[Unity] 实现AssetBundle资源加载管理器

实现Unity AssetBundle资源加载管理器

AssetBundle是实现资源热更新的重要功能，但Unity为其提供的API却十分基(jian)础(lou)。像是自动加载依赖包、重复加载缓存、解决同步/异步加载冲突，等基础功能都必须由使用者自行实现。

因此，本篇博客将会介绍如何实现一个AssetBundle管理器以解决以上问题。

1 成员定义与初始化

作为典型的"Manager"类，我们显然要让其成为一个单例对象，并且由于后续异步加载会用到协程函数，因此还需要继承MonoBehaviour。所以，这里用到了我在Unity单例基类的实现方式中提到的Mono单例基类SingletonMono<>。

// Mono单例基类
public abstract class SingletonMono<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
{
    private static T _instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                // 在场景中查找是否已存在该类型的实例
                _instance = FindObjectOfType<T>();

                // 如果场景中不存在该类型的实例，则创建一个新的GameObject并添加该组件
                if (_instance == null)
                {
                    GameObject singletonObject = new GameObject(typeof(T).Name + "(Singleton)");
                    DontDestroyOnLoad(singletonObject); // 保留在场景切换时不被销毁
                    _instance = singletonObject.AddComponent<T>();
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

在加载AB包时，我们一般只要求外部传入包名，但AssetBundle.LoadFromFile是需要完整路径的，因此我们可以根据自己打包时的具体位置来修改AB_DIR。由于我在打包时勾选了Copy to StreamingAssets，因此这里就用Application.streamingAssetsPath + '/'作为AB包的根目录。

private static readonly string AB_DIR = ... + '/';    // AB包所在目录

AB包之间的依赖信息都存储在主包的Manifest之中，所以我们需要先设置好主包的名字。这里的MAIN_AB_NAME的值也是根据你在打包时的参数来修改的，比如我打包的Output Path参数是AssetBundles/PC，那么此时主包名就是PC。

private static readonly string MAIN_AB_NAME =   // 主包名
#if UNITY_IOS
        "iOS";
#elif UNITY_ANDROID
        "Android";
#else
        "PC";
#endif

接下来就需要在Awake函数中进行初始化，唯一要做的就是读取主包的Manifest

public class ABManager : SingletonMono<ABManager>
{
    // ......

    private AssetBundleManifest _mainManifest;

    private void Awake()
    {
        // 加载主包的manifest
        AssetBundle mainAssetBundle = AssetBundle.LoadFromFile(AB_DIR + MAIN_AB_NAME);
        _mainManifest = mainAssetBundle.LoadAsset<AssetBundleManifest>("AssetBundleManifest");
        mainAssetBundle.Unload(false); // 加载完manifest之后就可以释放主包
    }

    // ......
}

同一个AB包在被多次加载时会报错，所以我们需要声明一个字典来存储已经加载的AB包。

private readonly Dictionary<string, AssetBundle> _assetBundles = new();

此外我们还要注意同步/异步冲突与异步/异步冲突

同步/异步冲突是指，在某个AB包异步加载的过程中，用户又对同一个AB包发起了同步加载的请求，如果我们直接进行同步加载，就会出现“同一个AB包在被多次加载”的错误。

异步/异步冲突则是，在某个AB包异步加载的过程中，用户又对同一个AB包发起了异步加载的请求同样会重复加载的错误，因此我们就需要让后来的异步请求进行暂停等待，直到该包在先来的异步请求中加载完成。

为此我们需要定义一组加载状态，用于解决上述冲突，并且使用字典来存储AB包当前的加载状态

enum ABStatus
{
    Completed,  // 本包和依赖包都加载完毕
    Loading,    // 正在加载
    NotLoaded   // 未被加载
}

private readonly Dictionary<string, ABStatus> _loadingStatus = new();

综上所述，我们的成员定义与初始化如下：

public class ABManager : SingletonMono<ABManager>
{
    private static readonly string AB_DIR = Application.streamingAssetsPath + '/';    // AB包所在目录
    private static readonly string MAIN_AB_NAME =   // 主包名
#if UNITY_IOS
        "iOS";
#elif UNITY_ANDROID
        "Android";
#else
        "PC";
#endif

    private AssetBundleManifest _mainManifest;
    private readonly Dictionary<string, AssetBundle> _assetBundles = new();
    private readonly Dictionary<string, ABStatus> _loadingStatus = new();

    private void Awake()
    {
        // 加载主包的manifest
        AssetBundle mainAssetBundle = AssetBundle.LoadFromFile(AB_DIR + MAIN_AB_NAME);
        _mainManifest = mainAssetBundle.LoadAsset<AssetBundleManifest>("AssetBundleManifest");
        mainAssetBundle.Unload(false); // 加载完manifest之后就可以释放主包
    }

    // ......
}

2 卸载AB包

接着来我们来实现最简单的AB包卸载功能。

卸载单个AB包只需要根据传入的包名，调用对应AB包的Unload方法，然后再从_assetBundles和_loadingStatus中将该包名移除。

public void Unload(string abName, bool unloadAllLoadedObjects = false)
{
    if (!_assetBundles.ContainsKey(abName) || _assetBundles[abName] == null)
    {
        return;
    }

    _assetBundles[abName].Unload(unloadAllLoadedObjects);
    _assetBundles.Remove(abName);
    _loadingStatus.Remove(abName);
}

卸载所有AB包则是直接清空_assetBundles和_loadingStatus的记录，然后调用Unity提供的AssetBundle.UnloadAllAssetBundles卸载所有AB包即可。

public void UnloadAllAssetBundles(bool unloadAllLoadedObjects = false)
{
    _assetBundles.Clear();
    _loadingStatus.Clear();
    AssetBundle.UnloadAllAssetBundles(unloadAllLoadedObjects);
}

3 同步加载

为了增加代码的可读性，让我们先定义以下两个函数，用于检查和设置AB包的状态。

private ABStatus _checkStatus(string abName)
{
    return _loadingStatus.TryGetValue(abName, out ABStatus value)
                ? value : ABStatus.NotLoaded;
}

private void _setStatus(string abName, ABStatus status)
{
    _loadingStatus[abName] = status;
}

3.1 同步加载AB包

在加载资源之前肯定需要先加载AB包。将传入的包名作为加载队列的初值，之后遍历加载队列中的包名进行加载。

同步加载完一个AB包后，再将其所有的依赖包都加入到加载队列中，进行下一轮的加载。

由于同步加载的特性，可以保证在本次调用中完成所有AB包及其依赖的加载，因此加载状态可以直接设置为Completed。

为了解决同步/异步冲突，对于正在异步中加载的包，我们可以直接调用Unload进行卸载，这样一来就可以打断正在进行的异步加载。

private void _loadAssetBundle(string abName)
{
    Queue<string> loadQueue = new();
    loadQueue.Enqueue(abName);

    for (; loadQueue.Count > 0; loadQueue.Dequeue())
    {
        string name = loadQueue.Peek();

        // 跳过已完成的包
        if (_checkStatus(name) == ABStatus.Completed)
        {
            continue;
        }
        // 打断正在异步加载的包
        if (_checkStatus(name) == ABStatus.Loading)
        {
            Unload(name);
        }

        // 同步方式加载AB包
        _assetBundles[name] = AssetBundle.LoadFromFile(AB_DIR + name);
        if (_assetBundles[name] == null)
        {
            throw new ArgumentException($"AssetBundle '{name}' 加载失败");
        }
        _setStatus(name, ABStatus.Completed);

        // 添加依赖包到待加载列表中
        foreach (var depend in _mainManifest.GetAllDependencies(name))
        {
            loadQueue.Enqueue(depend);
        }
    }
}

3.2 同步加载资源

AB包加载完成之后，就可以直接从记录中获取对应的AssetBundle对象来加载资源了。

public T LoadRes<T>(string abName, string resName) where T : UnityEngine.Object
{
    if (_checkStatus(abName) != ABStatus.Completed)
    {
        _loadAssetBundle(abName);
    }
    T res = _assetBundles[abName].LoadAsset<T>(resName);
    if (res == null)
    {
        throw new ArgumentException($"无法从AssetBundle '{abName}' 中获取资源 '{resName}'。");
    }
    return res;
}

4 异步加载

4.1 异步加载AB包

AB包的异步加载和同步加载的策略有很大的不同。

当我们说某个AB包加载完成时，不单是指它的本体加载完毕，还需要它的依赖包也全部加载完成，而依赖包又需要“依赖包的依赖包”加载完成。

由于同步加载能够保证所有的AB包都能在本次调用中加载完毕，因此我们并不关心AB包的先后顺序。

但异步加载是分段的，所以我们必须保证其本体和所有依赖包都加载完成后，才将状态设为Completed，而对于依赖包来说也是如此。一般我们会用递归来处理这种情况，但”协程递归“这种方案听名字就该Pass掉（bushi），这里完全可以用栈来模拟这一过程。

我们先声明一个存储二元组的栈，用于表示包名和标记位。

Stack<(string name, bool needAddDepends)> loadStack = new();

对于入栈的AB包，我们先假设它还有依赖包需要加载，也就是needAddDepends默认为true。接着每次循环过程中，我们都查看栈顶的信息，如果标记为true，则设为false，然后将其所有的依赖包入栈（同样假设这些依赖包也有依赖要处理），并且需要防止重复添加包（环形依赖）导致死循环。这样就能保证在加载某个AB包前先完成其依赖包的加载。

另外，我们还需要处理异步/异步冲突：当某个AB包处于Loading状态时，表示有另一个协程在异步加载该AB包，这时就需要暂停等待直到该包被加载完毕。

private IEnumerator _loadAssetBundleAsync(string abName)
{
    HashSet<string> visitedBundles = new() { abName };
    Stack<(string name, bool needAddDepends)> loadStack = new();
    loadStack.Push((abName, true));

    while (loadStack.Count > 0)
    {
        var (name, needAddDepends) = loadStack.Peek();

        // 跳过已完成的包
        if (_checkStatus(name) == ABStatus.Completed)
        {
            loadStack.Pop();
            continue;
        }
        // 暂停等待正在加载的包
        if (_checkStatus(name) == ABStatus.Loading)
        {
            yield return null;
            continue;
        }
        // 先处理依赖包
        if (needAddDepends)
        {
            loadStack.Pop();
            loadStack.Push((name, false));

            foreach (var depend in _mainManifest.GetAllDependencies(name))
            {
                if (visitedBundles.Add(depend))
                {
                    loadStack.Push((depend, true));
                }
            }

            continue;
        }

        // 异步加载AB包
        AssetBundleCreateRequest abCreateRequest = AssetBundle.LoadFromFileAsync(AB_DIR + name);
        _assetBundles[name] = abCreateRequest.assetBundle;
        _setStatus(name, ABStatus.Loading);
        if (_assetBundles[name] == null)
        {
            throw new ArgumentException($"AssetBundle '{name}' 加载失败");
        }
        yield return abCreateRequest;
        // 加载完成
        _setStatus(name, ABStatus.Completed);
    }
}

4.2 异步加载资源

处理完AB包的加载之后就只需要发起异步资源请求并做错误处理即可。

private IEnumerator _loadResAsync<T>(string abName, string resName, UnityAction<T> callBack) where T : UnityEngine.Object
{
    // 等待异步加载AB包
    if (_checkStatus(abName) != ABStatus.Completed)
    {
        yield return StartCoroutine(_loadAssetBundleAsync(abName));
    }
    // 异步加载资源
    AssetBundleRequest abRequest = _assetBundles[abName].LoadAssetAsync<T>(resName);
    yield return abRequest;

    T res = abRequest.asset as T;
    // 错误处理：资源不存在
    if (res == null)
    {
        throw new ArgumentException($"无法从AssetBundle '{abName}' 中获取资源 '{resName}'。");
    }
    // 回调
    callBack(res);
}

public void LoadResAsync<T>(string abName, string resName, UnityAction<T> callBack) where T : UnityEngine.Object
{
    StartCoroutine(_loadResAsync<T>(abName, resName, callBack));
}

5 完整代码

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using Unity.VisualScripting;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Events;
using Object = UnityEngine.Object;

enum ABStatus
{
    Completed,  // 本包和依赖包都加载完毕
    Loading,    // 正在加载
    NotLoaded   // 未被加载
}

public class ABManager : SingletonMono<ABManager>
{
    private static readonly string AB_DIR = Application.streamingAssetsPath + '/';    // AB包所在目录
    private static readonly string MAIN_AB_NAME =   // 主包名
#if UNITY_IOS
        "iOS";
#elif UNITY_ANDROID
        "Android";
#else
        "PC";
#endif

    private AssetBundleManifest _mainManifest;
    private readonly Dictionary<string, AssetBundle> _assetBundles = new();
    private readonly Dictionary<string, ABStatus> _loadingStatus = new();

    private void Awake()
    {
        // 加载主包的manifest
        AssetBundle mainAssetBundle = AssetBundle.LoadFromFile(AB_DIR + MAIN_AB_NAME);
        _mainManifest = mainAssetBundle.LoadAsset<AssetBundleManifest>("AssetBundleManifest");
        mainAssetBundle.Unload(false); // 加载完manifest之后就可以释放主包
    }

    private ABStatus _checkStatus(string abName)
    {
        return _loadingStatus.TryGetValue(abName, out ABStatus value)
                    ? value : ABStatus.NotLoaded;
    }

    private void _setStatus(string abName, ABStatus status)
    {
        _loadingStatus[abName] = status;
    }

    private void _loadAssetBundle(string abName)
    {
        Queue<string> loadQueue = new();
        loadQueue.Enqueue(abName);

        for (; loadQueue.Count > 0; loadQueue.Dequeue())
        {
            string name = loadQueue.Peek();

            // 跳过已完成的包
            if (_checkStatus(name) == ABStatus.Completed)
            {
                continue;
            }
            // 打断正在异步加载的包
            if (_checkStatus(name) == ABStatus.Loading)
            {
                Unload(name);
            }

            // 同步方式加载AB包
            _assetBundles[name] = AssetBundle.LoadFromFile(AB_DIR + name);
            if (_assetBundles[name] == null)
            {
                throw new ArgumentException($"AssetBundle '{name}' 加载失败");
            }
            _setStatus(name, ABStatus.Completed);

            // 添加依赖包到待加载列表中
            foreach (var depend in _mainManifest.GetAllDependencies(name))
            {
                loadQueue.Enqueue(depend);
            }
        }
    }

    public T LoadRes<T>(string abName, string resName) where T : Object
    {
        if (_checkStatus(abName) != ABStatus.Completed)
        {
            _loadAssetBundle(abName);
        }
        T res = _assetBundles[abName].LoadAsset<T>(resName);
        if (res == null)
        {
            throw new ArgumentException($"无法从AssetBundle '{abName}' 中获取资源 '{resName}'。");
        }
        return res;
    }

    private IEnumerator _loadAssetBundleAsync(string abName)
    {
        HashSet<string> visitedBundles = new() { abName };
        Stack<(string name, bool needAddDepends)> loadStack = new();
        loadStack.Push((abName, true));

        while (loadStack.Count > 0)
        {
            var (name, needAddDepends) = loadStack.Peek();

            // 跳过已完成的包
            if (_checkStatus(name) == ABStatus.Completed)
            {
                loadStack.Pop();
                continue;
            }
            // 暂停等待正在加载的包
            if (_checkStatus(name) == ABStatus.Loading)
            {
                yield return null;
                continue;
            }
            // 先处理依赖包
            if (needAddDepends)
            {
                loadStack.Pop();
                loadStack.Push((name, false));

                foreach (var depend in _mainManifest.GetAllDependencies(name))
                {
                    if (visitedBundles.Add(depend))
                    {
                        loadStack.Push((depend, true));
                    }
                }

                continue;
            }

            // 异步加载AB包
            AssetBundleCreateRequest abCreateRequest = AssetBundle.LoadFromFileAsync(AB_DIR + name);
            _assetBundles[name] = abCreateRequest.assetBundle;
            _setStatus(name, ABStatus.Loading);
            if (_assetBundles[name] == null)
            {
                throw new ArgumentException($"AssetBundle '{name}' 加载失败");
            }
            yield return abCreateRequest;
            // 加载完成
            _setStatus(name, ABStatus.Completed);
        }
    }

    private IEnumerator _loadResAsync<T>(string abName, string resName, UnityAction<T> callBack) where T : Object
    {
        // 等待异步加载AB包
        if (_checkStatus(abName) != ABStatus.Completed)
        {
            yield return StartCoroutine(_loadAssetBundleAsync(abName));
        }
        // 异步加载资源
        AssetBundleRequest abRequest = _assetBundles[abName].LoadAssetAsync<T>(resName);
        yield return abRequest;

        T res = abRequest.asset as T;
        // 错误处理：资源不存在
        if (res == null)
        {
            throw new ArgumentException($"无法从AssetBundle '{abName}' 中获取资源 '{resName}'。");
        }
        // 回调
        callBack(res);
    }

    public void LoadResAsync<T>(string abName, string resName, UnityAction<T> callBack) where T : Object
    {
        StartCoroutine(_loadResAsync<T>(abName, resName, callBack));
    }

    public void Unload(string abName, bool unloadAllLoadedObjects = false)
    {
        if (!_assetBundles.ContainsKey(abName) || _assetBundles[abName] == null)
        {
            return;
        }

        _assetBundles[abName].Unload(unloadAllLoadedObjects);
        _assetBundles.Remove(abName);
        _loadingStatus.Remove(abName);
    }

    public void UnloadAllAssetBundles(bool unloadAllLoadedObjects = false)
    {
        _assetBundles.Clear();
        _loadingStatus.Clear();
        AssetBundle.UnloadAllAssetBundles(unloadAllLoadedObjects);
    }
}

参考资料

解决 Unity3D AssetBundle 异步加载与同步加载冲突问题

Custom == operator, should we keep it?

C#语法糖 (?) null空合并运算符对UnityEngine.Object类型不起作用

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