个人技术博客——Unity中Object Pool（对象池）的使用心得

222200107兰锦煊 2024-12-20 15:56:18
这个作业属于哪个课程2023年福大-软件工程实践-W班
这个作业要求在哪里软件工程实践总结&个人技术博客
这个作业的目标个人技术总结和新技能的使用心得
其他参考文献参考下文

目录

  • 1 技术概述
  • 2 技术详述
  • 2.1 声音的播放实现
  • 2.1.1 集中管理声音资源
  • 2.1.2 配置音频的音量和音高
  • 2.1.3 声音管理
  • 2.2 Object Pool（对象池）相关分析
  • 2.2.1 对象池在声音系统中的引入
  • 2.2.2 对象池的使用
  • 2.2.2.1 对象池在声音系统中的位置和作用
  • 2.2.2.2 对象池的创建
  • 2.2.2.3 声音对象池的创建
  • 2.2.2.4 声音播放与对象池的结合
  • 2.2.2.5 声音对象停用与回收（DisableSound协程）
  • 3 技术使用中遇到的问题和解决过程
  • 4 总结
  • 4.1 使用生物池的益处
  • 5 参考文献

1 技术概述

对象池技术旨在优化资源管理与程序性能。它预先创建并存储一批可重复利用的对象，当程序运行过程中需要这些对象时，直接从对象池中取出并激活，使用完毕后将其回收至池中，而非频繁地创建与销毁对象，从而有效减少内存分配与垃圾回收的开销，提升系统的响应速度与稳定性。
以一款飞机射击游戏为例，子弹是大量重复使用的物体。按常规操作，子弹击中目标或出界就销毁，需要时再创建，会不断重复创建与销毁过程。而采用对象池，提前生成一定数量的子弹存于池中，用的时候取出激活，用完回收，能省去繁琐操作，减少卡顿。
图例：

img

2 技术详述

2.1 声音的播放实现

为了更好地表述，我先简单介绍下音乐的生成方法，再过渡到Pool方法的使用。

2.1.1 集中管理声音资源

SoundDetailsList_SO类用于集中管理声音资源的详细信息。其内部包含一个List类型的成员变量soundDetailsList，而SoundDetails结构体又详细定义了声音的名称、音频剪辑、音高范围以及音量。通过GetSoundDetails方法，可以依据声音名称方便地从列表中查找并获取对应的声音细节信息，为后续声音的播放配置提供了基础数据支持。

[CreateAssetMenu(fileName = "SceneSoundList_SO", menuName = "Sound/SceneSoundList")]
public class SceneSoundList_SO : ScriptableObject
{
    public List<SceneSoundItem> sceneSoundList;
    public SceneSoundItem GetSceneSoundItem(string name)
    {
        return sceneSoundList.Find(s => s.sceneName == name);
    }
}
[System.Serializable]
public class SceneSoundItem
{
    [SceneName] public string sceneName;
    public SoundName ambient;
    public SoundName music;
}
2.1.2 配置音频的音量和音高

该Sound类主要负责配置音频的音量和音高，通过SetSound方法获取传入的SoundDetails信息，进而设置对应的AudioSource组件的clip、volume以及pitch属性，使得音频能够按照设定好的参数进行播放。

[RequireComponent(typeof(AudioSource))]
public class Sound : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private AudioSource audioSource;

    public void SetSound(SoundDetails soundDetails)
    {
        audioSource.clip = soundDetails.soundClip;
        audioSource.volume = soundDetails.soundVolume;
        audioSource.pitch = Random.Range(soundDetails.soundPitchMin, soundDetails.soundPitchMax);
    }
}
2.1.3 声音管理

这是整个声音管理的核心类，采用了单例模式（继承自Singleton）来确保全局只有一个实例，方便在不同场景和脚本中统一管理声音相关操作。
PlaySoundRoutine协程：如果获取到的环境音和背景音乐的SoundDetails都不为空，先调用PlayAmbientClip方法播放环境音效，再调用PlayMusicClip方法播放背景音乐，以此实现平滑的场景声音过渡。

private IEnumerator PlaySoundRoutine(SoundDetails music, SoundDetails ambient)
    {
        if (music != null && ambient != null)
        {
            PlayAmbientClip(ambient, 1f);
            yield return new WaitForSeconds(MusicStartSecond);
            PlayMusicClip(music, musicTransitionSecond);
        }
    }

特定声音播放：当OnPlaySoundEvent被触发，会先从soundDetailsData中获取对应的SoundDetails，若获取成功，则通过事件系统触发CallInitSoundEffect来播放对应的音效。

    private void PlayMusicClip(SoundDetails soundDetails, float transitionTime)
    {
        audioMixer.SetFloat("MusicVolume", ConvertSoundVolume(soundDetails.soundVolume));
        gameSource.clip = soundDetails.soundClip;
        if (gameSource.isActiveAndEnabled)
            gameSource.Play();

        normalSnapShot.TransitionTo(transitionTime);
    }

2.2 Object Pool（对象池）相关分析

2.2.1 对象池在声音系统中的引入

尽管上述声音播放机制已较为完善，但在实际游戏运行过程中会发现，频繁地创建和销毁AudioSource 组件的 GameObject 带来了较大的性能问题。例如在一些游戏场景中，声音的播放极为频繁，如战斗场景中的脚步音效、睡觉音效和环境音效的持续切换等等，每次创建和销毁这些声音对象都会消耗大量的 CPU 和内存资源，并且会产生大量垃圾内存，增加垃圾回收的频率和时间，这可能导致游戏出现卡顿现象，严重影响游戏体验。
为解决这一问题，我搜索了相关方法，并选择了ObjectPool 功能。ObjectPool 相关功能主要在 PoolManager 类中实现，它与 AudioManager 紧密协作管理声音对象。

2.2.2 对象池的使用

创建PoolManager：

public class PoolManager : MonoBehaviour
{
    public List<GameObject> poolPrefabs;
    public List<ObjectPool<GameObject>> poolEffectList = new List<ObjectPool<GameObject>>();
    private Queue<GameObject> soundQueue = new Queue<GameObject>();
    //......
}
2.2.2.1 对象池在声音系统中的位置和作用

位置：ObjectPool相关功能主要在PoolManager类中实现，它与AudioManager紧密协作来管理声音对象。
作用：用于管理声音播放对象，避免频繁地创建和销毁GameObject，从而提高性能。

2.2.2.2 对象池的创建

遍历poolPrefabs列表中的每个GameObject预制体来创建对象池，对每个预制体创建一个新的GameObject作为父对象，将其Transform设置为PoolManager子对象，用于组织对象池中的对象。同时使用ObjectPool创建一个新的对象池，传入四个委托函数：创建对象委托、激活对象委托、停用对象委托、销毁对象委托。最后，将创建的对象池保存。

private void CreatePool()
{
    foreach (GameObject item in poolPrefabs)
    {
        Transform parent = new GameObject(item.name).transform;
        parent.SetParent(transform);

        var newPool = new ObjectPool<GameObject>(
            () => Instantiate(item, parent),
            e => { e.SetActive(true); },
            e => { e.SetActive(false); },
            e => { Destroy(e); }
            );
        poolEffectList.Add(newPool);
    }
}
2.2.2.3 声音对象池的创建

创建一个新的GameObject作为父对象，将其Transform设置为PoolManager对象的子对象。
将poolPrefabs[0]设置为父对象的子对象（因为只有声音用到了pool，所以就是poolPrefabs[0]），停用该对象并将其添加到soundQueue队列中。这个soundQueue队列用于存储声音对象，方便后续获取和管理。

private void CreateSoundPool()
{
    var parent = new GameObject(poolPrefabs[0].name).transform;
    parent.SetParent(transform);
        GameObject newObj = Instantiate(poolPrefabs[0], parent);
        newObj.SetActive(false);
        soundQueue.Enqueue(newObj);
}
2.2.2.4 声音播放与对象池的结合

首先通过GetPoolObject方法获取对象，然后通过该对象的Sound组件（GetComponent）调用SetSound方法来设置声音细节。激活对象后启动协程DisableSound，在声音播放完后停用该对象并将其放回soundQueue队列中，实现了声音对象的循环利用。

private void InitSoundEffect(SoundDetails soundDetails)
{
    var obj = GetPoolObject();
    obj.GetComponent<Sound>().SetSound(soundDetails);
    obj.SetActive(true);
    StartCoroutine(DisableSound(obj, soundDetails.soundClip.length));
}
2.2.2.5 声音对象停用与回收（DisableSound协程）

该协程方法用于在声音播放完成后停用声音对象并将其放回对象池。

private IEnumerator DisableSound(GameObject obj, float duration)
{
    yield return new WaitForSeconds(duration);
    obj.SetActive(false);
    soundQueue.Enqueue(obj);
}

3 技术使用中遇到的问题和解决过程

问题：即便使用对象池预加载了声音对象，在游戏首次触发声音播放时，仍会出现短暂延迟，就好像对象并未真正预加载成功，影响了游戏体验的即时性。
解决过程：检查预加载逻辑，可能是在CreatePool或CreateSoundPool方法中，对象虽已实例化并放入池中，但相关组件的初始化未完成。确保在预加载时，不仅创建对象，还对其关键组件进行完整初始化，避免首次使用时才进行这些操作导致延迟。

问题：在声音对象复用过程中，发现播放的音频有时会出现错乱，比如播放的音频与预期的不匹配，或者音频播放到一半切换成其他音频等问题。
解决过程：问题在于对象复用前未对音频相关状态进行彻底重置。在 PoolManager 的 InitSoundEffect 方法中，在设置新的 SoundDetails 之前，先对音频组件进行全面重置操作。包括将 AudioSource 的 clip 设置为 null、停止当前可能正在播放的音频、清除音频缓冲区等。这样可以确保每次对象复用播放新音频时，音频组件处于初始干净的状态，避免之前残留的音频数据或播放状态对新音频播放造成干扰。

4 总结

4.1 使用生物池的益处

1、减少实例化开销：在游戏中，如果频繁地创建和销毁GameObject，会带来较大的性能开销。使用对象池，对象在初始化阶段就预先创建好并存储在池中，后续需要使用时直接从池中获取已经创建好的对象，避免了频繁的实例化操作，减少了 CPU 和内存的消耗。
2、减少垃圾回收压力：频繁创建和销毁对象会产生大量的垃圾内存，这会增加垃圾回收的频率和时间。对象池通过重复利用对象，减少了垃圾内存的产生，从而减轻了垃圾回收的压力，使游戏运行更加流畅。
3、集中管理对象：通过对象池，可以将声音播放对象集中管理。所有的声音对象都存储在对象池中，方便对它们进行统一的控制和管理，例如批量设置属性、检查状态等。
4、易于控制对象数量：可以根据游戏的实际需求，在创建对象池时确定初始对象数量（如CreateSoundPool方法中创建 20 个声音对象），并且在运行过程中可以根据需要动态地调整对象池中的对象数量，确保资源的合理利用。

5 参考文献

1、b站M_Studio老师课程
2、Unity 对象池（Object Pooling）理解与简单应用
3、Unity脚本API

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Unity3D插件——LitJson
用法可参见http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/10940245
Unity自带的对象池——UnityEngine.Pool
之前对象池都是自己写，现在unity的API自带对象池了，UnityEngine.Pool主要包含了几个类集合池，可以放List、HashSet、Dictionary啥的，非线程安全字典池，继承自CollectionPool通用池，ObjectPool的静态实现，启用了集合检查，以确保不会重复回收。非线程安全哈希集池，CollectionPool的HashSet版本。链表池，IObjectPool的链表版本，池子内的对象是以链表形式保存的，非线程安全。
个人技术总结——Unity3D ScriptableObject实现多存档
在游戏开发过程中，我们会经常与数据打交道。很多时候，我们会为游戏对象配置数据，比如玩家初始生命值、属性等。那么就需要有个能够存储数据的东西来和游戏对象进行交互。而单机游戏一般都需要满足玩家的需求实现存档功能。在这次的游戏开发中，我使用ScriptableObject实现多存档机制。官方定义：一个类，如果需要创建无需附加到游戏对象的对象时，可从该类派生。它对仅用于存储数据的资源最有用。
【Unity Optimize】使用对象池（Object Pooling）优化项目
Unity中的对象池（Object Pooling）是一种用于提高游戏性能和减少资源浪费的优化方案。尤其是在需要快速创建和销毁游戏对象时，比如在一些射击游戏中发射子弹时。对象池在游戏运行前预先创建一定数量的对象，将它们存储在一个重用字典（或者数组）中，在需要时只是激活或停用所需的游戏对象，实际上只是循环使用对象，而不是使用原生的Instantiate和Destroy方法创建和销毁对象。我们将这个存储所有激活或非激活对象的字典（或者数组）称为池子。
[Unity] unity中对象池的使用
在现代游戏引擎设计中中，使用的大多都是托管内存，基于此我们不必手动管理内存，造成内存泄露等问题。对于unity中的游戏对象，每隔一段时间，Mono的垃圾回收机制将会检测内存，将没有再被引用的内存释放回收。当我们使用一个新的游戏物品（实例）时，首先需要实例化它（Instantiate，实际上也是基于new的机制实现的），在我们使用GameObject完成后便摧毁它（Destory） 但是，申请实例化时，意味着我们需要在托管堆上分配一块新的内存给Object，在回收时，我们需要等待回收机制收回
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