Unity中的GC优化

Unity 的 Mono 引擎等运行时系统会自动管理内存，不仅书写方便而且大大降低了内存泄漏的可能性（即分配了内存但后续从未释放的情况），不过要使用得当，否则会导致不必要的频繁触发垃圾回收器并在执行中引起暂停。

优化案例1：重复的字符串连接

string str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
  str += "," + i;
}
Debug.Log(str);

上面这段代码看上去没问题，但可能成为垃圾回收的噩梦。每次循环时，str 变量的先前内容变为死亡状态：分配的整个新字符串将包含原始部分加上末尾的新部分。由于字符串随着 i 值的增加而变长，因此消耗的堆空间量也会增加，所以每次调用此函数时都很容易用掉数百个字节的空闲堆空间。如果需要将大量字符串连接在一起，StringBuilder 是更好的选择。上面的算法可以优化为：

StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
  stringBuilder.Append(",");
  stringBuilder.Append(i);
}

Debug.Log(stringBuilder.ToString());

我们可以借助Unity的Profiler对比结果：发现GC减少了一半。

优化案例2：字符串频繁连接

有些小伙伴喜欢在Unity的Update函数中处理逻辑，比如：

void Update() {
        string scoreText = "Score: " + score.ToString();
        scoreBoard.text = scoreText;
    }

这样写在每次调用 Update 时都会分配新的字符串，并生成源源不断的垃圾。可以优化为仅在score值发生变化的时候更新 text。

优化案例3：函数返回数组值

public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    float[] RandomList(int numElements) {
        var result = new float[numElements];
        
        for (int i = 0; i < numElements; i++) {
            result[i] = Random.value;
        }
        
        return result;
    }
}

在新建包含值的数组时，这种类型的函数非常从容和方便。但是，如果重复调用这种函数，则每次都会分配全新的内存。由于数组可能非常大，因此空闲堆空间可能会迅速耗尽，导致频繁进行垃圾收集。避免此问题的一种方法是利用数组为引用类型这一特点。作为参数传入该函数的数组可在该函数内予以修改，且结果在函数返回后仍然保留。像上面这样的函数通常可替换为如下所示的函数：

public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    void RandomList(float[] arrayToFill) {
        for (int i = 0; i < arrayToFill.Length; i++) {
            arrayToFill[i] = Random.value;
        }
    }
}

优化案例4：对象的重复使用

在许多情况下，通过减少创建和销毁的对象数量即可避免生成垃圾。游戏中存在某些类型的对象，例如飞弹，TableView的Cell等，这些对象可能会多次反复遇到，但是只有少数对象会同时处于游戏中。在这种情况下，通常可以重用对象，而不是销毁旧对象并替换为新对象。

优化案例5：减少Debug.Log的使用

移除游戏中的Debug.Log()函数的代码，尽管该函数可能输出为空，对该函数的调用依然会执行，该函数会创建至少一个字符（空字符）的字符串。如果游戏中有大量的该函数的调用，这会造成内存垃圾的增加。在游戏上线时我们可以禁用日志：

Debug.unityLogger.logEnabled = false;

优化案例6：Unity函数调用

调用GameObject.name 或者 GameObject.tag也会造成预想不到的堆内存分配，这两个函数都会将结果存为新的字符串返回，这就会造成不必要的内存垃圾，对结果进行缓存是一种有效的办法，但是在Unity中都对应的有相关的函数来替代。对于比较gameObject的tag，可以采用GameObject.CompareTag()来替代。

bool isPlayer = other.gameObject.CompareTag(playerTag);

不只是GameObject.CompareTag，Unity中许多其他的函数也可以避免内存垃圾的生成。比如我们可以用Input.GetTouch()和Input.touchCount()来代替Input.touches，或者用Physics.SphereCastNonAlloc()来代替Physics.SphereCastAll()。

优化案例7：装箱操作

装箱操作是指一个值类型变量被用作引用类型变量时候的内部变换过程，如果我们向带有对象类型参数的函数传入值类型，这就会触发装箱操作。比如String.Format()函数需要传入字符串和对象类型参数，如果传入字符串和int类型数据，就会触发装箱操作。如下面代码所示：

void ExampleFunction()
{
    int cost = 5;
    string displayString = String.Format("Price:{0} gold",cost);
}

在Unity的装箱操作中，对于值类型会在堆内存上分配一个System.Object类型的引用来封装该值类型变量，其对应的缓存就会产生内存垃圾。装箱操作是非常普遍的一种产生内存垃圾的行为，即使代码中没有直接的对变量进行装箱操作，在插件或者其他的函数中也有可能会产生。最好的解决办法是尽可能避免或者移除造成装箱操作的代码。

优化案例8：主动GC

Unity允许开发者禁用垃圾回收和请求垃圾回收，不过都需要根据情况谨慎处理。
//请求垃圾回收

System.GC.Collect();

优化案例9：增量垃圾收集

增量式垃圾收集将垃圾收集过程分散到多个帧中。
增量式垃圾收集是 Unity 使用的默认垃圾收集方法。Unity 仍然使用 Boehm–Demers–Weiser 垃圾收集器，但是以增量模式运行。Unity 不会在每次运行时进行完整的垃圾收集，而是将垃圾收集工作负载拆分到多个帧中。这意味着，不必单次长时间中断程序的执行来让垃圾收集器完成工作，Unity 会进行多次短时间的中断。虽然这不能整体上加快垃圾收集速度，但将工作负载分布到多个帧可以极大减少垃圾收集“尖峰”破坏应用程序流畅性的问题。

环境：
Unity：2020.3.12f