UnityGC优化 - 容器

 

4 | 容器

4.1 对象和结构体在数组中的分布

现在比较流行的DOTS经常提到一个概念，就是缓存命中率。CPU从内存直接读取的速度是非常慢的，所以会有高速缓存的存在，CPU读取数据会先从高速缓存中读取，如果缓存中没有该数据，才会从内存中取一片连续的数据放到缓存中，如果先后读取的两个数据不在同一片连续内存中，就会导致cache miss，会从内存中读取数据，读取数据的速度就会变慢。

在存放引用类型的数组中，存放的是对象值的引用，内存中大概是这样的：

数组中存的是对象的引用，数组所占内存大小是数组长度 * IntPtr.Size，而真正的数据要到引用指向的地址上读取，它们的内存是不连续的。

在存放值类型的数组中，存放的是真正的值类型的数据，内存中大概是这样的：

数据是连续存放的，数组所占内存大小是数组长度 * 单个数据内存大小。

PS：数组有一个比较方便的地方，对于下面的值类型数组。

    struct S
    {
        byte b1;
        byte b2;
        int i1;
    }
    S[] array;

　　

可以使用下面的读写方式：

    array[0].i1 = 2;

　　

或者：

    ref item = ref array[0];
    item.i1 = 2;

　　

这是和List等容器不一样的地方。

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4.2 常用容器的数据结构及增长方式

• List、Stack、Queue：这几个容器都是维护着一个一定容量的数组，当添加数据时，如果数组长度小于添加后的长度，容器容量会增长，方式大概如下：

      if(Count + 1 < array.Length)
      {
          var newArray = new T[array.Length * 2];
          Array.Copy(array, 0, newArray, array.Length);
          array = newArray;
       }

　　

可以看到，容器增长是靠建立一个新的数组来实现的，新数组长度是旧数组的两倍大小（这是为了防止频繁增长），建立新数组后，会将数据 从旧数组复制到新数组中，最后旧的数组会做为内存垃圾丢弃。当然也可以通过设置Capacity或者TrimExcess来指定容器的容量，但是也会发生新建数组丢弃旧数组的过程。像List这样数据地址会变的容器不能使用ref来存取。

• HashSet、Dictionary：在 .NET 4.x 中，这两个容器维护了一个bucket数组和一个entry数组，分别存放索引和数据，当调用Add导致容器增长时，会增长到大于旧容量两倍的一个素数的大小。即使是调用TrimExcess缩小容量，也只能缩小到一个素数的大小。
  
  

以上这几类容器，最好根据要存放数据大概的大小，指定容器初始值，这样才能最大限度地防止容量的频繁改变。

• LinkedList：链表，里面有一个LinkedListNode对象，该对象的Next指向下一个LinkListNode对象，这个是完全不连续的内存。LinkListNode可以用缓存的方式来减少GC Alloc，后面会讲到。
  
  

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4.3 容器操作产生的装箱

最常提到的一种，就是foreach，虽然在Unity 5.6中已经修正了foreach的bug，但是有些方法为了通用性，传入的参数是像ICollection<T>、IDictionary<K,V>等接口，但是对这些接口进行foreach操作还是会发生装箱。这个也可以重载解决。一般来说游戏中是要避免使用Linq的，但是如果想要实现像类似Linq的功能，就一定要注意这一点。

第二种是Dictionary、HashSet，如果Key是结构体，对其进行操作是会发生装箱的，解决方法是实现IEqualityComparer<T>。此外，如果Key是枚举类，在 .NET 4.x 之前也是会有装箱的，解决方法是用int代替或者实现IEqualityComparer<T>， .NET 4.x 以后修复了枚举的这个问题。