【為什么使用對象池】

游戲制作避免不了做游戲優(yōu)化，讓游戲達到60分容易，但從60分到90分就是一個漫長的優(yōu)化路程，因此提前接觸到優(yōu)化的知識在游戲開發(fā)設計的時候就能規(guī)避很多坑點（說是接觸而不是開展優(yōu)化是因為項目初期功能不明確，做太多優(yōu)化的功能其實是沒有意義的）。

例如游戲中會經(jīng)常用到很多個相同類型的物體，比如子彈特效，比如一個UI的背包。如果每次要用的時候都去創(chuàng)建用完就刪除掉，會造成頻繁的資源回收（GC），部分游戲玩著玩著就卡頓就源于此。

對象池是一種設計模式，是一種游戲經(jīng)常用到的腳本類型，了解對象池對游戲性能優(yōu)化非常有幫助。

【對象池初識】

對象池的核心思想是：預先初始化一組可重用的實體，而不是按需銷毀然后重建

就像做游戲一樣的，我們先做一個對象池原型的實現(xiàn)具體功能。

比如說一個界面：

，

界面的Item是隨著游戲進程增加而增加的。

我們利用對象池的核心思想就是“當我們第一次實例化好多個Item物體后，下一次打開如果界面更新就沒必要再創(chuàng)建第二次重復的資源物體了”，因此如果這個界面關(guān)閉的時候應該把資源臨時存放在一個“池”里面。

像這樣：

/*資源保存在“池”中，外部表現(xiàn)無非是Item物體修改了父物體，然后關(guān)閉激活，這是非常簡單的操作*/

當再打開界面的時候，因為池中有資源，所以就跳過了讀取資源實例化的步驟（資源加載和實例化是最消耗性能的）。

/*這里有必要強調(diào)的是，我們沒必要單獨去做第一次對象池的實例化，我們只需要知道，這個物體是重復的，所以這個物體我們都在對象池中去取。而對象池也只關(guān)注，當別人調(diào)用了我的創(chuàng)建實例函數(shù)，我必須返回給它一個創(chuàng)建好的物體，而池子里面有沒有資源讓對象池自己判斷，如果沒有則創(chuàng)建，如果有則直接拿出來給它，這種設計方法叫做空池觸發(fā)*/

以下是我們做空池觸發(fā)的對象池腳本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class ObjectsPool : MonoBehaviour {

  [SerializeField]
   private GameObject _prefab;

   private Queue<GameObject> _pooledInstanceQueue = new Queue<GameObject>();

   public GameObject GetInstance()
   {
       if (_pooledInstanceQueue.Count>0)
       {
           GameObject instanceToReuse = _pooledInstanceQueue.Dequeue();
           instanceToReuse.SetActive(true);
           return instanceToReuse;
       }

       return Instantiate(_prefab);
   }

   public void ReturnInstance(GameObject gameObjectToPool)
   {
       _pooledInstanceQueue.Enqueue(gameObjectToPool);
       gameObjectToPool.SetActive(false);
       gameObjectToPool.transform.SetParent(gameObject.transform);
   }
}

腳本解析：

_prefab：我們要加載和實例化的資源對象

_pooledInstanceQueue ：對象池存儲的實質(zhì)，利用隊列思想來存取物體
GetInstance():得到對象函數(shù)，內(nèi)部判斷當前隊列數(shù)量是否為0（是否空池），如果空池則創(chuàng)建資源，否則從池子中取得對象返回。取的對象后，對象池不會在對該對象處理，因此是移除了隊列。
ReturnInstance():返回對象函數(shù)，對象池有進有出，當外部功能用完資源后，通過該函數(shù)重新讓資源入池。這里處理了讓對象重新進入隊列，同時關(guān)閉物體激活和設置父物體。

然后我們做一個測試腳本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class TestScript : MonoBehaviour {

   public GameObject Tran_Content;

   public ObjectsPool mPool;

   private List<GameObject> itemList = new List<GameObject>();

   public void OnEnable()
   {
       for (int i = 0; i < 8; i++)
       {
           var obj = mPool.GetInstance();
           obj.transform.SetParent(Tran_Content.transform);
           itemList.Add(obj);
       }
   }


   public void OnDisable()
   {
       for (int i = 0; i < itemList.Count; i++)
       {
           mPool.ReturnInstance(itemList[i]);
       }
   }
}

這個測試腳本有一個問題，以下的內(nèi)容會看到。

當前效果：

【一些基礎規(guī)范】

做完基礎原型后，先普及一些概念。很多知識點都來自http://www.infoq.com/cn/news/2015/07/ClojureWerkz，這里我提取一些方便大家理解。

兩種基本的對象池回收模式

“借用（borrowing）”和引用計數(shù)。前者更清晰，而后者則意味著要實現(xiàn)自動回收。
借用模式：和我們剛才做的UI功能相似，將對象從對象池中借用出來，對象不在和對象池有任何關(guān)系，之后由消費者返回對象池。借用和返回都由消費者來實現(xiàn)。
引用計數(shù)模式：引用計數(shù)用于同時有多個消費者訪問已分配對象的情況，只有當所有的消費者都釋放了對象引用時，對象才可以被回收。這個模式可以用Unity的內(nèi)存池舉例，Unity內(nèi)存存放了游戲資源，但是有部分資源如果沒有被當前游戲的功能塊引用，則會在某段時間自動清理掉該部分內(nèi)存。而判斷是否被引用的方法是通過給每一個內(nèi)存資源加一個引用計數(shù)，當沒有對象用到該資源時（計數(shù)為0）即開始釋放資源， Unity中的 Resources.UnloadUnusedAssets()接口可以主動調(diào)用釋放無用的資源。

分配觸發(fā)方式：

空池觸發(fā)：任何時候，只要池空了，就分配對象。這是一種最簡單的方式。
水位線：空池觸發(fā)的缺點是，某次對象請求會因為執(zhí)行對象分配而中斷。為了避免這種情況，可以使用水位線觸發(fā)。當從池中請求新對象時，檢查池中可用對象的數(shù)量。如果可用對象小于某個閾值，就觸發(fā)分配過程。
Lease/Return速度：大多數(shù)時候，水位線觸發(fā)已經(jīng)足夠，但有時候可能會需要更高的精度。在這種情況下，可以使用lease和return速度。例如，如果池中有100個對象，每秒有20個對象被取走，但只有10個對象返回，那么9秒后池就空了。開發(fā)者可以使用這種信息，提前做好對象分配計劃。

常常有游戲在加載進度條時，給對象池注入水位線，比如提前存入10個模型的資源，在加載進入戰(zhàn)斗的時候就可以流暢的全部加載出來。這種觸發(fā)方式就像緩存作用，可以把游戲中用到的資源提前緩存準備好，避免游戲運行中動態(tài)加載。

避免問題的規(guī)范：

引用混亂：對象在系統(tǒng)中某個地方注冊了，但沒有返回到池中。
過早回收：消費者已經(jīng)決定將對象返還給對象池，但仍然持有它的引用，并試圖執(zhí)行寫或讀操作，這時會出現(xiàn)這種情況。
隱式回收：當使用引用計數(shù)時可能會出現(xiàn)這種情況。
大小錯誤：這種情況在使用字節(jié)緩沖區(qū)和數(shù)組時非常常見：對象應該有不同的大小，而且是以定制的方式構(gòu)造，但返回對象池后卻作為通用對象重用。
重復下單：這是引用泄露的一個變種，存在多路復用時特別容易發(fā)生：一個對象被分配到多個地方，但其中一個地方釋放了該對象。
就地修改：對象不可變是最好的，但如果不具備那樣做的條件，就可能在讀取對象內(nèi)容時遇到內(nèi)容被修改的問題。
縮小對象池：當池中有大量的未使用對象時，要縮小對象池。
對象重新初始化：確保每次從池中取得的對象不含有上次使用時留下的臟字段。

我們剛才的UI測試腳本就犯了回收的錯誤。 我們將對象池的對象臨時存儲在了itemList 中，方便界面關(guān)閉的時候?qū)ο蠡厥铡５俏覀兓厥胀戤厡ο蠛蟛]有將itemList 清理。這樣就會造成對象池中的對象在外部仍然能夠獲取到，這樣沒法安全的清理對象池回收內(nèi)存，同時如果我們加入界面數(shù)據(jù)后，對象的不正確存儲會造成功能問題。

【進階功能】

剛才我們所做的對象池只能存儲一種對象，現(xiàn)在我們要擴展功能，讓對象池能存儲多種對象。

思路：

將Queue<GameObject>轉(zhuǎn)換成Dictionary<string, Queue<GameObject>>處理做為存儲對象功能，同時我們需要讓對象池能識別不同的對象，因此加入Dictionary<GameObject, string>類型的變量存儲物體的Tag。

代碼如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class NewObjectPool : MonoBehaviour {

   private GameObject CachePanel;

   private Dictionary<string, Queue<GameObject>> m_Pool = new Dictionary<string, Queue<GameObject>>();

   private Dictionary<GameObject, string> m_GoTag = new Dictionary<GameObject, string>();


   /// <summary>
   /// 清空緩存池，釋放所有引用
   /// </summary>
   public void ClearCachePool()
   {
       m_Pool.Clear();
       m_GoTag.Clear();
   }

   /// <summary>
   /// 回收GameObject
   /// </summary>
   public void ReturnCacheGameObejct(GameObject go)
   {
       if (CachePanel == null)
       {
           CachePanel = new GameObject();
           CachePanel.name = "CachePanel";
           GameObject.DontDestroyOnLoad(CachePanel);
       }

       if (go == null)
       {
           return;
       }

       go.transform.parent = CachePanel.transform;
       go.SetActive(false);

       if (m_GoTag.ContainsKey(go))
       {
           string tag = m_GoTag[go];
           RemoveOutMark(go);

           if (!m_Pool.ContainsKey(tag))
           {
               m_Pool[tag] = new Queue<GameObject>();
           }

           m_Pool[tag].Enqueue(go);
       }
   }

   /// <summary>
   /// 請求GameObject
   /// </summary>
   public GameObject RequestCacheGameObejct(GameObject prefab)
   {
       string tag = prefab.GetInstanceID().ToString();
       GameObject go = GetFromPool(tag);
       if (go == null)
       {
           go = GameObject.Instantiate<GameObject>(prefab);
           go.name = prefab.name + Time.time;
       }


       MarkAsOut(go, tag);
       return go;
   }


   private GameObject GetFromPool(string tag)
   {
       if (m_Pool.ContainsKey(tag) && m_Pool[tag].Count > 0)
       {
           GameObject obj = m_Pool[tag].Dequeue();
           obj.SetActive(true);
           return obj;
       }
       else
       {
           return null;
       }
   }


   private void MarkAsOut(GameObject go, string tag)
   {
       m_GoTag.Add(go, tag);
   }

   private void RemoveOutMark(GameObject go)
   {
       if (m_GoTag.ContainsKey(go))
       {
           m_GoTag.Remove(go);
       }
       else
       {
           Debug.LogError("remove out mark error, gameObject has not been marked");
       }
   }

}

腳本解析：

m_GoTag ：相比第一版對象池我們增加了這個變量，這里利用對象的InstanceID是唯一的，讓InstanceID作為標記。
RequestCacheGameObejct(GameObject prefab)：這里增加傳入prefab，因為對象池需要能存儲多個對象，對象池通過外部傳入的資源對象來判斷。函數(shù)內(nèi)部增加對取出的物體標記的功能。
MarkAsOut(GameObject go, string tag)和RemoveOutMark(GameObject go)：將取出的資源添加標記，避免返回的資源不是從對象池創(chuàng)建的資源，返回對象池后資源去除標記。
ReturnCacheGameObejct(GameObject go)：增加判定返回對象的功能。

【總結(jié)】

對象池算是游戲優(yōu)化必定會用到的設計模式，網(wǎng)上對對象池有很多的資源，但是針對游戲行業(yè)的比較少，要么太過復雜，要么太過偏門。其實總的來說對象池并不難，是一個花一點時間就能掌握的技巧。當你使用對象池來做功能優(yōu)化的時候，你會開始逐漸脫離引擎寫代碼，這是程序進階的必經(jīng)之路。

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