【Unity Profile】诊断性能问题

Arzie100 · 发表于 2022-7-12 08:14

前言

整天在讲优化，对Profile的研究却很少，今天刚好要研究一个功能的性能问题，借此研究一下
Profiler 窗口是一个强大的分析工具，内置于 Unity 中。
Ctrl + 7 快捷键打开 Profiler 窗口
通过选择Window > Profiler从顶部菜单栏中打开 Profiler 窗口

一个功能在各种机型下都掉帧，而且是测试资源，特效都没上，性能就不通过，这个要怎么分析性能呢？
首先一般这种都是真机下进行测试，那么我们的Profiler怎么连接上真机呢？
一、Profiler连接真机

1. 打包时候勾选 Development Build 和 Autoconnect Profiler

如果是development build模式打包出来的安装包，在打包的应用中画面的右下角会有development build的水印，且在切换场景也不会消失

2. USB连接上真机，输入命令（高亮部分为包名）

adb forward tcp:34999 localabstract:Unity-com.DefaultCompany.TestShareSDK3. 选择Profiler 附加的端口

到此，我们就成功让我们的Profiler，用ADB连上了真机。
二、性能分析

1. 为啥需要分析？

如果我们的游戏运行缓慢、卡顿甚至卡顿，我们就知道我们遇到了性能问题。
在我们尝试解决任何问题之前，我们需要更多地了解导致问题的原因。
不同的问题需要非常不同的解决方案。
如果我们试图猜测哪里出了问题，或者尝试根据其他项目的工作进行更改，我们可能会浪费时间，甚至会使我们的问题变得更糟。
这就是分析的用武之地。
2. 帧率介绍

帧率是衡量游戏性能的标准。在游戏中，一帧就像动画中的一帧；这是我们游戏的静止图像，被绘制到屏幕上。在屏幕上绘制帧称为渲染帧。帧速率或帧的渲染速度以每秒帧数(FPS) 为单位。
对于渲染的每一帧，Unity 必须执行许多不同的任务。
简单来说，Unity 必须更新游戏状态，拍摄游戏快照，然后将该快照绘制到屏幕上。每帧必须执行的任务包括读取用户输入、执行脚本和执行光照计算等。除此之外，还有一些操作可能在单个帧中发生多次，例如物理计算。
当所有这些任务都足够快地执行时，我们的游戏将具有一致且可接受的帧速率。
当所有这些任务都不能足够快地执行时，帧将花费太长时间来渲染并且帧率将会下降。
3. 排除垂直同步

垂直同步，称为VSync ，用于将游戏的帧速率与正在显示的屏幕的刷新率相匹配。
VSync 可以影响我们游戏的帧速率，其效果可以显示在 Profiler 窗口中。
如果我们不确定我们在看什么，它可能看起来像一个性能问题
所以在我们继续之前，我们需要学习如何将 VSync 排除在我们的调查之外。

4. GPU Profiler

渲染是性能问题的常见原因。
在尝试修复渲染问题之前，确定我们的游戏是受 CPU 限制还是受GPU 限制很重要，因为这些情况需要不同的方法。

中央处理单元（CPU）负责确定必须绘制的内容，
图形处理单元（GPU）负责绘制内容。

识别我们的游戏是否受 GPU 限制的最快方法是使用 Unity 的 GPU 使用分析器。
不幸的是，并非所有设备和驱动程序都支持此分析器。
要检查 GPU 使用情况分析器在我们的目标设备上是否可用，我们应该执行以下步骤：

在 Profiler 窗口的左上角，选择Add profiler 。
从下拉菜单中选择GPU 。 如果我们的目标设备不支持 GPU 使用分析器，我们将看到一条以“不支持 GPU 分析”开头的消息，其中 GPU 使用分析器通常会显示其数据。

5.1 如果支持，就可以开始分析了
如果 GPU 时间超过 CPU 时间，我们已经确定我们的游戏此时受 GPU 限制。

5.2 如果 GPU 使用分析器不适用于我们的目标硬件
我们通过观察 CPU 使用率来做到这一点。如果我们可以看到 CPU 正在等待 GPU 完成其任务，这意味着我们的游戏是 GPU 绑定的。要确定是否是这种情况，我们可以执行以下步骤：

单击 CPU 使用情况分析器将其选中。
检查 Profiler 窗口底部的区域，该区域显示有关当前所选框架和分析器的详细信息。
从该区域左上角的下拉菜单中选择层次结构。
选择Time ms列以按时间（以毫秒为单位）对函数进行排序。
如果函数 Gfx.WaitForPresent 在 CPU Usage profiler 中占用的时间最长，则表明 CPU 正在等待 GPU。这意味着我们的游戏此时受 GPU 限制。
如果我们发现我们的游戏受 GPU 限制，我们应该阅读修复性能问题的教程：优化 Unity 游戏中的图形渲染。

5. CPU Profiler

5.1 CPU视图耗时分析

我们可以看到如何花费时间的颜色编码细分。不同的颜色代表渲染操作、物理计算等所花费的时间。分析器中的键指示哪些颜色代表哪些任务。
在下面的屏幕截图中，我们可以看到这一帧的大部分时间都花在了渲染操作上。下图底部的 CPU 时间指示器表明我们这一帧的总 CPU 时间为 85.95 毫秒。

5.2 Hierarchy 视图，分析具体函数、比较帧变化

当我们选中一帧的时候，可以展开Hierarchy 视图。更深入地挖掘此信息，并准确查看在此帧期间哪些任务占用的 CPU 时间最多。

Time ms按耗时最长的函数对函数进行排序
Calls按在当前突出显示的帧中调用的次数对函数进行排序
Self ms列表示函数本身花费了多少时间
Time ms表示该函数以及它调用的所有其他函数花费了多少时间。

可以使用 CPU 使用分析器逐帧跟踪单个函数的成本。
选中单个函数，拖动帧，可以逐帧比对函数调用成本
5.3 GC(垃圾收集分析)

如果函数GC.Collect()出现并且占用过多的 CPU 时间，那么我们已经确定我们的游戏存在垃圾收集问题。
5.3.1 解决垃圾收集问题

如果我们发现我们的游戏存在垃圾收集问题，我们应该阅读这篇文章。

5.4. Physics 物理分析

选择 CPU 使用分析器后，选择Time ms列以按时间（以毫秒为单位）对函数进行排序。单击列表顶部的功能以选择它们。
如果它们是物理函数，CPU 分析器图表将突出显示它们作为物理显示的一部分。如果是这种情况，我们已经确定我们当前的性能问题与物理学有关。
5.4.1 解决物理问题

Unity 手册的这一页虽然是为 iOS 开发人员编写的，但有一些适用于所有 Unity 游戏的物理优化技巧。
这篇关于在 Unity 游戏中优化物理的教程包含许多有用的提示。
这个Unite 2012 优化演讲的物理部分包含对常见物理问题的有用总结。

5.5. Script 脚本分析

选择 CPU 使用分析器后，选择Time ms列以按时间（以毫秒为单位）对函数进行排序。单击列表顶部的功能以选择它们。
如果它们是用户脚本函数，CPU 分析器图表将在脚本显示中突出显示它们。如果是这种情况，我们已经确定我们当前的性能问题与脚本有关。
请注意，上述情况有一个例外：如果我们的游戏包含与渲染相关的代码，
例如Image Effects脚本或OnWillRenderObject或OnPreCull函数中的代码，这将在 CPU 使用情况分析器时显示在 Profiler 窗口的顶部作为渲染数据而不是脚本数据。
5.5.1 解决慢脚本问题

Unity 手册中的这一页侧重于优化移动平台的脚本，但该建议对所有开发人员都很有用。
Unity 手册中的此页面包含有关避免在用户脚本中调用昂贵的函数的建议。
这个Unite 2012 关于优化的演讲包含对常见脚本问题的有用总结。

三、总结

几个常见函数总结：

函数	分析
Gfx.WaitForPresent	在 CPU Usage profiler 中占用的时间最长，则表明 CPU 正在等待 GPU。意味着我们的游戏此时受 GPU 限制。
WaitForTargetFPS	该参数一般出现在CPU开销过低，且通过设定了目标帧率的情况下。当上一帧的耗时低于目标帧率的耗时时，将会在本帧产生一个WaitForTargetFPS的空闲等待耗时，以维持目标帧率。在优化过程中，你对它可以“视而不见”。
Gfx.WaitForPresent && Graphics.PresentAndSync	这两个参数无论CPU占用多少，其实都不是这两个参数的自身问题，而是项目的其他部分造成。

造成这两个参数的CPU占用较高的原因主要有以下三种原因：

CPU开销非常低，所以CPU在等待GPU完成渲染工作或等待VSync的到来；
CPU开销很高，使Present错过了当前帧的VSync，即不得不等待下一次VSync的到来；
GPU开销很高，CPU的Present需要等待GPU上一帧渲染工作的完成。
最后，如何优化并降低这两个参数的CPU占用呢？那就是，忽略Gfx.WaitForPresent 和 Graphics.PresentAndSync这两个参数，优化其他你能优化的一切！

参考

Diagnosing Performance Problems - Unity Learn
https://unity3d.com/learn/tutorials/topics/mobile-touch/unite-europe-2016-optimizing-mobile-applications?playlist=17138
https://www.youtube.com/watch?v=jZ4LL1LlqF8
扒一扒Profiler中这几个“占坑鬼”

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