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Unity MMORPG游戏优化经验分享
时间: 2018-07-06 14:19
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在优化Unity游戏时，我们一般从四个方面：CPU、GPU、内存、工程配置等入手，它们都可能是影响游戏性能瓶颈的关键。 CPU 我们平常游戏的很多性能瓶颈都在CPU。例如：MONO内存分配带来
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在优化Unity游戏时，我们一般从四个方面：CPU、GPU、内存、工程配置等入手，它们都可能是影响游戏性能瓶颈的关键。 CPU 我们平常游戏的很多性能瓶颈都在CPU。例如：MONO内存分配带来CPU开销，当Mono内存从50M、60M、70M，一直增大到100M，这些内存分配都相当于CPU的开销。当在Update函数中存在比较复杂的逻辑时，很容易出现每一帧都触发内存分配，如图01所示。  图 01 虽然截图中一帧里的GC Alloc只有0.6KB，但是当游戏运行很长时间后，累计数量是相当高的，这就让每一帧都存在GC Alloc带来的CPU开销。 处理客户端与服务器通信的数据包时，会存在序列化与反序列化，如果实现方式不合理时，会带来多余的内存分配。一般很多项目都现在使用Protobuff，如果是自行设计的数据包格式，就要考虑如何控制序列化与反序列化的内存分配。 静态数据表如果使用Json、xml等格式时，同时解析逻辑与数据结构设计不良，在初始化数据表时容易由于过大的内存分配而撑大MONO堆内存。所以要在项目设计时找到最优化的方式来实现功能需求与性能需求。 String是一个很常用的引用类型对象。当代码里存在字符串拼接、直接或间接调用ToString()函数时，会生成字符串的副本，也就产生了内存分配。例如：调用Object.name属性，即使每次返回值是固定的，依然是不同的String对象，因为这里每次返回都是一个对象拷贝。所以建议可以通过把这类字符串预先缓存，或者在打包时生成一个名字的列表作为静态数据，提供给运行时的逻辑直接读取。 部分Unity内置API在被调用时，都是返回对象拷贝。例如：Getcomponents、Sprite.Vertices、Input.Touches等。从设计角度是考虑代码安全性，防止外部直接去修改真正的对象数据。所以，这些属性返回值要做缓存。或者通过其他API来实现需求从而规避掉这个问题。请注意，Getcomponent只会在编辑器环境下存在内存开销，真机上不存在，大家在Profiling时不要被误导。 通常Debug.Log一类的日志函数应该只存在Debug阶段，但是很多时候这些函数没有屏蔽。如果它们出现在调用次数较多的逻辑中，就带来额外的CPU开销。同样Warning和Log存在相同的情况。虽然日常在console或真机Log里常见，但是经常没有被处理。建议对待Warning也要找到它的触发原因并解决，防止在Release中出现。Log函数不会因为打包为release版本就会自动屏蔽，需要使用宏定义来屏蔽。 闭包与匿名函数尽可能不要使用。闭包中调用外部变量，需要创建一个临时class对象来包含外部变量并且传给闭包函数，从而带来内存开销。匿名函数在作为一个函数的参数传入时，也存在内存分配。il2cpp中如果使用匿名函数当参数，不要用预声明的函数。 ParticleSystem API在Unity 2017.2之前的版本中，Stop和Simulate内部实现使用了闭包。粒子系统的一些API，例如：Start、Stop、Pause、Clear、Simulate在调用它们时会递归调用当前粒子节点下面的所有子级节点，并会触发GetComponent，这带来了一定的CPU开销。如果需要调这几个方法的时候，函数参数withChildren可以设为false，不触发遍历子节点。在粒子对象初始化时，预存子节点，在需要时直接根据缓存的子节点列表分别调用它们的Start。 Camera.main的调用是存在开销的，可以把Object.FindObjectWithTag(“MainCamera”)缓存下来来代替。调用射线检测函数时应该使用那些不存在开销的函数，例如Physics.RaycastNonAlloc。 当Canvas重建时，会引起材质的重新创建、排序、Mesh重建，这都会带来CPU的开销。当Canvas内容非常复杂的时候，每次重建很可能会带来比较明显的卡顿。UGUI里面的Mask会使用StencilBuffer，蒙版内的元素是没法和外面的元素做合批，即便在图集与材质都是相同的。这时可以用RectMask2D来实现蒙版，可以稍微降低一些开销。Canvas上的GraphicRaycaster选项，在不需要有交互时可以不勾选。而Layout组件会涉及到节点的遍历操作，都有内存与CPU的开销，如果能不用就不用它，或者自行硬编码实现简单的自动布局。 Canvas都建议做动静分离，频繁改动的元素和固定不变的元素分开到不同的Canvas。需要注意Canvas数量，数量多少根据UI的复杂程度、动静分离的Canvas个数进行测试，评估多少个Canvas是合理的。目前发现Unity2017.3中，出现过当Canvas数量达到十几个或更多时，带来的开销反而比不分拆时还大。 UI元素存在半透并很多元素进行叠加，就导致OverDraw消耗比较大。可以通过减少叠加层数、缩小Sprite的空白区域等方式来控制。 当Canvas 处于Worldspace或者Screen Space时，Canvas存在Event Camera或者Render Camera属性，需要挂接Camera。此处若为None，运行时每帧都会有十几次访问它，底层默认返回Camera.main。所以预先关联Camera对象。 图集的分类方式直接影响到UI的合批效率。除了几个通用图集外，其它图集按UI模块类型区分，一个或多个UI公用一套图集。图集的面积利用率要做到最高，避免图集存在太多空白区域。而图标是分散还是合并到图集上，要看项目实际情况，并没有固定的规则。 UI背景图不要出现NPOT尺寸，如果要用NPOT，尝试多个NPOT图合并为POT尺寸，或者美术对NPOT图拉伸为POT，在Unity中还原为原始尺寸。 通常静态合批通过给场景上的物体勾上Static实现，但是有时会因为导致包体太大，改为运行时调用staticBatchingUtility.Combine进行物件合并。但是运行时手动静态合批会有不小的CPU开销，同时Mesh可读写选项也开启，在内存中边存在双份的Mesh数据，同时合并后模型也是一份新Mesh数据。建议可以用第三方插件Mesh Baker来进行静态合批。同时，各个模型的材质也要针对静态合批来制作，毕竟相同材质的模型才可以合并。  图 02 动态合批对于大部分有Lightmap的模型是无效的，还存在900左右顶点的合批限制。在Unity 2017.3支持32bit Mesh index buffers，可以合并Mesh时支持更多的顶点，可以在FBX选项内Index Format打开或者运行时设置Mesh.indexFormat。 骨骼蒙皮计算一般使用CPU Skinning，虽然引擎也是支持GPU skinning的，但需要注意性能瓶颈在CPU端还是GPU端。如果GPU端是性能瓶颈时，盲目打开GPU skinning，会变成一种负优化。当角色模型的骨骼数超过100根、150根时，某些身体部位的骨骼动画，可以用BlendShapes代替。当某一部位骨骼动画不播放时，可以把这个部位的Animator组件关掉。Animation Instancing也是一个可以优化大量角色动画性能的手段。 物理系统中，MeshCollider的使用在场景比较复杂庞大时，Bake的性能比较差。可以通过配合射线检测和自定义高度图数据控制角色高度。 GPU 顶点数量的控制，首先要从美术方面，控制模型的合理面数。有的建筑物被遮挡了一部分，被遮挡部分可以减面甚至把这一块抠掉留空。避免场景中出现大量小物体组合出一个更大的物件，设计之初就对零散物体合并材质、贴图、Mesh。场景地图也可以分区块制作、加载管理，同时配合LODGroup使用。还可以通过第三方插件Mesh Baker LOD辅助进行。  图 03 纹理的尺寸会影响上传纹理时带宽的使用，也就是上传耗时比较高。通常3D模型的纹理，都会把打开Mipmap，可以提高纹理采样的质量，降低命中耗时，提升IO速度。同时纹理过滤模式的选择，对于UI纹理使用Bilinear足矣，Trilinear配合打开Mipmap后的插值计算，效果更好。 当一个角色带有一对翅膀，设置Mesh.alpha进行隐藏或显示，翅膀在Alpha=0时，依然被渲染。而显示全屏UI时，它挡住了后面的主场景，但由于场景Camera未关闭使得场景依然被渲染，如果此时UI里还显示角色模型，积累的渲染压力就比较大，这些都会体现在Overdraw消耗上。 根据对Shader的功能需求，对复杂度要进行控制。运算符要合理使用，变量的浮点精度要同时考虑计算需求和真机的实际支持的精度范围。对Tex2D、纹理采样的使用方式要合理，毕竟这类指令过多时会增加开销。 Unity引擎自带的Terrian系统，可以通过分区块或者转为Mesh解决此部分性能瓶颈。我们可以通过插件Terrain Slicing & Dynamic Loading Kit来分割地形，并调整地形的尺寸和精度等配置参数。  图 04 一个特效包含粒子发射器的数量不能随意创建，对渲染和内存都有不小的负载。当粒子存在发射Mesh的需要时，要控制Max Particles的数量。同时有些特效不一定要通过粒子系统实现，可以通过各种变通方式或低负载的方式制作。 内存 每一个Mesh的压缩选项、Read/Write选项都要根据Mesh使用方式进行单独设置，同时要做好当Mesh存在双份数据时，CPU端数据的及时释放。合理的减面也是必不可少的。 压缩纹理的使用是毋庸置疑，而压缩格式要根据项目的机型适配灵活选择，保证质量和体积都能满足需要。当编辑器中刷地形纹理时，需要纹理开启Read/Write，而在打包时要关闭这个选项。 每个纹理的尺寸要根据它的用途、实际测试时内存占用的情况，进行合理的限制，不能随意设定它。对于图集需要最大限度利用面积，避免浪费宝贵的内存。另外当纹理使用ETC2、ASTC格式时，在不支持这些格式的设备上，压缩纹理会被fallback为无压缩的RGBA格式，不但增大了内存占用，同时增加了fallback的CPU开销。 AnimationClip可以通过压缩浮点数精度，剔除无用的scale曲线降低内存占用。同时AnimationClip加载策略也对内存占用有很大影响，全部预加载还是按需异步加载，需要根据项目实际情况决定。 Mono进行内存分配时，在不同类型的数据对象在内存中是相邻的存在内存块里，如果说释放了一个数组，它所占的内存被释放了。但是这个区域是不会还给系统内存，依然保留着。接着又创建了新的对象，新对象的内存大小比刚才被释放的空间大，就无法直接放入这个空间，只能由Mono申请一份新的内存来存放。当Mono申请新内存时，Mono堆内存一般会扩大很大一部分，如见下图05所示。  图 05 在使用数组类型的对象时，如果初始化时时非定长数组，数组实际容量会根据Add操作以0、4、8、16、32倍逐步扩大，其中大量空间为Null，浪费了内存。这种情况常出现在客户端初始化数据表保存到List、Dictionary时。 当我们需要手动释放一些对象的内存时，会有很多种方式，Unity提供了很多卸载各种资源的函数。主动调GC.collect是不必要的，如果一个对象的引用不是Null时，是不可能释放它的。GC只需要做好对象引用的清理就可以，剩下的还是由GC机制自动管理更好。我们可以通过自定义内存池和资源管理器，来很精细的控制每一种资源的生命周期。 AssetBundle压缩格式一般使用LZ4，但要注意AssetBundle的合理Unload时机。而LZMA格式，由于存在加载时解压后重压缩为LZ4的开销，一般情况下不建议使用。主Bundle卸载时，与它关联的依赖Bundle一定要根据引用计数来控制是否可以卸载，否则依赖Bundle的Asset容易引发内存泄露。 IL2CPP在安卓系统使用时，要注意libil2coo.so的文件大小。在安卓系统中，so会在游戏启动后直接加载在内存中，它的内存占用大小基本上和文件大小差不多。所以so的尺寸要有所控制，否则会影响整个游戏的内存数值。所以，使用il2cpp时要注意值类型的泛型、重复代码等容易增大il2cpp的cpp代码体积的情况。 其它 在PhysicsManagerSetting的LayerCollisionMatrix去掉不参加碰撞检测的layer。Time Manager中的fixed time step要根据物理系统的使用情况设置间隔时长。游戏分辨率要通过高中低配置来动态调整。 Graphics Stettings和内置Shader有关的开关根据项目使用情况来有选择的打开或关闭。同时建议所有Shader都要打包为Bundle来加载初始化。 项目的性能优化工作应该每隔一阶段就进行一次性能分析评估，及时解决掉性能瓶颈。同时应该有专人负责这一项工作，提高执行力。 虽然Unity Asset Store资源商店提供的各种插件功能强大，但是插件内部的一些逻辑没有考虑到移动平台的应用环境，存在很多不良代码，需要开发者仔细检查插件源代码，根据情况进行改进。并在性能测试时观察是否存在插件带来的性能瓶颈。 通常在对项目进行性能分析时，会有很多工具辅助我们进行分析工作。下面是我们推荐的工具：
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