Unity性能优化—数据集合的最佳使用
发表于2018-11-12
这篇文章的主要目标是：详细的理解Unity常用集合中的Array、List、和Dictionaries，让你的游戏运行速度快十倍。
我应该使用Array吗？我应该使用List吗？噢 ，等等，或者使用Dictionaries？
为什么我的循环花了那么长时间呢？ ?
在我代码中看不到任何的错误，那么为什么我的代码执行那么慢？
为什么查找我想要的对象话费那么长时间？
我看不到任何的GC（垃圾回收器）处理，然而我的游戏为什么那么的延迟？
“这些是我们在开发一个游戏的时候经常遇到的一些常见问题。”
但正是这些常见问题最让游戏开发者苦恼了！
几毫秒的延迟就可以让游戏开发者失去理智！
最终，我们总是推卸责任喊道：“这个是引擎的错误，我的代码是完美的！”
那好吧，这并非总是如此，只是有的时候我们不正确使用数据结构中的集合造成的，且心里咒骂着：“集合是如此的慢！”
在应用程序中，我们一般通过以下两种方式去管理相邻对象组：
1.通过创建对象数组（Array）
2.通过创建对象的集合
我们应该记得每一种集合的具体用法，以及它的优点和缺点，并且知道在什么情况下使用它是最佳的。
在文章中，我将列举在Unity中所有常用的数组，这样有利于你更好的理解集合。
什么是集合？
集合是特殊的类用于数据的存储和检索，集合类通常是用来为元素动态的分配内存，并且通过下标索引来访问列表里的每一个元素等等。
这些类创建Object类的对象的集合，在C#中所有数据类型的基类是Object类。集合可以根据应用程序的请求动态的扩展和缩减，这就是集合的主要优势。
集合使得内存管理和数据管理的过程变得相当简单。
那么，在Unity中常用的集合有哪几个呢？
在Unity中Dictionary（字典） 和 List（列表）是最常用的集合，让我给初学者对于Dictionary（字典） 和 List（列表）的一些基本概念。如果知道的朋友可以跳过。
1、List
C#List< T >类代表一个强大的List类型（其实就是泛型List类）可以通过索引访问的列表对象，它可以存储没有指定类型的对象集合。它和其他集合一样都有以下功能：添加（Add），插入（Insert），移除（Remove），查找（Search）等等。
List的索引表示方式和Array一样，然后它的主要优势是动态的指定容器的大小。
例如，我们可以这样定义一个Object的List<>：
List<GameObject> myListOfGameObjects = new List<GameObject>();
2、Dictionary
Dictionary实际上是一个哈希表类型的替代品。
Dictionary代表一个键值对。
例如，如果5代表Red，10代表Green，我们便在Dictionary中通过5键（Key）找到Red这个值（Value）。因此，我们如果想要找到Red这个值（Value），只要记住5这个键（Key）即可。
那么，Dictionary是怎么查找数据的呢？
例如，我们可以这样定义一个Dictionary对象：
//Dictionary<int, String>: //in this example ‘int’ is key and ‘String’ is value.（翻译：在这个例子中，“int”是键，“String”是值）
Dictionary<int,String> myDictionary = new Dictionary<int, String>();
现在，这篇文章的主要目标是关于优化使用集合，而不是学习集合，因此我们将忽略集合的学习。
但是，如果你想要详细的学习它，你可以下面的链接，这将会帮你更详细的学习集合的概念：
1. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ybcx56wz.aspx
2. http://www.dotnetperls.com/
3. http://www.tutorialspoint.com/csharp/csharp_collections.htm
集合是怎么影响游戏的呢？
让我们一起看一个例子，并且理解集合石怎么影响我们的游戏的。
1. 在Unity中依照下面方式来设置场景
a) 创建一个空的游戏物体（Empty Game），并且更改名字（你随意，在这里我命名为Test）
2. 创建一个脚本，并且命名为你喜欢的名字
a) 在这里我把命名为GenericCollectionsTest.cs
b) 我使用的是C#作为我的脚本语言，你也可以使用Javascript，如果你愿意的话。
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
public class GenericCollectionsTest : MonoBehaviour
｛
#region PUBLIC_DECLARATIONS
public int numberOfIterations = 10000000;
#endregion
#region PRIVATE_DECLARATIONS
private Stopwatch stopWatch;
private List intList;
private Dictionary intDictionary;
private int[] intArray;
#endregion
#region UNITY_CALLBACKS
void Start()
｛
stopWatch = new Stopwatch();
intArray = new int[numberOfIterations];
intList = new List();
intDictionary = new Dictionary();
AddFakeValuesInArray(numberOfIterations);
AddFakeValuesInList(numberOfIterations);
AddFakeValuesInDictionay(numberOfIterations);
｝
void Update()
｛
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
｛
PerformTest();
｝
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.S))
｛
SearchInList(111);
SearchInDictionary(numberOfIterations - 1);
UnityEngine.Debug.Log("SearchComplete");
｝
｝
#endregion
#region PRIVATE_METHODS
private void AddFakeValuesInArray(int iterations)
｛
for (int i = 0; i < iterations; i++)
｛
intArray[i] = Random.Range(0, 100);
｝
｝
private void AddFakeValuesInList(int iterations)
｛
for (int i = 0; i < iterations; i++)
｛
intList.Add(Random.Range(0, 100));
｝
intList[iterations - 1] = 111;
｝
private void AddFakeValuesInDictionay(int iterations)
｛
for (int i = 0; i < iterations; i++)
｛
intDictionary.Add(i, Random.Range(0, 100));
｝
intDictionary[iterations - 1] = 111;
｝
private void SearchInList(int value)
｛
#region FIND_IN_LIST
stopWatch.Start();
int index = intList.FindIndex(item => item == value);
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log("Index " + index);
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken to Find in List "+stopWatch.ElapsedMilliseconds +" ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
#region CHECK_IF_CONTAINS_VALUE_IN_LIST
stopWatch.Start();
bool containsValue = intList.Contains(value);
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log(containsValue);
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken To Check in List "+stopWatch.ElapsedMilliseconds +" ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
｝
private void SearchInDictionary(int key)
｛
#region FIND_IN_DICTIONARY_USING_REQUIRED_KEY
stopWatch.Start();
int value = intDictionary[key];
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log(("Time Taken to Find in Dictionary " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms"));
stopWatch.Reset();
#endregion
#region CHECK_IF_DICTIONARY_CONTAINS_VALUE
stopWatch.Start();
bool containsKey = intDictionary.ContainsKey(key);
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log(containsKey);
UnityEngine.Debug.Log("Time taken to check if it contains key in Dictionary" + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
｝
private void PerformTest()
｛
#region ARRAY_ITERATION
stopWatch.Start();
for (int i = 0; i < intArray.Length; i++)
｛
｝
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken By Array "+stopWatch.ElapsedMilliseconds + "ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
#region LIST_ITERATION
stopWatch.Start();
for (int i = 0; i < intList.Count; i++)
｛
｝
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken By List "+stopWatch.ElapsedMilliseconds + "ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
#region LIST_ITERATION_BY_FOREACH_LOOP
stopWatch.Start();
foreach (var item in intList)
｛
｝
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken By List Using foreach "+stopWatch.ElapsedMilliseconds + "ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
#region DICTIONARY_ITERATIOn_LOOP
stopWatch.Start();
foreach (var key in intDictionary.Keys)
｛
｝
stopWatch.Stop();
UnityEngine.Debug.Log("Time Taken By Dictionary "+stopWatch.ElapsedMilliseconds + "ms");
stopWatch.Reset();
#endregion
｝
#endregion
｝
3. 分解代码和理解代码
a) 让我们来分解这个代码，并且一步一步的理解代码
b) 在这里显示了一些数据，如下表所示：
| intArray | 一个int类型的数组（Array） |
| intList | 一个int类型的列表（List） |
| intDictionary | 一个键值都是int类型的字典（Dictionary） |
c) 现在，让我们来看看Start()方法
void Start()
｛
stopWatch = new Stopwatch();
intArray = new int[numberOfIterations];
intList = new List();
intDictionary = new Dictionary();
AddFakeValuesInArray(numberOfIterations);
AddFakeValuesInList(numberOfIterations);
AddFakeValuesInDictionay(numberOfIterations);
｝
d) 在这里，我初始化了数组（Array），列表（List），字典（Dictionary），并且为他们添加了一些随机值。
e) 正如你在代码中看到的，我创建了一个Private（私有的）方法为那些集合添加一些随机数。
f) 在这里我也使用了Stopwatch对象用来时间和性能测试，并且也在Start()里进行了初始化
g) 如果你还不知道Stopwatch是怎么运作的，在往后学习之前，先去了解它，这样有利于你接下来的理解。
h) 请参考以下链接：
http://www.dotnetperls.com/stopwatch
i) 现在让我们看一看PerformTest()方法
j) 我把该方法分为了4块，这样更有利于理解：
| ARRAY_ITERATION | 这里我们只遍历该数组 |
| LIST_ITERATION | 这里我们只使用简单的for循环遍历列表 |
| LIST_ITERATION_BY_FOREACH_LOOP | 这里我们使用foreach循环遍历列表 |
| DICTIONARY_ITERATION_LOOP | 这里我们遍历字典 |
k)正如你在Update()中看到，我们在按下“Space”键（空格键）时调用PerformTest()。
l)现在，我们将执行项目去测试一番。
为了获得性能的确切数据，我们让每一个种类型的数据集合迭代10万次。
m) 你的输出应该跟下面的图片一样：
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsF53B.tmp.png
n) 那么，这就意味着Array（数组）是最好的吗？我们应该只使用Array（数组）就行了嘛？不，不是这样的。正如我们之前说的那样，我们要有计划的使用集合。
o) 只是我们要明确我们的需要，按自己的需求指定需用的集合类型。
P) 让我们一起去了解一些，我们应该在什么情况下使用什么样的集合类型。
情况1：在整个游戏中，对象的数量保持不变
- 在这种情况下使用List（列表）和Dictionary（字典）是不合适的，很显然对象的数量没有改变。然而使用一个集合为什么会给内存和CPU造成额外的消耗呢？
- 在这里，Array（数组）的效率是List（列表）的两倍。
情况2：在游戏中对象的数量在不断的变化
- 我们从上面中了解到Array（数组）不是动态分配的，显然，我在这种情况下应该使用List（列表）。因为对象在持续的改变，所以List（列表）比Dictionary要快很多。
- List（列表）常用来管理对象池
- List（列表）比Dictionary（字典）快将近8倍左右
- 使用foreach循环来遍历List比使用for循环多消耗将近 3倍的时间（这个在《关于Foreach你不知道的事儿》 中有详细说明）。
所以这意味着我们应该完全停止使用字典吗？
不是的，让我们通过下面的例子更好的理解它。在代码中有两个方法SearchInList() 和 SearchInDictionary()。
通过下面表格进行了解：
| SearchInList() | 方法的第一部分是传递一个值给列表，然后在列表中去查找这个值，第二部分是判断这个列表是否存在该值，最后根据判断条件返回相应的布尔值 |
| SeatchInDictionary() | 方法的第一部分是根据这个传入的键去找到这个键对应的值，第二部分通过使用ContainsKey()方法判断这个方法里是否有指定的键 |
让我们在一次运行项目进行测试，且在运行中按下“S”键后看输出日志的显示。
输出将是这样的：
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsB87B.tmp.png
从上图中便能得知，使用Dictionary（字典）进行搜索几乎不消耗任何时间。
因此，如果在整个游戏运行的时候需要不断的寻找一些对象时，明智的选择就是选择使用Dictionary（字典）。
接受它吧，你的游戏不能没有集合！
是的，这是正确的。我们只需要知道在什么情况下使用什么类型的集合。
结论很简单，有三个基本原则：
1.当一个对象的数量保持不变时和需要频繁的查找对象时不要使用List（列表）。
2.如果是动态的对象，且不需要频繁查找对象时，使用List（列表）是最佳的选择。
3.需要快速查找，并且对象的改变很小时，使用Dictionary（字典）是最佳的选择。
4.当一个对象的数量保持不变时，使用Array（数组）是最佳的选择（自己添加的）
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