Unity性能优化之脚本策略（2）

franciscochonge · 发表于 2022-11-18 07:49

大纲

缓存组件引用
共享计算输出
Update、Coroutines和InvokeRepeating

缓存组件引用

在Unity开发过程中，反复计算一个值是非常常见的错误，特别是在使用GetComponent方法时。例如，下面的脚本试图检查一个health值，如果该值低于0，则触发死亡动画
void CheckDamage(){
  RigidBody rigidbody = GetComponent<RigidBody>();
  Collider collider = GetComponent<Collider>();
  AIControllerComponent ai = GetComponent<AIControllerComponent>();
  Animator anim = GetComponent<Animator>();
  if(GetComponent<HealthComponent>().health < 0){
rigidbody.enable = false;
collider.enable = false;
ai.enable = false;
anim.SetTrigger(&#34;death&#34;);
  }
}
每次执行这个优化不良的方法的时候，都将重新获得5个不同组件的引用。这对CPU的使用而言很不友好。如果是在Update()期间调用，将是个非常严重的问题。这种编码风格看起来是无害的，但会导致很多长期问题，运行时的工作也不少，几乎是没有什么好处。
除了它会消耗CPU，它还会消耗少量的内存空间（根据Unity的版本、平台和段申请，每次只有32位或64位），来缓存这些组件，长期或者频繁使用，肯定是有可能触发GC的。所以，强烈建议在初始化或者变动的时候获取引用，并保存起来，直到不需要使用它们为止：
RigidBody _rigidbody;
Collider _collider;
AIControllerComponent _ai;
Animator _anim;
HealthComponent _health;

void Start(){
  _rigidbody = GetComponent<RigidBody>();
  _collider = GetComponent<Collider>();
  _ai = GetComponent<AIControllerComponent>();
  _anim = GetComponent<Animator>();
  _health = GetComponent<HealthComponent>();
}
void CheckDamage(){
  if(_health.health < 0){
_rigidbody.enable = false;
_collider.enable = false;
_ai.enable = false;
_anim.SetTrigger(&#34;death&#34;);
  }
}
共享计算输出

让多个对象共享计算结果，显然可以节省性能开销，当然，只有这些计算都生成相同的结果，才有效。这种情形通常比较容易发现，但是重构起来很困难，因此利用这种情况将非常依赖于实现方案。
这些情况包括：

从文件中读取数据
解析数据（XML、Json、Proto、Obj等）
在大列表或者深层的信息字典中查找对象
利用AI计算路径
复杂的数学轨迹
光线追踪等

每当你执行或计算一个昂贵的操作的时候，一定要考虑是否会从多个位置调用它，是否都会得到相同的结果。如果是这样，那么重构就是明智的，仅计算一次结果，然后将其发送给所有需要的对象，以最小化重新计算的量。最大成本也就是牺牲了一些代码的整洁性和传递值的消耗。
还有一种情况需要注意。大家通常很容易养成在基类里隐藏大型复杂函数的习惯，然后定义使用该函数的派生类，完全忘记了该函数的开销，因为我们很少会再次查看里面的代码。这种情况，可以使用UnityProfile来查看该函数的调用次数，如果这是一个性能问题，就马上优化吧。
Update、Coroutines和InvokeRepeating

另外一个很容易养成的习惯是在 Update() 函数中以超出需要的频率重复调用某段代码。例如：
void Update(){
  ProcessAI();
}
上面的例子在每一帧调用 ProcessAI() 这个方法，这可能是一个复杂的任务，如果这个方法占用了太多的帧率预算，且任务完成的频率低于没有明显缺陷的每一帧，那么提高性能的一个最好方法就是降低 ProcessAI() 的调用频率：
private float _delay = 0.2f;
private float _timer = 0;
void Update(){
  _timer += Time.deltaTime;
  if(_timer > _delay){
ProcessAI();
_timer = 0;
  }
}
这样每秒仅调用 ProcessAI() 方法5次，减少了Update的回调成本，虽然，除了真实调用 ProcessAI() 的时候，Unity都会调用一个“空的Update回调函数”。
我们还可以将其通过协同程序来实现，利用协程的延迟调用属性。协程，通常用于编写短事件序列的脚本，可以是一次性的，也可以是重复的。协程和线程不能混淆，线程是以并发的方式在完全不同的CPU内核上运行，而且多个线程可以同时运行。相反，协程以顺序的方式在主线程上运行，这样在任何时刻都只处理一个协程，每个协程通过yield语句决定何时暂停和继续。下面是协程的实现：
void Start(){
  <span class="n">StartCoroutine(ProcessAICoroutine());
}
IEnumerator ProcessAICoroutine(){
  while(true){
ProcessAI();
yield return new WaitForSceonds(_delay);
  }
}
这种写法的好处是，这个协程只调用指定的次数，在调用之前，它一直处于空闲的状态，从而减少对大多数帧的影响。
然而，这种方法也是有缺点的。
首先，与标准函数相比，启动协程会带来额外的开销成本（大概是标准函数的3倍），还会分配一堆内存，将当前的状态存储在内存中，直到下次调用。这种开销并不是一次性的，因为协程会经常不断的调用 yield，这会一次又一次的造成相同的开销成本，所以需要确保降低频率的好处（标准函数）大于此成本。
其次，一旦初始化，协程的运行是独立于 Update() 的，不管组件是否禁用，都将继续调用协程。如果执行大量的 GameObject 构建和析构操作，协程可能会变得很重，很笨拙。
再次，协程会在包含它的 GameObject 变成不活动的那一刻自动停止，不管出于什么原因（无论是它被设置为不活动的还是它的父节点被设置为不活动的）。如果 GameObject 又被重新激活，协程也不会自动重新启动。
最后，将方法转换为协程，看上去可以减少大部分帧中的性能损失，但如果方法中单次计算已经突破了帧率预算，无论怎么减少频率，都将超过预算。
在生成协程时，有几种可用的 yield 类型。WaitForSeconds 容易理解，但要注意，它并不是一个精准的计时器，所以当这个 yield 类型重复执行的时候，可能会存在少量的时间变化。
WaitForSecondsRealTime 与 WaitForSeconds的唯一区别是，它使用的是未缩放的时间。WaitForSeconds会受到Time.timeScale属性的影响，而WaitForSecondsRealTime则不会。所以在项目开发中，要注意选用的类型。
还有 WaitForEndOfFrame，它将在下一个Update结束时继续，还有WaitForFixedUpdate，它在下一个FixedUpdate结束时继续。在Unity5.3之后，还引入了WaitUntil和WaitWhile，在这两个函数中，提供了一个委托函数，协程会根据委托函数的返回（true或false）来暂停和继续。要注意的是，它们会在每个Update结束后进行判断，类似于WaitForEndOfFrame，所以得确保判断的工作执行起来不会太昂贵。
还有，协程总是在调用 yield，所以导致协程很难调试，因为他们不遵循正常的执行流程，在debug调用栈上也没有调用者。如果协程执行复杂的任务，和非常多的子系统进行交互，就会导致一些很难察觉的问题，因为你无法判断他们的触发时机和调用来源，当然，有时候很难重现。如果需要使用协程，最好让它的工作尽可能的简单，且独立于其他的系统。
事实上，如果只是想简单实现一个循环定时调用的功能，可以使用 InvokeRepeating() ，它的建立更简单，开销更小。下面是示例：
void Start(){
  InvokeRepeating(&#34;ProcessAI&#34;, 0, _delay);
}
InvokeRepeating 和协程的一个重要区别是，InvokeRepeating 完全独立于 MonoBehavior 和 GameObject的状态。停止调用InvokeRepeating的两种方法：第一种是调用 CancelInvoke() ，它停止由给定的 MonoBehavior 发起的所有 InvokeRepeating 回调（注意，不能单独停止某一个）；第二种是销毁关联的 MonoBehavior 或它的父GameObject。禁止 MonoBehavior 和 GameObject 都不会停止 InvokeRepeating() 。

Baste · 发表于 2022-11-18 07:57

Unity的InvokeRepeating尽量不要用，一来它是用字符串传递方法名的，效率很低，但可以用C#的nameof()表达式解决；二来它是用反射实现的，效率也很低。凡是想用InvokeRepeating的时候都尽量用协程来代替，或者在Update()里面用开关+计时器隔一段时间执行一次，效率也比它高。

Mecanim · 发表于 2022-11-18 08:06

嗯请先实际测一下

kyuskoj · 发表于 2022-11-18 08:07

携程开销大多数是来自new xxxx的对象，全局缓存

Ylisar · 发表于 2022-11-18 08:10

Invoke()效率是不是很低，在有很多个item上面都有Invoke()时会变得非常低下。

franciscochonge · 发表于 2022-11-18 08:12

[赞同]学习

闲鱼技术01 · 发表于 2022-11-18 08:14

“Update()里面用开关+计时器隔”什么意思？我用几十万个对象测试，空的Update()帧数都会下降30%。另外两个帧数都没有察觉到变化。

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