Unity 内存管理的专业提示

LiteralliJeff

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优化是游戏开发中很重要的一部分，涉及的方面主要有 CPU，GPU，内存，网络等。
在这篇博客中，主要会写关于内存相关的优化，Unity 是如何管理内存的，以及怎样才能使游戏更高效地运行。
在深入到 Unity 之前，我们先来看一下内存是如何工作的。
操作系统会在物理内存的基础上，创建一个虚拟内存，用于程序运行。在这个抽象中，会有一些虚拟地址空间（VAS）


在内存优化上，主要考虑两部分，也就是栈（Stack）和堆（Heap）。在理解栈和堆之前，首先要理解在 Unity 中，数据的类型，可分为值类型，和引用类型。对于值类型的数值，会直接存储在栈上，并且是可以直接复制的。例如，int, float, bool, struct, Color Vector3 等。
而引用类型的数据，则是存储在堆上，但是，指向这个数据的指针，是存储在栈上的。
栈（Stack）

• 存储值类型
  
• 存储引用类型的指针
  
• 由 CPU 自动管理，无须程序员关心。在函数调用时，参数将自动申请内存放入栈中，当函数结束时，这些参数又会从栈取出，释放内存，这一切操作都是自动的。
  
• 栈比堆的速度快
  
• 栈的容量有限，如果超过上限，则会出现栈溢出。
  
• 栈的运行方式是 Last in first out。也就是后进先出，或者说先进后出。
  

堆（Heap）

• 可以存储引用类型和值类型的数据
  
• 由程序员手动管理
  
• 内存空间不一定是连续的
  
• 比栈速度慢
  
• 可以扩展空间大小
  

接下来，我们来理解什么是 “垃圾”，以及什么是 “垃圾回收”。
垃圾

存储在栈上的一个指向堆数据的指针结束时（释放时），堆上的数据没有用了，对于这样的对象，可以理解为 “垃圾”。
垃圾回收

为了解决垃圾内存的问题，.Net 有对应的垃圾回收系统[1]。
在初始化一个新的进程时，语言运行时会为该进程保留一个连续的地址空间区域。这个保留的地址空间称为托管堆。托管堆维持指向堆中下一个对象的地址指针。
从托管堆中分配内存，比非托管堆中分配内存要快。
垃圾回收系统会创建一个包含从根可访问的所有对相的图。当一个对象不在这个图中，也就是无法从根节点访问时，垃圾回收系统会将这部分内存视为垃圾，并在合适的时机释放为其分配的内存。
Unity 的内存管理系统

Unity 的内存管理分为三部分。

• 托管内存
  

托管内存使用托管堆以及垃圾回收系统自动分配和释放内存，而提供这个功能的是 Mono 或 IL2CPP。在 Unity 中我们大部分时候使用的都是托管内存，所以 New 对象时，都不考虑释放，垃圾回收系统会帮我们处理掉。

• C# 非托管内存
  

C＃非托管内存层使你可以在编写C＃代码的方便下访问本机内存层以微调存储器分配。
您可以在Unity Core API中使用Unity.CollectionsNamespace（包括NativeArray），以及Unity Collections软件包中的数据结构来访问C＃非托管的内存。如果您使用Unity的 Job System 或 Brust，则必须使用C＃非托管内存。

• 原生内存
  

Unity用来运行引擎的c++内存。在大多数情况下，Unity用户是无法访问这些内存的，但是如果你想微调应用程序的某些方面的性能，了解这些内存是很有用的。
虽然上面的内容听起来很复杂，但其实确实不太容易理解。
托管堆由语言运行时自动管理，内存申请，内存释放，下面这个图可以方便理解。


当有一个对象结束时，垃圾回收系统会将这部分内存释放，但是不会重新排列内存。


当有更大的内存申请时，堆管理系统可能会执行下面两个操作之一

• 运行垃圾回收，释放掉该释放的内存，看看有没有满足新内存申请大小的空间
  
• 如果第一步失败了，那就扩展堆的大小
  

编码技巧

• 使用 for 代替 foreach
  
• 尽可能地重用 List 之类的数据结构，在重用之前调用 Clear()
  
• 尽量避免 ()=> 这种匿名函数
  
• 减少装箱拆箱操作(值类型转为引用，引用转为转为值类型)int value = 100;
  object obj = value;
  int num = (int)obj;
  
• 对于字符串操作，可以使用 StringBuilder
  
• 尽可能地缓存对象
  
• 使用对象池来优化频繁创建和销毁的物品，例如游戏中的子弹
  

Unity 技巧

• 使用 Addressable System 来加载和卸载对象
  
• 压缩 Texture，图的大小尽量为2的次方，使用图集。
  
• 没用的 Shader 功能去掉
  

参考资料

[1]
垃圾回收系统: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/garbage-collection/

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