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Unity編程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)引-3.4 Unity中的通用對(duì)象池
本節(jié)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的射擊子彈的示例來(lái)介紹Transform的用法。子彈射擊本身很容易制作，只要制作一個(gè)子彈Prefab，再做一個(gè)發(fā)生器，使用發(fā)生器控制按頻率產(chǎn)生子彈，即克隆子彈Prefab，然后為每個(gè)子彈寫(xiě)上運(yùn)動(dòng)邏輯就可以了。這本該是很簡(jiǎn)單的事情。不過(guò)問(wèn)題來(lái)了，發(fā)射出去后的子彈如何處理？直接Destroy嗎？這太浪費(fèi)了，要知道Unity的Mono內(nèi)存是不斷增長(zhǎng)的。就是說(shuō)出了Unity內(nèi)部的那些網(wǎng)格、貼圖等等資源內(nèi)存(簡(jiǎn)單說(shuō)就是繼承自UnityEngine下的Object的那些類(lèi))，而繼承自System下的Object的那些代碼產(chǎn)生的內(nèi)存即是Mono內(nèi)存，它只增不減。同樣，你不斷Destroy你的Unity對(duì)象也是要消耗性能去進(jìn)行回收，而子彈這種消耗品實(shí)在產(chǎn)生的太快了，我們必需加以控制。
那么，我們?nèi)绾慰刂剖沟貌恢劣诓粩喈a(chǎn)生新的內(nèi)存呢？答案就是自己寫(xiě)內(nèi)存池。自己回收利用之前創(chuàng)建過(guò)的對(duì)象。所以這個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，我們將重點(diǎn)放在寫(xiě)一個(gè)比較好的內(nèi)存池上。就我自己來(lái)講，在寫(xiě)一份較為系統(tǒng)的功能代碼之前，我考慮的首先不是這個(gè)框架是該如何的，而是從使用者的角度去考慮，這個(gè)代碼如何寫(xiě)使用起來(lái)才會(huì)比較方便，同樣也要考慮容易擴(kuò)展、通用性強(qiáng)、比較安全、減少耦合等等。
本文最后結(jié)果顯示如下：
3.4.1、從使用者視角給出需求
首先，我所希望的這個(gè)內(nèi)存池的代碼最后使用應(yīng)該是這樣的。
- Bullet a = Pool.Take<Bullet>(); //從池中立刻獲取一個(gè)單元，如果單元不存在，則它需要為我立刻創(chuàng)建出來(lái)。返回一個(gè)Bullet腳本以便于后續(xù)控制。注意這里使用泛型，也就是說(shuō)它應(yīng)該可以兼容任意的腳本類(lèi)型。
- Pool.restore(a);//當(dāng)使用完成Bullet之后，我可以使用此方法回收這個(gè)對(duì)象。注意這里實(shí)際上我已經(jīng)把Bullet這個(gè)組件的回收等同于某個(gè)GameObject（這里是子彈的GameObject）的回收。
使用上就差不多是這樣了，希望可以有極其簡(jiǎn)單的方法來(lái)進(jìn)行獲取和回收操作。
3.4.2、內(nèi)存池單元結(jié)構(gòu)
最簡(jiǎn)單的內(nèi)存池形式，差不多就是兩個(gè)List，一個(gè)處于工作狀態(tài)，一個(gè)處于閑置狀態(tài)。工作完畢的對(duì)象被移動(dòng)到閑置狀態(tài)列表，以便于后續(xù)的再次獲取和利用，形成一個(gè)循環(huán)。我們這里也會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)管理這兩個(gè)List，用于處理同一類(lèi)的對(duì)象。
接下來(lái)是考慮內(nèi)存池單元的形式，我們考慮到內(nèi)存池單元要盡可能容易擴(kuò)展，就是可以兼容任意數(shù)據(jù)類(lèi)型，也就是說(shuō)，假設(shè)我們的內(nèi)存池單元定為Pool_Unit，那么它不能影響后續(xù)繼承它的類(lèi)型，那我們最好使用接口，一旦使用類(lèi)，那么就已經(jīng)無(wú)法兼容Unity組件，因?yàn)槲覀冏远x的Unity組件全部繼承自MonoBehavior。接下來(lái)考慮這個(gè)內(nèi)存單元該具有的功能，差不多有兩個(gè)基本功能要有：
- restore();//自己主動(dòng)回收，為了方便后續(xù)調(diào)用，回收操作最好自己就有。
- getState();//獲取狀態(tài)，這里是指獲取當(dāng)前是處于工作狀態(tài)還是閑置狀態(tài)，也是一個(gè)標(biāo)記，用于后續(xù)快速判斷。因?yàn)榻涌谥袩o(wú)法存儲(chǔ)單元，這里使用變通的方法，就是留給實(shí)現(xiàn)去處理，接口中要求具體實(shí)現(xiàn)需要提供一個(gè)狀態(tài)標(biāo)記。
綜合內(nèi)存池單元和狀態(tài)標(biāo)記，給出如下代碼：
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、單元組結(jié)構(gòu)
接下來(lái)考慮單元組，也就是前面所說(shuō)的針對(duì)某一類(lèi)的單元進(jìn)行管理的結(jié)構(gòu)。它內(nèi)部有兩個(gè)列表，一個(gè)工作，一個(gè)閑置，單元在工作和閑置之間轉(zhuǎn)換循環(huán)。它應(yīng)該具有以下功能：
- 創(chuàng)建新單元；使用抽象方法，不限制具體創(chuàng)建方法。對(duì)于Unity而言，可能需要從Prefab克隆，那么最好有方法可以從指定的Prefab模板復(fù)制創(chuàng)建。
- 獲取單元；從閑置表中查找，找不到則創(chuàng)建。
- 回收單元；將其子單元進(jìn)行回收。
綜合單元組結(jié)構(gòu)的功能，給出如下代碼：
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>
/// 獲取一個(gè)閑置的單元，如果不存在則創(chuàng)建一個(gè)新的
/// </summary>
/// <returns>閑置單元</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>
/// 歸還某個(gè)單元
/// </summary>
/// <param name="unit">單元</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>
/// 設(shè)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、內(nèi)存池結(jié)構(gòu)
內(nèi)存池是一些列單元組的集合，它主要使用多個(gè)單元組具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)存單元的回收利用。同時(shí)把接口盡可能包裝的簡(jiǎn)單，以便于用戶(hù)調(diào)用，因?yàn)橛脩?hù)只與內(nèi)存池進(jìn)行打交道。另外，我們最好把內(nèi)存池做成一個(gè)組件，這樣便于方便進(jìn)行初始化、更新（目前不需要，或許未來(lái)你需要執(zhí)行某種更新操作）等工作的管理。這樣，我們把內(nèi)存池結(jié)構(gòu)繼承自上個(gè)章節(jié)的BaseBehavior。獲得如下代碼：
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>
/// 緩沖池，按類(lèi)型存放各自分類(lèi)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>
/// 獲取一個(gè)空閑的單元
/// </summary>
public T takeUnit<T>() where T : class,UnitType
{
UnitList list = getList<T>();
return list.takeUnit<T>() as T;
}
/// <summary>
/// 在緩沖池中獲取指定單元類(lèi)型的列表，
/// 如果該單元類(lèi)型不存在，則立刻創(chuàng)建。
/// </summary>
/// <typeparam name="T">單元類(lèi)型</typeparam>
/// <returns>單元列表</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、組件化
目前為止，上述的結(jié)構(gòu)都沒(méi)有使用到組件，沒(méi)有使用到UnityEngine，也就是說(shuō)它們不受限使用于Unity組件或者普通的類(lèi)。當(dāng)然使用起來(lái)也會(huì)比較麻煩。由于我們實(shí)際需要的內(nèi)存池單元常常用于某種具體組件對(duì)象，比如子彈，那么我們最好針對(duì)組件進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，定制一種適用于組件的內(nèi)存池單元。同時(shí)也定制出相應(yīng)的單元組，組件化的內(nèi)存池結(jié)構(gòu)。
另外，由于閑置的單元都需要被隱藏掉，我們?cè)诮M件化的內(nèi)存池單元中需要設(shè)置兩個(gè)GameObject節(jié)點(diǎn)，一個(gè)可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)隱藏節(jié)點(diǎn)。當(dāng)組件單元工作時(shí)，其對(duì)應(yīng)的GameObject被移動(dòng)到可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)下方（當(dāng)然你也可以手動(dòng)再根據(jù)需要修改它的父節(jié)點(diǎn)）。當(dāng)組件單元閑置時(shí)，其對(duì)應(yīng)的GameObject也會(huì)被移動(dòng)到隱藏節(jié)點(diǎn)下方。
綜合以上，給出以下代碼：
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("運(yùn)行父節(jié)點(diǎn)")]
protected Transform m_work;
[SerializeField][Tooltip("閑置父節(jié)點(diǎn)")]
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
{
//單元狀態(tài)對(duì)象
protected Pool_UnitState m_unitState = new Pool_UnitState();
//父列表對(duì)象
Pool_UnitList<Pooled_BehaviorUnit> m_parentList;
/// <summary>
/// 返回一個(gè)單元狀態(tài)，用于控制當(dāng)前單元的閑置、工作狀態(tài)
/// </summary>
/// <returns>單元狀態(tài)</returns>
public virtual Pool_UnitState state()
{
return m_unitState;
}
/// <summary>
/// 接受父列表對(duì)象的設(shè)置
/// </summary>
/// <param name="parentList">父列表對(duì)象</param>
public virtual void setParentList(object parentList)
{
m_parentList = parentList as Pool_UnitList<Pooled_BehaviorUnit>;
}
/// <summary>
/// 歸還自己，即將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、內(nèi)存池單元具體化
接下來(lái)，我們將Bullet具體化為一種內(nèi)存池單元，使得它可以方便從內(nèi)存池中創(chuàng)建出來(lái)。
using UnityEngine;
using System.Collections;
using AndrewBox.Comp;
using AndrewBox.Pool;
public class Bullet : Pooled_BehaviorUnit
{
[SerializeField][Tooltip("移動(dòng)速度")]
private float m_moveVelocity=10;
[SerializeField][Tooltip("移動(dòng)時(shí)長(zhǎng)")]
private float m_moveTime=3;
[System.NonSerialized][Tooltip("移動(dòng)計(jì)數(shù)")]
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、內(nèi)存池的使用
最后就是寫(xiě)一把槍來(lái)發(fā)射子彈了，這個(gè)邏輯也相對(duì)簡(jiǎn)單。為了把內(nèi)存池做成單例模式并存放在單獨(dú)的GameObject，我們還需要另外一個(gè)單例單元管理器的輔助，一并給出。
using UnityEngine;
using System.Collections;
using AndrewBox.Comp;
using AndrewBox.Pool;
public class Gun_Simple : BaseBehavior
{
[SerializeField][Tooltip("模板對(duì)象")]
private GameObject m_bulletTemplate;
[System.NonSerialized][Tooltip("組件對(duì)象池")]
private Pool_Comp m_compPool;
[SerializeField][Tooltip("產(chǎn)生間隔")]
private float m_fireRate=0.5f;
[System.NonSerialized][Tooltip("產(chǎn)生計(jì)數(shù)")]
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>
/// 單例單元管理器
/// 你可以創(chuàng)建單例組件，每個(gè)單例組件對(duì)應(yīng)一個(gè)GameObject。
/// 你可以為單例命名，名字同時(shí)也會(huì)作為GameObject的名字。
/// 這些產(chǎn)生的單例一般用作管理器。
/// </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、總結(jié)
最終，我們寫(xiě)出了所有的代碼，這個(gè)內(nèi)存池是通用的，而且整個(gè)游戲工程，你幾乎只需要這樣的一個(gè)內(nèi)存池，就可以管理所有的數(shù)量眾多且種類(lèi)繁多的活動(dòng)單元。而調(diào)用處只有以下幾行代碼即可輕松管理。
m_compPool = Singletons.Get<Pool_Comp>("pool_comps");//創(chuàng)建內(nèi)存池
m_compPool.getList<Bullet>().setTemplate(m_bulletTemplate);//設(shè)置模板
Bullet bullet = m_compPool.takeUnit<Bullet>();//索取單元
bullet.restore(); //回收單元
最終當(dāng)你正確使用它時(shí)，你的GameObject內(nèi)存不會(huì)再無(wú)限制增長(zhǎng)，它將出現(xiàn)類(lèi)似的下圖循環(huán)利用。
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