TaskGraph
- 同态加密的现实与虚幻
- Unreal Engine(虚幻引擎)4.25 发布
- Unreal Engine 4.23 发布,虚幻引擎
- 虚幻引擎 (Unreal Engine) 5 发布抢先体验版
- 虚幻4与现代C++:Lambda好用也有坑
本站部分资源来源于网络,本站转载出于传递更多信息之目的,版权归原作者或者来源机构所有,如转载稿涉及版权问题,请联系我们。
UML基础与Rose建模案例
吴建 / 人民邮电出版社 / 2004-10 / 29.00元
《UML 基础与Rose建模案例》介绍了用UML(统一建模语言)进行软件建模的基础知识以及Rational Rose工具的使用方法,其中,前8章是基础部分,对软件工程思想、UML的相关概念、Rational Rose工具以及RUP软件过程等进行了详细的介绍;后3章是案例部分,通过3个综合实例,对UML建模(以Rose为实现工具)的全过程进行了剖析;最后的附录中给出了UML中常用的术语、标准元素和元......一起来看看 《UML基础与Rose建模案例》 这本书的介绍吧!