游戏开发58课性能优化

XGundam05 · 发表于 2023-1-11 21:56

6. 卡顿优化

相信很多研发者或玩家，都遇到这种情况：游戏大部时间运行都很流畅，但在战斗的某些时刻或者打开某些界面会卡一下，甚至卡很久。这个现象就是卡顿。引发卡顿的原因有很多，但主要有：

突发大量IO。
短时大量内存操作。
渲染物体突然暴涨。
触发GC。
加载资源量多的场景或界面。
触发过多过复杂的逻辑。

避免或者缓解卡顿的技法也是围绕以上原因展开。
6.1 降帧法

跟3.3的方法类似，通过强制降低更新频率，减缓卡顿的时间。
6.2 摊帧法

摊帧法就是本来需要在同一帧处理的逻辑分为若干份，分摊到若干帧去处理，从而缓解同一帧的处理时间，减缓卡顿现象。例如，本来在同一帧需要创建10个小兵，这个很可能会引发卡顿，那么可以每帧只创建2个，分摊到5帧创建完。适用此法的还有资源的加载，AI的更新，物理的更新，耗时逻辑的处理等等。此外，还可以用预处理（3.2），主次法（3.4）来避免卡顿。
6.3 限制数量法

如果降帧法，摊帧法，预处理，主次法都无法解决现象，卡顿原因又刚好是因为物体数量过多，那么限制数量就非常有必要了。做法就非常简单，当场景内创建某种物体（角色，特效，血条等）的数量到底最大值时，便强制不再创建。此法可能会引起逻辑的一些错误和不好的游戏体验，需谨慎使用和处理。
6.4 逻辑优化

如果卡顿是逻辑过于复杂引起的，就需要针对性地优化逻辑。每个项目的逻辑不一样，这里无法给出具体的优化措施。
6.5 IO优化

因IO慢引起主线程等待，从而导致游戏卡顿的现象非常普遍，下面有一些常用的优化技法。
6.5.1 预加载

将耗时的IO提前到某个时刻（游戏启动时，场景加载时，进入主界面时等）加载，比如有些角色资源大，可以在加载战斗场景时提前加载，以免战斗过程中卡顿。
6.5.2 异步加载

将IO异步化，以避免卡主线程。此技法应用非常普遍了，不再累述。
6.5.3 压缩资源

将本来零散的文件压缩成单个文件，或者对大文件利用一定算法（如哈夫曼编码）压缩，减少文件大小。这样也可以降低IO时间。当然，压缩资源也有副作用，需占用多一份内存，解压缩过程也要耗费额外的CPU。
6.5.4 多级缓存

我们都知道CPU的频率是最高的，目前家用PC的主频可达3.2GHz甚至更高，CPU内有L1L3缓存，它们速度略有差别；内存的存取速度远低于CPU，一般是23GHz，约是CPU的1/10。硬盘存取速度又远低于内存，普遍是0.1Gb/s，远低于内存读取速度。而网络更慢，目前即便是光纤，也不过0.02Gb/s。通常我们能操控的是内存/磁盘和网络的数据，所以只要关注它们的速度，它们的速度关系大致如下图。

所以，多级缓存策略应运而生。做法跟缓存法类似，只是多了层磁盘缓存，实现伪代码：
map<string, ObjectType> _memoryCache; ObjectType CreateObject(string objectPath) { // 1. 先尝试从内存缓存中读取，有就直接返回。 if (_memoryCache.count(objectPath) > 0) { return _memoryCache[objectPath]; } ObjectType obj = NULL; // 2. 再尝试从磁盘加载。 if (FileExisted(objectPath)) { obj = LoadObjectFromFile(objectPath); _memoryCache[objectPath] = obj; return obj; } // 3. 最后才从网络下载 DownloadObjectFromNet(objectPath); obj = LoadObjectFromFile(objectPath); _memoryCache[objectPath] = obj; return obj; }

6.5.5 控制Log

游戏的Log通常会隔一段时间存档，如果逻辑处理不好，很可能引发卡顿。比如，每帧输出大量调试log，会引发频繁存档。游戏Z在早期，也曾发生卡顿现象，后来经Profiler分析发现是Log存档引发的。所以，有必要对Log做出一些优化。常见的优化方法：

避免帧更新输出Log。防止Log数据迅速膨胀引起频繁存档或增加存档时间。
改进Log存档机制。可以适当改进Log存档机制，比如每隔多少时间存档一次，或者Log数据到达一定量级触发。
建立Log等级。可以将Log分为Info，Warning，Error几个级别，不重要的log不存档。
异步存档。将存档Log的逻辑防止单独的线程，防止卡主线程。
避免无用的log。这就要在逻辑层控制log输出，避免无效的log。

6.5.6 JSON代替XML

游戏数据存储一般有两种：二进制和文本格式。二进制格式数据量最小，但可读性和扩展性差，适合存储模型/纹理/字体/音频等数据。文本格式的特点跟二进制刚好相反，适合存储配置信息。最常见的文本格式有JSON和XML两种，其中JSON对比XML有诸多优点：

数据量少。表达同样的数据，JSON格式可以比XML少40%（见下）。

<?xml version=&#34;1.0&#34; encoding=&#34;utf-8&#34; ?> <country> <name>中国</name> <province> <name>福建</name> <citys> <city>福州</city> <city>南平</city> </citys> 　　 </province> <province> <name>广东</name> <citys> <city>广州</city> <city>深圳</city> <city>梅州</city> </citys> 　　 </province> </country> { name: &#34;中国&#34;, provinces: [ 　　{ name: &#34;福建&#34;, citys: { city: [&#34;福州&#34;, &#34;南平&#34;]} }, 　　{ name: &#34;广东&#34;, citys: { city: [&#34;广州&#34;, &#34;深圳&#34;, &#34;梅州&#34;]} } ] }

可读性更佳。上面两段分别是XML和JSON表达相同的数据，谁可读性更佳一目了然。
更快的解析。JSON因为数据量更小，IO也会更快，解析速度当然也更快。

每个游戏都有大量逻辑数据需要存档，比如角色信息，技能信息，场景信息，配置信息等等。这些数据如果适合用文本格式存储，首选JSON无疑。
6.6 使用进度条

如果上面那些章节都无法解决卡顿现象，可以尝试使用进度条。思路是将卡顿逻辑抽离出来，分成若干阶段（step），每完成一个step，给一帧时间刷新UI进度条。当然也可以用异步方式实现。伪代码：
HandleStep1(); RefreshProgressBar(1 / n); WaitForNextFrame(); HandleStep2(); RefreshProgressBar(2 / n); WaitForNextFrame(); ... HandleStepN(); RefreshProgressBar(1); WaitForNextFrame();

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