artist66 发表于 2020-11-24 08:35

再议Unity优化

0x00 前言

在很长一段时间里，Unity项目的开发者的优化指南上基本都会有一条关于使用GetComponent方法获取组件的条目（例如14年我的这篇博客《深入浅出聊Unity3D项目优化：从Draw Calls到GC》）。有时候还会发展为连一些Unity内部对象的属性访问器都要小心使用的注意事项，记得曾经有一段时间我们的项目组也会严格要求把例如transform、gameobject之类的属性访问器进行缓存使用。这其中的确有一些措施是有道理的，但很多朋友却也是知其然而不知其所以然，朦胧之间似乎有一个印象，进而成为习惯。那么本文就来聊聊Unity优化这个题目中偶尔会被误解的内容吧。

0x01 来自官方的建议

本文主要是关于Unity脚本优化的，而脚本和引擎打交道的一个常见情景便是使用GetComponent之类的方法， 接触过Unity的朋友大都知道要将GetComponent的结果进行缓存使用。不过很多人的理由是：
使用GetComponent会造成GC，从而影响效率。
所以从Unity官方的手册来寻找关于GetCompnent的线索是最好的途径。的确，2011年的3.5.3版本的官方手册就已经建议减少使用GetCompnent方法来获取组件了，同时建议我们使用变量缓存获取的组件。
Reduce GetComponent Calls
Using GetComponent or built-in component accessors can have a noticeable overhead. You can avoid this by getting a reference to the component once and assigning it to a variable (sometimes referred to as "caching" the reference).
但是，我们可以发现手册上只说了频繁的调用GetComponent会导致CPU的开销增加，但是并没有提到GC的问题。所以，为了验证GetComponent到底会导致哪些性能上的问题，我们可以做几个小测试。

0x02 和GC无关的性能优化

众所周知，GetComponent有三个重载版本，分别是：
GetComponent()GetComponent(typeof(T))GetComponent(string)
所以，测试的第一步就是先确定一个效率最高的重载版本，之后再去检查它们各自引起的堆内存分配。
“效率之王”

为此，我们在5.X版本的Unity中准备一个空白的场景并实现一个简单的计时器，之后就可以开始测试了。
using System;
using System.Diagnostics;
/// <summary>
/// 简易的计时类
/// </summary>
public class YiWatch : IDisposable
{
    #region 字段

    private string testName;
    private int testCount;
    private Stopwatch watch;

    #endregion


    #region 构造函数

    public YiWatch(string name, int count)
    {
      this.testName = name;

      this.testCount = count > 0 ? count : 1;

      this.watch = Stopwatch.StartNew();
    }

    #endregion


    #region 方法
    public void Dispose()
    {
      this.watch.Stop();

      float totalTime = this.watch.ElapsedMilliseconds;

      UnityEngine.Debug.Log(string.Format("测试名称：{0}   总耗时：{1}   单次耗时：{2}    测试数量：{3}",
            this.testName, totalTime, totalTime / this.testCount, this.testCount));
    }

    #endregion

}自定义的组件TestComp，以及我们的测试代码，每一个方法会被调用1000000次以便于观察测试结果：
    int testCount = 1000000;//定义测试的次数

    using (new YiWatch("GetComponent<>", testCount))
    {
      for(int i = 0; i < testCount; i++)
      {
            GetComponent<TestComp>();
      }
    }

    using (new YiWatch("GetComponent(typeof(T))", testCount))
    {
      for(int i = 0; i < testCount; i++)
      {
            GetComponent(typeof(TestComp));
      }
    }

    using (new YiWatch("GetComponent(string)", testCount))
    {
      for(int i = 0; i < testCount; i++)
      {
            GetComponent("TestComp");
      }
    }运行的结果如图（单位ms）：


我们可以发现在Unity 5.x版本中，泛型版本的GetComponent<>的性能最好，而GetComponent(string)的性能最差。
做成柱状图可能更加直观：


接下来，我们来测试一下我们感兴趣的堆内存分配吧。为了更好的观察，我们把测试代码放在Update中执行。
void Update()
{
    for(int i = 0; i < testCount; i++)
    {
      GetComponent<TestComp>();
    }
}同样每帧执行1000000次的GetComponent方法。打开profiler来观察一下堆内存分配吧：



我们可以发现，虽然频繁调用GetComponent时会造成CPU的开销很大，但是堆内存分配却是0B。
但是，我和朋友聊天偶尔聊到这个话题时，朋友说有时候会发现每次调用GetComponent时，在profiler中都会增加0.5kb的堆内存分配。不知道各位读者是否有遇到过这个问题，那么是不是说GetComponent方法有时的确会造成GC呢？
答案是否定的。
这是因为朋友是在Editor中运行，并且GetComponent返回Null的情况下，才会出现堆内存分配的问题。
我们还可以继续我们的测试，这次把TestComp组件从场景中去除，同时把测试次数改为100000。我们在Editor运行测试，可以看到结果如下：



10000次调用GetComponent方法，并且返回为Null时，观察Editor的Profiler，可以发现每一帧都分配了5.6MB的堆内存。
那么如果在移动平台上调用GetComponent方法，并且返回为Null时，是否会造成堆内存分配呢？
这次我们让这个测试跑在一个小米4的手机上，连接profiler观察堆内存分配，结果如图：


可以发现，在手机上并不会产生堆内存的分配。
Null Check造成的困惑

那么这是为什么呢？其实这种情况只会发生在运行在Editor的情况下，因为Editor会做更多的检测来保证正常运行。而这些堆内存的分配也是这种检测的结果，它会在找不到对应组件时在内部生成警告的字符串，从而造成了堆内存的分配。
We do this in the editor only. This is why when you call GetComponent() to query for a component that doesn’t exist, that you see a C# memory allocation happening, because we are generating this custom warning string inside the newly allocated fake null object.
所以各位不必担心使用GetComponent会造成额外的堆内存分配了。同时也可以发现只要不频繁的调用GetComponent方法，CPU的开销还是可以接受的。但是频繁的调用GetComponent会造成显著的CPU的开销的情况下，各位还是对组件进行缓存的好。
属性访问器的性能

既然聊了GetComponent方法的性能，接下来我们可以继续来聊聊和GetComponent功能有些类似的，Unity脚本系统中的一些属性访问器的性能。
我们最常见的属性访问器大概算是transform和gameObject了吧，当然，如果使用过4.x版本的朋友应该还会知道rigidbody、camera、renderer等等。但是到了5.x时代，除了gameObject和transform之外的属性访问器都已经被弃用了，相反，5.x中会使用 GetComponent<>来获取它们：


所以从4.x升级到5.x之后，这些访问器就无法使用了，所以升级引擎时各位可以关注一下自己的代码中是否有类似的问题。
好了，我们接着在测试中加入使用访问器获取Transform组件的效率：
    using (new YiWatch("transform", testCount))
    {
      for(int i = 0; i < testCount; i++)
      {
            transformTest = this.transform;
      }
    }运行1000000次，结果如下（单位ms）


单次的耗时是0.000026ms，性能要远好于调用GetComponent<>方法，所以是否缓存类似gameObject或者transform这样的属性访问器似乎对性能的优化帮助不大。当然写代码和个人的习惯关系很大，如果各位早已习惯缓存这些属性访问器自然也是不错的选择。

0x03 总结

通过以上测试，我们可以发现：
频繁的调用GetComponent方法会造成CPU的开销，但是对GC几乎没有影响。Profiler不要用来分析Editor中运行的项目，由于一些引擎内部的检查会导致结果出现较大偏差。5.X版本中GetComponent<>的性能最好。使用属性访问器来访问一些内建的属性例如transform的性能已经可以让人接受了，并不一定非要缓存这些属性。5.X版本删掉了很多属性访问器，基本上只保留了gameObject和transform。
最后需要说明的是，上述的测试发生在5.X版本的Unity中。如果使用4.x版本可能会有些许不同，例如在4.X版本中，GetComponent(typeof)的性能可能要好于GetComponent<>，而且能够直接使用的属性访问器也更多，各位可以自己进行测试。

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