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Unity GC

article 2024/9/24 12:07:53

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简略版本

在 Unity 中，垃圾回收（Garbage Collection，GC）采用的是基于标记-清除（Mark and Sweep）算法的自动内存管理机制。

基于标记-清除算法的垃圾回收包括以下步骤：

标记阶段（Mark）：在这个阶段，垃圾回收器会遍历程序中的对象，从根对象（如全局变量、活动线程的栈和静态变量等）开始，标记所有能够访问到的对象。这些被标记的对象被认为是“活跃”的，而未被标记的对象则被认为是“垃圾”。

清除阶段（Sweep）：在这个阶段，垃圾回收器会遍历整个堆内存，清除未被标记的对象，释放它们所占用的内存空间。这样就完成了垃圾的回收和内存的释放。

Unity 的垃圾回收器会自动管理内存，并在需要时执行垃圾回收。在游戏开发中，开发者通常不需要显式地调用垃圾回收，因为 Unity 的垃圾回收器会自动处理对象的分配和释放，以确保内存的有效使用和释放。

需要注意的是，虽然标记-清除算法是一种常见的垃圾回收算法，但它可能会产生一些性能上的开销，特别是在大型对象图和频繁的内存分配和释放时。因此，在编写 Unity 游戏时，需要注意内存的优化和对象的重复利用，以减少垃圾回收的频率，提高游戏的性能。

详细版本

在 Unity 游戏开发中，GC（垃圾回收）主要是为了自动管理内存，释放那些不再使用的对象所占的内存。当你在 Unity 中创建一个新的对象，如一个新的类、数组、列表或游戏对象，这需要占用部分内存。当这些对象不再被使用，例如从场景中移除、设置为 null、超出其活动范围等，它们就成为了 "垃圾"，需要被清理。这个自动清理无用对象的过程就是垃圾回收。

Unity 的 GC 基于.NET 的内存管理和垃圾回收机制，其工作原理可以大致分为以下步骤：

标记：遍历所有的对象，找出哪些对象被引用，哪些对象没有被引用。具体做法是从根对象（例如全局对象、静态对象、栈上的对象）开始，寻找它们直接或间接引用的对象，被找到的对象被标记为 “活跃”。
清除：GC 清除那些被标记为 “非活跃” 的对象，也就是没有被任何地方引用的对象，这些对象占用的内存被认为是可以被安全回收的。清除的方式主要是将这部分内存标记为可用。
压缩：清除结束后，GC 会尝试将内存中的活跃对象压缩到一起，以减少内存碎片。这一步被称为压缩或整理。注意该步骤不是每次 GC 都会执行，因为它比标记和清除更耗时。

C# 的 GC 是自动进行的，也可以手动调用 GC.Collect() 进行垃圾回收，但只有在需要处理大量未被引用的对象，或者需要马上释放大量内存时才建议这么做，因为 GC.Collect() 对性能的影响很大。

值得注意的是，GC 操作是非常消耗 CPU 资源的，特别是对于实时运行的游戏应用来说，任何 GC 操作都可能导致游戏卡顿。所以在开发游戏时，我们应尽可能避免频繁触发 GC，在 Unity 游戏开发中，可以通过以下方法尽可能避免或减少 GC：

对象池：这是避免 GC 的最重要和最有效的方法。对象池的主要思想是重用对象，而不是创建新的对象并销毁旧的对象。例如，如果游戏中有很多敌人在不断地出现和消失，那么可以使用对象池来管理这些敌人的对象，而避免在每次需要一个新的敌人时都去创建一个新的对象。
减少或避免在频繁调用的函数中创建对象：例如，在 Update、FixedUpdate、LateUpdate 等函数中如果每次都创建新的对象，则很容易引起 GC。
避免使用 “+” 操作符拼接字符串：字符串是不可变的，使用 “+” 操作符拼接字符串会生成一个新的字符串对象，可以使用 System.Text.StringBuilder 来替代。
使用值类型代替引用类型：值类型如 struct 在栈上分配，不会产生垃圾。尽可能地使用值类型可以减少垃圾的生成。
尽量少使用 foreach 循环，在循环遍历的过程中，对于 IEnumerable 接口的对象，foreach 循环过程会产生垃圾。改用 for 循环是一种解决方法。
减少 Lambda 表达式和闭包的使用：当它们引用局部变量时会生成垃圾。
减少大型一次性内存分配，尽可能使用固定大小或者逐渐增长的数据结构。
对于仍需要的大对象，避免经常设为 null，设为 null 后会产生大量垃圾回收。