对象池管理系统PoolManager

背景

　　在游戏运行过程中，频繁创建和销毁对象会产生较高的性能开销，特别是在使用大量相同类型的对象时，如子弹、特效、敌人、UI小控价等，内存临界时还会自动触发gc，造成卡顿现象。我们引入对象池技术来解决这个问题，对象池通过预先创建一组对象并重复利用它们，从而减少对象的创建和销毁操作，提升内存和性能效率。
　　为了统一管理游戏中的对象池，在对象池的基础上设计了对象池管理系统PoolManager。此外，该系统能够定期清理长期闲置的对象，进一步优化对象池的内存占用。

使用

创建对象的生成函数

　　我们需要给PoolManager提供目标对象的生成方法，即 对象生成函数 ，告诉PoolManager这个对象应该怎么生成，以及生成时的初始化、事件通知等其他自定义操作。
　　下面以一个窗口 Windows 装填多个相同ui控件 Item 的需求举例。

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public class Windows : MonoBehaviour
{
    private List<Item> _list = new List<Item>(); // itme对象列表
    
    /// <summary>
    /// Item的创建函数，对象生成函数： System.Func<out T>
    /// </summary>
    /// <returns>返回创建的item实例化对象</returns>
    private Item ItemGeneratorFunc()
    {
        var obj = new GameObject();
        var item = obj.AddComponent<Item>();
        item.Init(); // 初始化item
        return item; 
    }
}
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// 对象池对象需要继承IPoolableObject接口，并实现接口函数
public class Item : MonoBehaviour, IPoolableObject
{
    // 实现接口函数
    public float LastUsedTime { get; } // 对象上一次使用的时间，交由PoolManager进行自动销毁算法判断
    public bool Active { get; } // 是否激活中，OnActivate()和OnDeactivate()会进行修改
    public void OnActivate(){} // 激活时
    public void OnDeactivate(){} // 主动归还时
    public void OnIdleDestroy(){} // PoolManager自动销毁对象时
    
    // ……其他需求逻辑
    public Image image;
    // 初始化
    public void Init(){}
    // 刷新表现
    public void Refresh(){}
}

申请对象池

向PoolManager申请创建一个对象池，PoolManager会为Item对象生成一个对应的对象池，该对象池全局唯一，处处可向PoolManager获取到

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public class Windows : MonoBehaviour
{
    // 向PoolManager申请创建Item对象池
    // PoolManager.Instance.CreatePool(初始对象数量, 对象生成函数Func);
    PoolManager.Instance.CreatePool(4, ItemGeneratorFunc);
}

获取对象

任意地方可以获取对象，GetObject() 获取对象时，对象会自动执行OnActivate()

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// 获取10个item
for (var i = 0; i < 10; i++)
{
    // PoolManager.Instance.GetObject<对象类>()
    var item = PoolManager.Instance.GetObject<Item>();
    
    // ……其他自定义逻辑
    item.Refresh();
    _list.Add(item)；// 装填item对象
}

归还对象

ReturnObject() 归还对象时，对象会自动执行OnDeactivate()

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// windows窗口销毁时，归还item对象
private void OnDestroy()
{
    foreach (var item in _list)
    {
        PoolManager.Instance.ReturnObject(item);
    }
}

为了避免忘记归还对象，造成内存泄漏，建议Item对象销毁时主动归还

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public class Item : MonoBehaviour, IPoolableObject
{
    public void OnDestroy()
    {
        PoolManager.Instance.ReturnObject(this);
    }
}

注意事项

  • 重复归还对象时会提示warring，说明代码写的有问题，虽然PoolManager处理了重复归还，但就规范来说，应该保证只归还一次对象，开发者应当自行修正归还逻辑。
  • 由于对象池内部实现逻辑的抽象程度较高，避免开发者自定义创建 继承对象池 时出现预期外的错误，对象池管理系统虽然允许开发者自定义对象池，但是PoolManager中取消了添加自定义对象池的函数接口。如果开发者对自定义对象池的需求较强烈，可以深入理解对象池管理机制，然后自行在PoolManager中实现 添加继承对象池 的函数接口，或者在具体对象内部维护私有的该继承对象池（不建议）。

内部实现

  • PoolManager使用了面向接口编程的方式，使得内部 维护不同类型对象的对象池列表 变得可行且简洁。
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    // 声明对象池接口
    public interface IObjectPool
    {
    }
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    // 具体对象池，继承对象池接口
    public class ObjectPool<T> : IObjectPool where T : IPoolableObject
    {
    }
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    public class PoolManager
    {
        // PoolManager维护 IObjectPool 列表，不需要关心对象池 ObjectPool<T> 的 具体对象类型 T
        // 达到不同类型对象的对象池，能共存于同一个字典中的目的
        private Dictionary<Type, IObjectPool> _pools;
    }
  • 优化对象池内存占用，传统对象池在归还对象后，并不作另外处理，简而言之就是只增加对象不销毁对象。这样会导致对象池的内存占用越来越大，最终导致内存优化效率还不如不用对象池。PoolManager使用指数衰减算法，以较低频率对所有对象池的所有闲置对象进行扫描，并以一定比例销毁闲置超时的闲置对象，同时保持指定比例的对象留存量。向gc机制标记该闲置对象可清除，以便在手动gc时进行内存归还。使得各对象池的内存占用维持在较低水平。逻辑详见 Yu.ObjectPool.AutoDestroy()
  • 为了达到任意位置可以获取对象池或者获取对象的目的，设计成单例模式，并交由GameManager管理声明周期：
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    public class PoolManager:BaseSingleTon<PoolManager>,IMonoManager
    {
        // ……实现 IMonoManager 接口函数
    }