Unity性能优化技巧

最近看了B站Uinty官方有关性能优化技巧的视频，自己做一些整理。

视频链接：

Unite Now - （中文字幕）性能优化技巧（上）

Unite Now - （中文字幕）性能优化技巧（下）

堆栈（Stack）和堆积（Heap）

我们先来看下Unity内存中重要的两部分，堆栈和堆积，因为只有了解了它们，我们才能知道应该如何优化内存，提高性能。

堆栈：

堆栈是内存中存储函数和值类型的地方。

例如我们调用一个函数A，会将这个函数体与函数收到的参数放入到堆栈中，若在函数A中调用函数B，同样会把函数B存放到堆栈中。当函数B运行结束，会将其从堆栈中移除，然后当A运行结束，把A从堆栈中移除。

因此我们在看Debug信息的时候，就会发现Log里面能够做到一层层的方法回溯，方便我们查看整体的调用过程，这也就是堆栈回溯。

由于是堆栈的结构，因此不会遇到碎片化或是垃圾收集（GC）的问题。但是可能会碰见堆栈溢出的问题，比如调用了太多的函数导致一直push东西进堆栈，占据越来越多的内存空间，导致堆栈溢出。

堆积：

堆积是内存中另一个区域，要比堆栈大，我们将所有的引用类型存放在这。通常我们每创建一个新的对象，会在堆积中找到下一个足够存放的空位置，将其存储。但是当我们销毁对象后，内存空间不会马上释放出来，而是标记成未使用，之后垃圾收集器会释放这部分空间。

对象实例化和摧毁的过程其实很慢，所以我们要尽可能地避免在堆积中配置内存的行为。如果我们需要的内存比之前已经配置好的还多，在放不下的情况下，堆积会膨胀，并且每次都增长两倍，且不会再缩回去，过大的堆积就会影响到我们游戏的性能。当我们在堆积中释放了一些占用空间小的对象，而后添加一些占用空间大的对象时，由于前面释放的空间不足以存放下，就会导致这些空间空出来，使得内存的使用情况就变得断断续续起来，这也就是内存的碎片化，同样降低我们的游戏性能。

垃圾收集（GC）的原理：每一次GC，都会遍历堆积上所有的对象，找到需要释放的东西，然后将其释放。

假如游戏玩到一半，GC必须要释放数十或数百个游戏对象的内存，那么这会对你的游戏过程造成一个负载峰值，我们要避免这样的负载峰值。

编程过程中的一些优化建议

1.选择合适的数据结构

数据结构，也就是Array，List和Dictionary等，例如在Array或List中使用索引的成本很低，那么就适合要经常通过索引读取的情况。而要频繁增加和移除对象时，使用Dictionary是最合适的。

2.对象池

在游戏程序中，创建和销毁对象事很常见的操作，通常会通过 Instantiate 和 Destroy 方法来实现，如果频繁的进行这些操作，GC的时候会导致负载很重，因为会有大量的已摧毁对象的存在，不仅会造成CPU的负载峰值，还可能导致堆积碎片化。因此我们可以使用对象池来处理这类问题。

使用对象池时需要注意，要决定对象池的大小，以及一开始要产生多少数量的对象在池中。因为如果你需要的对象数量多过池中现有的，就必须将对象池变大，扩的太大可能造成浪费，扩的小可能又造成频繁的添加。

3.Scriptable Objects

假设我们有一个控制敌人的组件，名叫Enemy，代码如下：

public class Enemy : MonoBehaviour
{
    public float maxSpeed;
    public float attackRadius;
}

这个组件挂载在每个敌人身上，但是其中这两个浮点数（maxSpeed 和 attachRadius）的数值都是不变的。那么当场景中存在很多的敌人时，每次生成敌人的时候，这些数据就会重复一份。

所以即使所有数据都一样，这两个浮点数还是重复的出现在有此脚本的对象上。所以建议改用Scriptable Objects，这样就只会耗费一组这样数据的内存，代码如下：

public class EnemyConfiguration : ScriptableObject
{
    public float maxSpeed;
    public float attackRadius;
}
public class Enemy : MonoBehaviour
{
    public EnemyConfiguration enemyConfiguration;
}

4.变量or属性

通常我们为了封装安全性，开发时会选择使用属性（getter/setter），而属性本质上是函数的调用，前面提到调用函数时，会在堆栈上分配内存，因此调用属性也是如此。当调用多次时，花费在堆栈中的时间就会增加。当然了，一般来说问题不大，但是如果在使用频繁的循环体中使用属性，可能就需要针对性的优化。

我们可以通过宏命令进行处理，例如在开发时使用属性，发布版本时使用变量，如下：

#if DELELOPMENT_BUILD
    int m_health;
    public int health { get => m_health; }
#else
    public int health;
#endif

5.Resources目录

当项目被构建时，所有名为Resources的文件夹中的所有Asset和Object都会合并到同一个序列化文件中。这个序列化文件中还含有元数据（Metadata）和索引（Indexing）信息。同时加载Resources文件这一操作无法跳过，它会在应用程序启动显示不可交互的启动画面（Splash Screen）时执行，即使里面很多资源我们此时都没有用到，这就会直接影响游戏的启动时间，同时也会占用很大的内存。

所以建议直接弃用Resources，使用AssetBundle，以更有效的方式管理资源的载入和卸载。（也可以试试Addressable资源系统）

6.删除空的Unity事件

Monobehaviour中的Start，Update这些方法即使是空的，也会带来些微的性能消耗，因此若为空，就删除它们。

7.避免在Awake和Start中添加大量的逻辑

这对游戏启动很重要，Unity会在Awake和Start方法执行后渲染第一个画面，某些情况可能会导致启动画面或是载入画面需要花更长的时间渲染，因为你必须等每个游戏对象都完成Awake和Start的执行。（游戏启动时，黑屏太久，可能会被退审）

8.缓存一些Hash值

在我们想要在运行时修改动画或者材质的时候，可以使用下面方法来实现

animator.SetTrigger("Idle");
material.SetColor("Color", Color.white);

这类方法往往也可以通过索引来作为参数，使用字符串只是能显示的更加直观，但是当我们传递字符串时，程序内部会进行一些处理，频繁调用的话可能就会造成性能的消耗。因此我们可以先找到对应的索引，并将其缓存起来，供后续使用，如下：

int idleHash = Animator.StringToHash("Idle");
animator.SetTrigger(idleHash);
int colorId = Shader.PropertyToID("Color");
material.SetColor(colorId, Color.white);

9.层次结构

某些情况下，场景中的物体可能有很深的嵌套结构，当我们对父节点的GameObject进行坐标转换时，就会产生OnTransformChanged事件，这消息会传递给该GameObject下所有子对象，即使这些对象没有任何渲染组件（也就是我们看不见任何变化），造成一些不必要的转换运算，包括平移，旋转和缩放。

此外，较深的结构也会导致在GC时，花费更多的时间在层级结构间遍历。

10.Accelerometer Frequency

这个设置在Project Settings->Player->IOS->Other Settings中，这个功能定义Unity从设备读取加速度仪信息的频率，在不需要加速仪的游戏中，将它启动或设置了高于需求的频率，会影响性能表现。因为读取硬件设备信息，会增加CPU的处理时间。

11.移动物体

Unity中有许多移动游戏对象的方法，例如 transform.Translate，如果对象需要碰撞判定，我们则会添加刚体和碰撞体，如果还是使用 transform.Translate 方法，会造成PhysX物理引擎整体重新计算，对于复杂的场景，成本可能很高。因此若要移动带有刚体的对象，使用rigidBody.MovePosition，并且要在FixedUpdate方法中执行。

建议使用transform.Translate就在Update中执行，使用rigidBody.MovePosition或AddForce方法在FixedUpdate中执行。

12.添加组件

在运行时调用AddComponent其实很没效率，尤其在一帧中多次启用这类调用。

当我们添加一个组件的时候，Unity会做下列操作：

先看组件有没有DisallowMultipleComponent的设置，如果有，就要去检查是否有同类型的组件已加入
然后检查RequireComponent设置是否存在，如果设置了，就代表这个组件需要别的组件同步加入（重复做添加组件的操作）
最后调用所有被加入的MonoBehaviour的Awake方法

上述这些步骤都发生在堆积上，所以可能会影响性能和增加GC的处理时间。

13.缓存引用对象（与第8条类似）

例如我们常常会在游戏运行的时候去查找一些对象，GameObject.Find与其他所有关联的方法，需要遍历所有内存中的游戏对象以及组件，因此在复杂场景中，效率会很低。GameObject.GetComponent，会查询所有附加到GameObject上的组件，组件越多，GetComponent的成本就越高。若使用的是GetComponentInChildren，随着查询变复杂，成本会更高。

因此不要多次查询相同的对象或组件，而且查询一次后将其缓存起来，方便后续的使用。

资源导入的一些优化建议

例如下图中左右两边使用的都是相同的模型与贴图，但是最终所占的磁盘大小却差了很多，就是因为一些设置导致的。

有关纹理导入设置的建议：

1.根据平台不同，纹理的 Max Size 设成该平台最小值

2.纹理的大小为2的幂次方（POT），因为有些压缩格式可能不支持非2的幂次方的。

3.尽量将多张纹理合并成为大图

4.对于不透明纹理，关闭其 alpha 通道

5.除非你必须从代码来访问纹理的底层数据，否则关闭 Read/Write Enabled 选项，减少内存使用

6.选择合适的Format，可减少占用的空间

7.例如UI元素这类相对于相机Z轴的值不会有任何变化的纹理，关闭Generate Mip Map选项

Mesh的导入设置建议：

1.试着用高比率的Mesh压缩，来减少磁盘容量。注意：运行时的内存不受这项设置影响

2.尽量关闭 Read/Write Enabled 选项，若开启，Unity会存储两份Mesh，导致运行时的内存用量变成两倍。

3.如果没有使用动画，请关闭Rig，例如房子，石头这些

4.如果没有用到 Blendshapes，也关闭

5.如果Material没有用到法向量和切线信息，关闭可以减少额外信息。

图像（Graphics）的一些优化建议

基本上当Unity渲染游戏图像时，会调用 draw call 来对GPU下指令，让场景能成功渲染。对象，材质和纹理越多，处理起来需要的时间也越多。所以过多的drawcall就会影响游戏的优化，这对于瓶颈在GPU上的游戏影响特别大，也就是我们的游戏已经给GPU太大的压力了。

使用批处理：

我们可以使用批处理来尽量减少drawcall，使用批处理需要满足一些情况，例如，要批处理的对象必须引用一样的材质，并使用相同的纹理（纹理合并在这就很重要），但是使用的模型可以不一样。

动态批处理：可以减少对于移动对象的drawcall。只能用于少于900个顶点信息的情况，包含坐标、法线、uv0、uv1、切线。动态批处理每帧评估一次，由CPU负责。

静态批处理：即对开启 static 标记的对象做批处理，在构建期完成。适用于绝大部分的静态Mesh，因此任何不会动的对象都应标记为静态的。如果我们在运行时要添加静态对象，可以看一下 StaticBatchUtility.Combine() 的API

有关SRP Batcher可以看下：https://blog.csdn.net/wangjiangrong/article/details/105518220

Cast Shadows

默认情况下，MeshRenderder组件的Cast Shadows是开启的。

阴影的渲染可以让游戏的光线增加真实度和深度感，但是某些情况下可能并不需要。在复杂场景中，可能会造成多余的阴影计算，阴影效果最后也看不见。

因此若场景有的对象是否有阴影对整体效果没有影响的话，就关闭这个选项。不计算阴影可以省下CPU时间。（具体渲染步骤可以在 Frame Debugger的Shadows.Draw中查看）

Light Culling Mask

在复杂场景中，许多光线紧靠彼此，你可能觉得光线不能影响特定对象。根据渲染流程的设置，场景中越多的光照，性能可能就会越差。因此我们要确保光照只影响特定的对象层（例如专门给角色打光的光源，设置成只影响角色），尤其是多光源和多对象彼此紧靠的时候。

避免使用手机原生分辨率

现在的手机分辨率非常的高，在手机呈现高分辨率可能会影响性能和手机过热的问题。因为会有大量的计算需求，如后期处理。如果游戏本身很耗GPU，高分辨率会恶化这些问题。建议使用 Screen.SetResolution 来降低游戏预设的解析设置（根据不同的设备来找到一些合适的值），来提高性能。

UI的一些优化建议

显示与隐藏

UI的隐藏我们可以使用将其移到Canvas外的方法，而不是利用SetActive(false)的方法来隐藏。

视频中建议的似乎是SetActive(false)

UI的批处理

如果UI元素会改变数值或是位置，会影响批处理，导致向GPU发送更多的drawcall。因此建议：

1.将更新频率不同的UI放在不同的Canvas上。

2.相同Canvas中的UI元素的Z值要相同，这样才不会打断批处理。

3.相同Canvas中的UI元素要使用相同的材质和纹理，材质或着色器可以有动态变换（例如一些特效），这不会影响批处理。

4.相同Canvas中的UI元素要使用相同裁剪矩阵。

Graphic Raycaster

该组件是用来处理输入事件，默认挂载在每个Canvas上。有时不能互动的对象仍是canvas中的一部分，并附带了该组件，所以当每次鼠标或触控点击时，系统就要遍历所有可能接受输入事件的UI元素，就会造成多次的 “点落在矩形中” 的检查，来判断对象是否该作出反应。在UI很复杂的情况下，这个运算成本就会很高。因此建议确保只有可互动的Canvas才有该组件，节省CPU运行时间。

全屏UI的处理

游戏中可能会有些全屏UI（例如一些设置界面），会遮挡住场景物体或其他UI元素。然而它们即使被遮挡看不见，CPU和GPU还是会有消耗，因此建议：

1.3D场景完全被遮挡的话，关闭渲染3D场景的摄像机。

2.被遮蔽的UI，Disable这些Canvas，注意不是SetActive(false）。

3.尽可能的降低帧率，因为这些UI一般不需要刷新那么频繁。