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Unity编程标准导引-3.4 Unity中的对象池
本节通过一个简单的射击子弹的示例来介绍Transform的用法。子弹射击本身很容易制作，只要制作一个子弹Prefab，再做一个发生器，使用发生器按频率产生子弹，即克隆子弹Prefab，然后为每个子弹写上运动逻辑就可以了。这本该是很简单的事情。不过问题来了，发射出去后的子弹如何处理？直接Destroy吗？这太浪费了，要知道Unity的Mono内存是不断增长的。就是说除了Unity内部的那些网格、贴图等等资源内存(简单说就是继承自UnityEngine下的Object的那些类)，而我们自己写的C#代码继承自System下的Object，这些代码产生的内存即是Mono内存，它只增不减。同样，你不断Destroy你的Unity对象也是要消耗性能去进行回收，而子弹这种消耗品实在产生的太快了，我们必需加以控制。
那么，我们如何控制使得不至于不断产生新的内存呢？答案就是自己写内存池。自己回收利用之前创建过的对象。所以这个章节的内容，我们将重点放在写一个比较好的内存池上。就我自己来讲，在写一份较为系统的功能代码之前，我考虑的首先不是这个框架是该如何的，而是从使用者的角度去考虑，这个代码如何写使用起来才会比较方便，同样也要考虑容易扩展、通用性强、比较安全、减少耦合等等。
本文最后结果显示如下：
3.4.1、从使用者视角给出需求
首先，我所希望的这个内存池的代码最后使用应该是这样的。
- Bullet a = Pool.Take<Bullet>(); //从池中立刻获取一个单元，如果单元不存在，则它需要为我立刻创建出来。返回一个Bullet脚本以便于后续控制。注意这里使用泛型，也就是说它应该可以兼容任意的脚本类型。
- Pool.restore(a);//当使用完成Bullet之后，我可以使用此方法回收这个对象。注意这里实际上我已经把Bullet这个组件的回收等同于某个GameObject（这里是子弹的GameObject）的回收。
使用上就差不多是这样了，希望可以有极其简单的方法来进行获取和回收操作。
3.4.2、内存池单元结构
最简单的内存池形式，差不多就是两个List，一个处于工作状态，一个处于闲置状态。工作完毕的对象被移动到闲置状态列表，以便于后续的再次获取和利用，形成一个循环。我们这里也会设计一个结构来管理这两个List，用于处理同一类的对象。
接下来是考虑内存池单元的形式，我们考虑到内存池单元要尽可能容易扩展，就是可以兼容任意数据类型，也就是说，假设我们的内存池单元定为Pool_Unit，那么它不能影响后续继承它的类型，那我们最好使用接口，一旦使用类，那么就已经无法兼容Unity组件，因为我们自定义的Unity组件全部继承自MonoBehavior。接下来考虑这个内存单元该具有的功能，差不多有两个基本功能要有：
- restore();//自己主动回收，为了方便后续调用，回收操作最好自己就有。
- getState();//获取状态，这里是指获取当前是处于工作状态还是闲置状态，也是一个标记，用于后续快速判断。因为接口中无法存储单元，这里使用变通的方法，就是留给实现去处理，接口中要求具体实现需要提供一个状态标记。
综合内存池单元和状态标记，给出如下代码：namespace AndrewBox.Pool { public interface Pool_Unit { Pool_UnitState state(); void setParentList(object parentList); void restore(); } public enum Pool_Type { Idle, Work } public class Pool_UnitState { public Pool_Type InPool { get; set; } } }
3.4.3、单元组结构
接下来考虑单元组，也就是前面所说的针对某一类的单元进行管理的结构。它内部有两个列表，一个工作，一个闲置，单元在工作和闲置之间转换循环。它应该具有以下功能： - 创建新单元；使用抽象方法，不限制具体创建方法。对于Unity而言，可能需要从Prefab克隆，那么最好有方法可以从指定的Prefab模板复制创建。
- 获取单元；从闲置表中查找，找不到则创建。
- 回收单元；将其子单元进行回收。
综合单元组结构的功能，给出如下代码：
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace AndrewBox.Pool { public abstract class Pool_UnitList<T> where T:class,Pool_Unit { protected object m_template; protected List<T> m_idleList; protected List<T> m_workList; protected int m_createdNum = 0; public Pool_UnitList() { m_idleList = new List<T>(); m_workList = new List<T>(); } /// <summary> /// 获取一个闲置的单元，如果不存在则创建一个新的 /// </summary> /// <returns>闲置单元</returns> public virtual T takeUnit<UT>() where UT:T { T unit; if (m_idleList.Count > 0) { unit = m_idleList[0]; m_idleList.RemoveAt(0); } else { unit = createNewUnit<UT>(); unit.setParentList(this); m_createdNum++; } m_workList.Add(unit); unit.state().InPool = Pool_Type.Work; OnUnitChangePool(unit); return unit; } /// <summary> /// 归还某个单元 /// </summary> /// <param name="unit">单元</param> public virtual void restoreUnit(T unit) { if (unit!=null && unit.state().InPool == Pool_Type.Work) { m_workList.Remove(unit); m_idleList.Add(unit); unit.state().InPool = Pool_Type.Idle; OnUnitChangePool(unit); } } /// <summary> /// 设置模板 /// </summary> /// <typeparam name="T"></typeparam> /// <param name="template"></param> public void setTemplate(object template) { m_template = template; } protected abstract void OnUnitChangePool(T unit); protected abstract T createNewUnit<UT>() where UT : T; } }
3.4.4、内存池结构
内存池是一些列单元组的集合，它主要使用多个单元组具体实现内存单元的回收利用。同时把接口尽可能包装的简单，以便于用户调用，因为用户只与内存池进行打交道。另外，我们最好把内存池做成一个组件，这样便于方便进行初始化、更新（目前不需要，或许未来你需要执行某种更新操作）等工作的管理。这样，我们把内存池结构继承自上个章节的BaseBehavior。获得如下代码：
using AndrewBox.Comp; using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace AndrewBox.Pool { public abstract class Pool_Base<UnitType, UnitList> : BaseBehavior where UnitType : class,Pool_Unit where UnitList : Pool_UnitList<UnitType>, new() { /// <summary> /// 缓冲池，按类型存放各自分类列表 /// </summary> private Dictionary<Type, UnitList> m_poolTale = new Dictionary<Type, UnitList>(); protected override void OnInitFirst() { } protected override void OnInitSecond() { } protected override void OnUpdate() { } /// <summary> /// 获取一个空闲的单元 /// </summary> public T takeUnit<T>() where T : class,UnitType { UnitList list = getList<T>(); return list.takeUnit<T>() as T; } /// <summary> /// 在缓冲池中获取指定单元类型的列表， /// 如果该单元类型不存在，则立刻创建。 /// </summary> /// <typeparam name="T">单元类型</typeparam> /// <returns>单元列表</returns> public UnitList getList<T>() where T : UnitType { var t = typeof(T); UnitList list = null; m_poolTale.TryGetValue(t, out list); if (list == null) { list = createNewUnitList<T>(); m_poolTale.Add(t, list); } return list; } protected abstract UnitList createNewUnitList<UT>() where UT : UnitType; } }
3.4.5、组件化
目前为止，上述的结构都没有使用到组件，没有使用到UnityEngine，也就是说它们不受限使用于Unity组件或者普通的类。当然使用起来也会比较麻烦。由于我们实际需要的内存池单元常常用于某种具体组件对象，比如子弹，那么我们最好针对组件进一步实现。也就是说，定制一种适用于组件的内存池单元。同时也定制出相应的单元组，组件化的内存池结构。
另外，由于闲置的单元都需要被隐藏掉，我们在组件化的内存池单元中需要设置两个GameObject节点，一个可见节点，一个隐藏节点。当组件单元工作时，其对应的GameObject被移动到可见节点下方（当然你也可以手动再根据需要修改它的父节点）。当组件单元闲置时，其对应的GameObject也会被移动到隐藏节点下方。
综合以上，给出以下代码：
using AndrewBox.Comp; using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using UnityEngine; namespace AndrewBox.Pool { public class Pool_Comp:Pool_Base<Pooled_BehaviorUnit,Pool_UnitList_Comp> { [SerializeField][Tooltip("运行父节点")] protected Transform m_work; [SerializeField][Tooltip("闲置父节点")] protected Transform m_idle; protected override void OnInitFirst() { if (m_work == null) { m_work = CompUtil.Create(m_transform, "work"); } if (m_idle == null) { m_idle = CompUtil.Create(m_transform, "idle"); m_idle.gameObject.SetActive(false); } } public void OnUnitChangePool(Pooled_BehaviorUnit unit) { if (unit != null) { var inPool=unit.state().InPool; if (inPool == Pool_Type.Idle) { unit.m_transform.SetParent(m_idle); } else if (inPool == Pool_Type.Work) { unit.m_transform.SetParent(m_work); } } } protected override Pool_UnitList_Comp createNewUnitList<UT>() { Pool_UnitList_Comp list = new Pool_UnitList_Comp(); list.setPool(this); return list; } } }
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using UnityEngine; namespace AndrewBox.Pool { public class Pool_UnitList_Comp : Pool_UnitList<Pooled_BehaviorUnit> { protected Pool_Comp m_pool; public void setPool(Pool_Comp pool) { m_pool = pool; } protected override Pooled_BehaviorUnit createNewUnit<UT>() { GameObject result_go = null; if (m_template != null && m_template is GameObject) { result_go = GameObject.Instantiate((GameObject)m_template); } else { result_go = new GameObject(); result_go.name = typeof(UT).Name; } result_go.name =result_go.name + "_"+m_createdNum; UT comp = result_go.GetComponent<UT>(); if (comp == null) { comp = result_go.AddComponent<UT>(); } comp.DoInit(); return comp; } protected override void OnUnitChangePool(Pooled_BehaviorUnit unit) { if (m_pool != null) { m_pool.OnUnitChangePool(unit); } } } }
using AndrewBox.Comp; using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace AndrewBox.Pool { public abstract class Pooled_BehaviorUnit : BaseBehavior, Pool_Unit { //单元状态对象 protected Pool_UnitState m_unitState = new Pool_UnitState(); //父列表对象 Pool_UnitList<Pooled_BehaviorUnit> m_parentList; /// <summary> /// 返回一个单元状态，用于控制当前单元的闲置、工作状态 /// </summary> /// <returns>单元状态</returns> public virtual Pool_UnitState state() { return m_unitState; } /// <summary> /// 接受父列表对象的设置 /// </summary> /// <param name="parentList">父列表对象</param> public virtual void setParentList(object parentList) { m_parentList = parentList as Pool_UnitList<Pooled_BehaviorUnit>; } /// <summary> /// 归还自己，即将自己回收以便再利用 /// </summary> public virtual void restore() { if (m_parentList != null) { m_parentList.restoreUnit(this); } } } }
3.4.6、内存池单元具体化
接下来，我们将Bullet具体化为一种内存池单元，使得它可以方便从内存池中创建出来。
using UnityEngine; using System.Collections; using AndrewBox.Comp; using AndrewBox.Pool; public class Bullet : Pooled_BehaviorUnit { [SerializeField][Tooltip("移动速度")] private float m_moveVelocity=10; [SerializeField][Tooltip("移动时长")] private float m_moveTime=3; [System.NonSerialized][Tooltip("移动计数")] private float m_moveTimeTick; protected override void OnInitFirst() { } protected override void OnInitSecond() { } protected override void OnUpdate() { float deltaTime = Time.deltaTime; m_moveTimeTick += deltaTime; if (m_moveTimeTick >= m_moveTime) { m_moveTimeTick = 0; this.restore(); } else { var pos = m_transform.localPosition; pos.z += m_moveVelocity * deltaTime; m_transform.localPosition = pos; } } }
3.4.7、内存池的使用
最后就是写一把枪来发射子弹了，这个逻辑也相对简单。为了把内存池做成单例模式并存放在单独的GameObject，我们还需要另外一个单例单元管理器的辅助，一并给出。
using UnityEngine; using System.Collections; using AndrewBox.Comp; using AndrewBox.Pool; public class Gun_Simple : BaseBehavior { [SerializeField][Tooltip("模板对象")] private GameObject m_bulletTemplate; [System.NonSerialized][Tooltip("组件对象池")] private Pool_Comp m_compPool; [SerializeField][Tooltip("产生间隔")] private float m_fireRate=0.5f; [System.NonSerialized][Tooltip("产生计数")] private float m_fireTick; protected override void OnInitFirst() { m_compPool = Singletons.Get<Pool_Comp>("pool_comps"); m_compPool.getList<Bullet>().setTemplate(m_bulletTemplate); } protected override void OnInitSecond() { } protected override void OnUpdate() { m_fireTick -= Time.deltaTime; if (m_fireTick < 0) { m_fireTick += m_fireRate; fire(); } } protected void fire() { Bullet bullet = m_compPool.takeUnit<Bullet>(); bullet.m_transform.position = m_transform.position; bullet.m_transform.rotation = m_transform.rotation; } }
using AndrewBox.Comp; using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using UnityEngine; namespace AndrewBox.Comp { /// <summary> /// 单例单元管理器 /// 你可以创建单例组件，每个单例组件对应一个GameObject。 /// 你可以为单例命名，名字同时也会作为GameObject的名字。 /// 这些产生的单例一般用作管理器。 /// </summary> public static class Singletons { private static Dictionary<string, BaseBehavior> m_singletons = new Dictionary<string, BaseBehavior>(); public static T Get<T>(string name) where T:BaseBehavior { BaseBehavior singleton = null; m_singletons.TryGetValue(name, out singleton); if (singleton == null) { GameObject newGo = new GameObject(name); singleton = newGo.AddComponent<T>(); m_singletons.Add(name, singleton); } return singleton as T; } public static void Destroy(string name) { BaseBehavior singleton = null; m_singletons.TryGetValue(name, out singleton); if (singleton != null) { m_singletons.Remove(name); GameObject.DestroyImmediate(singleton.gameObject); } } public static void Clear() { List<string> keys = new List<string>(); foreach (var key in m_singletons.Keys) { keys.Add(key); } foreach (var key in keys) { Destroy(key); } } } }
3.4.8、总结
最终，我们写出了所有的代码，这个内存池是通用的，而且整个游戏工程，你几乎只需要这样的一个内存池，就可以管理所有的数量众多且种类繁多的活动单元。而调用处只有以下几行代码即可轻松管理。
m_compPool = Singletons.Get<Pool_Comp>("pool_comps");//创建内存池 m_compPool.getList<Bullet>().setTemplate(m_bulletTemplate);//设置模板 Bullet bullet = m_compPool.takeUnit<Bullet>();//索取单元 bullet.restore(); //回收单元
最终当你正确使用它时，你的GameObject内存不会再无限制增长，它将出现类似的下图循环利用。
对象池
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