Unity性能优化-C#篇

1.Unity API

GameObject.GetComponent

Unity是基于组件的开发方式,所以GetComponent是一个高频使用的函数 每次调用GetComponent
时,Unity都要去遍历所有的组件来找到目标组件 每次都去查找是不必要的耗费,可以通过缓存的方式来避免这些不必要的开销 其中Transform是用到最多的组件,GameObject内部提供了一个.transform来获取此组件 然而经过测试(2017.2.1p1)发现缓存的效率依然是最高的 所以若要经常访问一个特定组件,将其缓存

private Transform m transform;
void Awake() {
    m transform = transform;
}

void Start () {
    // 缓存的m transform,耗时49ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        m transform.position = Vector3.one;
    
    // 内部属性transform,耗时77ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        transform.position = Vector3.one;
    
    // 采用GetComponent,耗时102ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        GetComponent<Transform>().position = Vector3.one;
}

GameObject.Find

GameObject.Find会遍历当前所有的GameObject来返回名字相符的对象 所以当游戏内对象很多时,这个
函数将很耗时
可以通过缓存的方法,在Start或Awake时缓存一次找到的对象,在后续使用中使用缓存的对象而非继续调
用GameObject.Find
或者采用GameObject.FindWithTag来寻找特定标签的对象 如果能在一开始就确定好对象,可以通过
Inspector注入的方式,将对象直接拖到Inspector中,从而避免了运行时的查找

Camera.main

Camera.main用来返回场景中的主相机,Unity内部是通过GameObject.FindWithTag来查找tag为
MainCamera的相机 当需要频繁访问主相机时,可以将其缓存以获得性能提升

private Camera m mainCamera;
void Awake() {
    m mainCamera = Camera.main;
}

void Start () {
    // 直接使用Camera.main,耗时164ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        Camera.main.transform.position = Vector3.zero;
    
    // 采用缓存,耗时74ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        m mainCamera.transform.position = Vector3.zero;
}

GameObject.tag

GameObject.tag常用来比较对象的tag,但是直接采用.tag ==来进行对比的话,每一帧会产生GC Alloc 通过GameObject.CompareTag来进行比较则可以避免掉这些GC,但是前提是比较的tag需在Tag Manager中定义

Transform.SetPositionAndRotation

每次调用Transform.SetPosition或Transform.SetRotation时,Unity都会通知一遍所有的子节点 当位置和角度信息都可以预先知道时,可以通过Transform.SetPositionAndRotation一次调用来同时设置位置和角度,从而避免两次调用导致的性能开销

Animator.Set…

Animator提供了一系列类似于SetTrigger,SetFloat等方法来控制动画状态机 例
如:m_animator.SetTrigger("Attack")是用来触发攻击动画 然而在这个函数内部,"Attack"字符串会被hash成一个整数 如果需要频繁触发攻击动画,可以通过Animator.StringToHash来提前进行hash,来避免每次的hash运算

// Hash once, use everywhere!
private static readonly int s Attack = Animator.StringToHash("Attack");
m animator.SetTrigger(s Attack);

Material.Set…

与Animator类似,Material也提供了一系列的设置方法用于改变Shader 例如:m_mat.SetFloat("Hue", 0.5f)
是用来设置材质的名为Hue的浮点数 同样可以通过Shader.PropertyToID来提前进行hash

private static readonly int s Hue = Shader.PropertyToID("Hue");
m mat.SetFloat(s Hue, 0.5f);

Vector Math

如果需要比较距离,而非计算距离,用SqrMagnitude来替代Magnitude可以避免一次耗时的开方运算 在进行向量乘法时,有一点需要注意的是乘法的顺序,因为向量乘比较耗时,所以应该尽可能的减少向量乘法运算

// 耗时:73ms
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    Vector3 c = 3 * Vector3.one * 2;

// 耗时:45ms
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    Vector3 c = 3 * 2 * Vector3.one;

可以看出上述的向量乘法的结果完全一致,但是却有显著的耗时差异,因为后者比前者少了一次向量乘法
所以,应该尽可能合并数字乘法,最后再进行向量乘

Coroutine

Coroutine是Unity用来实现异步调用的机制,如果对其不够了解可以参考对Unity中Coroutines的理解 当需要实现一些定时操作时,若在Update中每帧进行一次判断,假设帧率是60帧,需要定时1秒调用一次,则会导致59次无效的Update调用 用Coroutine则可以避免掉这些无效的调用,只需要yield return new
WaitForSeconds(1f);即可 当然这里的最佳实践还是用一个变量缓存一下new WaitForSeconds(1f),这样
省去了每次都new的开销

SendMessage

SendMessage用来调用MonoBehaviour的方法,然而其内部采用了反射的实现机制,时间开销异常大,需要
尽量避免使用 可以用事件机制来取代它

Debug.Log

输出Log是一件异常耗时,而且玩家感知不到的事情 所以应该在正式发布版本时,将其关闭 Unity的Log输出并不会在Release模式下被自动禁用掉,所以需要手动来禁用 可以在运行时用一行代码来禁用Log的输出:Debug.logger.logEnabled = false; 不过最好采用条件编译标签Conditional封装一层自己的Log输出,来直接避免掉Log输出的编译,还可以省去Log函数参数传递和调用的开销 具体参见:Unity3D研究院之在发布版本屏蔽Debug.log输出的Log

2.Csharp

反射

反射是一项异常耗时的操作,因为其需要大量的有效性验证而且无法被编译器优化 而且反射在iOS下还可能存在不能通过AOT的情况,所以应该尽量避免使用反射 可以自己建立一个字符串-类型的字典来代替反射,或者采用delegate的方式来避免反射

内存分配(栈和堆)

在C#中,内存分配有两种策略,一种是分配在栈StackStack上,另一种是分配在堆HeapHeap上 在栈上分配的对象都是拥有固定大小的类型,在栈上分配内存十分高效 在堆上分配的对象都是不能确定其大小的类型,由于其内存大小不固定,所以经常容易产生内存碎片,导致其内存分配相对于栈来说更为低效

值类型和引用类型

在C#中,数据可以分为两种类型:值类型ValueTypeValueType和引用类型ReferenceTypeReferenceType值类型包括所有数字类型,Bool,Char,Date,所有Struct类型和枚举类型 其类型的大小都是固定,它们都在栈上进行内存分配 引用类型包括字符串,所有类型的数组,所有Class以及Delegate,它们都在堆上进行内存分配

装箱

装箱Boxing指的是将值类型转换为引用类型,而拆箱UnBoxing的是将引用类型转换为值类型装箱和拆箱
存在着从栈到堆的互指以及堆内存的开辟,所以它们本质是一项非常耗时的操作,应该尽量避免之

垃圾回收

在堆上分配的内存,其实是由垃圾回收器(Garbage Collector)来负责回收的 垃圾回收算法异常耗时,因为它需要遍历所有的对象,然后找到没有引用的孤岛,将它们标记为「垃圾」,然后将其内存回收掉 频繁的垃圾回收不仅很耗时,还会导致内存碎片的产生,使得下一次的内存分配变得更加困难或者干脆无法分配有效内存,此时堆内存上限会往上翻一倍,而且无法回落,造成内存吃紧 所以应该极力避免GC Alloc,即需要控制堆内存的分配

字符串

字符串连接会导致GC Alloc,例如string gcalloc = "GC" + "Alloc"会导致"GC"变成垃圾,从而产生GC Alloc又比如:string c = string.Format("one is {0}", 1),也会因为一次装箱操作(数字1被装箱成字符串"1")而产生额外的GC Alloc 所以如果字符串连接是高频操作,应该尽量避免使用+来进行字符串连接 C#提供了
StringBuilder类来专门进行字符串的连接

IL2CPP

I2LCPP是Unity提供的将C#的IL码转换为C++代码的服务,由于转成了C++,所以其最后会转换成汇编语言,直接以机器语言的方式执行,而不需要跑在.NET虚拟机上,所以提高了性能 同时由于IL的反编译较为简单,转换成C++后,也会增加一定的反汇编难度 IL2CPP的C++代码虽然是自动生成的,但是其中间的某些过程也可以被人为操纵,从而达到提升性能的目的

Sealed修饰

在C#中,虚函数的调用会比直接调用开销更大,可以用sealed修饰符来修饰掉那些确保不会被继承的类或
函数

避免自动判空

在自动转换的C++代码中,IL2CPP默认会对所有Nullable的变量做判空 在某些非常确定参数不为空的场合,这种检测是不必要的 具体步骤是复制Il2CppSetOptionAttribute.cs文件到Assets目录下,然后在类或者函数定义上加一个修饰语句[Il2CppSetOption(Option.NullChecks, false)]即可以禁用整个类或者函数的判空检测

避免数组越界检测

同理,IL2CPP也会默认对所有数组的读写做越界检测,可以通过修饰语句
[Il2CppSetOption(Option.ArrayBoundsChecks, false)]来将其禁用

3.数据结构

容器类型

容器应该针对不同的使用场合进行选择,主要看使用场合哪种操作的频率较高 例如:

• 经常需要进行随机下标访问的场合,优先选择数组Array)或列表(List)
• 经常需要进行查找的场合,优先选择字典(Dictionary)
• 经常需要插入或删除的场合,优先选择链表(LinkedList)
• 还有一些特殊的数据结构,适用于特殊的使用场合 例如:
• 不能存在相同元素的,可以选择HashSet
• 需要后进先出的,用来优化递归函数调用的,可以选择Stack
• 需要先进先出的,可以选择Queue

对象池

对象池(Object Pool)可以避免频繁的对象生成和销毁 游戏对象的生成,首先需要开辟内存,其次还可能会引起GC Alloc,最后还可能会引发磁盘I/O 频繁的销毁对象会引发严重的内存碎片,使得堆内存的分配更加
困难
所以在有大量对象需要重复生成和销毁时,一定要采用对象池来缓存好创建的对象,等到它们无需使用时,不需要将其销毁,而是将其放入对象池中,可以免去下次的生成

public class ObjectPool<T> where T : new()
{
    private Stack<T> objs;
    
    public ObjectPool(){
        objs = new Stack<T>();
    }
    // 获取对象池里的对象
    public T GetObject(){
        T obj = objs.Count > 0 ? objs.Pop() : new T();
        return obj;
    }
    // 回收对象池里的对象
    public void ReturnObject(T obj){
        if (obj != null)
            objs.Push(obj);
    }
}

空间划分

在计算空间碰撞或者寻找最近邻居时,如果空间很庞大,需要参与计算的对象太多的情况下,用两层循环逐个遍历去计算的复杂度为平方级 可以借助于空间划分的数据结构来使复杂度降低到N*Log(N) 四叉树一般用来划分2D空间,八叉树一般用来划分3D空间,而KD树则是不限空间维度 具体参考:KD树的应用与优化

4.算法

循环

循环的使用非常常见,也非常容易成为性能热点 应该尽量避免在循环内进行耗时或无效操作,尤其是这个
循环在每帧的Update调用中时

void Update() {
    for (int i = 0; i < count; i++)
        if (condition)
            excuteFunc(i);
}

以上的循环遍历中,无论condition为真或者为假,循环都会执行count次,若condition为假,则相当于白跑了count次

void Update() {
    if (condition)
        for (int i = 0; i < count; i++)
            excuteFunc(i);
}

将判断条件提出循环外,则可以避免白跑了的问题

另一个需要注意的是小心多重循环的顺序问题,应该尽量把遍历次数较多的循环放在内层

void Start() {
    // 耗时:37ms
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        for (int j = 0; j < 2; j++)
            int k = i * j;
    // 耗时:13ms
    for (int i = 0; i < 2; i++)
        for (int j = 0; j < 1000000; j++)
            int k = i * j;
}

当内外层循环数有较多数量级上的差别时,将忙的循环放在内层性能更高,因为其避免了更多次内层循环
计数器初始化的调用

数学运算

开方运算,三角函数这些都是耗时的数学运算,应尽量避免之 如果只是单纯比较距离而不是计算距离的话,就可以用距离的平方来表示,可以节约掉一次耗时的开方运算
三角运算可以通过简单的向量运算来规避之,具体参考:向量运算在游戏开发中的应用和思考
又比如如果经常需要除一个常数,比如用万分位整数来表示小数需要经常除10000,可以改成乘0.0001f,可以规避掉较乘法更为耗时的除法运算 实际验算证明,现代的编译器会对此进行优化,所以没有必要为此牺牲可读性 很多时候还是要先测算再去写代码会比较好

缓存

缓存的本质就是用空间换时间 例如之前在Unity API中提到的很多耗时的函数,都可以用缓存来提升性能包括对象池,也是缓存技术的一种 针对于需要依赖复杂运算而且后续要经常用到值,可将其缓存起来,以避免后续的计算,从而获取性能提升

原地址：[Unity性能优化-C#篇-作者：KIPKIPS]