[譯]Unity3D內存管理——對象池(Object Pool)
原文地址：C# Memory Management for Unity Developers (part 3 of 3)，
其實從原文標題可以看出，這是一系列文章中的第三篇，前兩篇講解了從C#語言本身優化內存和Unity3D Profiler的使用，都很精彩，有興趣的童鞋可以參考一下。
C# Memory Management for Unity Developers (part 1 of 3)
C# Memory Management for Unity Developers (part 2 of 3)
從一個簡單的對象池類開始說起
對象池背後的理念其實是非常簡單的。我們將對象存儲在一個池子中，當需要時在再次使用，而不是每次都實例化一個新的對象。池的最重要的特性，也就是對象池設計模式的本質是允許我們獲取一個“新的”對象而不管它真的是一個新的對象還是循環使用的對象。該模式可以用以下簡單的幾行代碼實現：
public class ObjectPool<T> where T : class, new() { private Stack<T> m_objectStack = new Stack<T>(); public T New() { return (m_objectStack.Count == 0) ? new T() : m_objectStack.Pop(); } public void Store(T t) { m_objectStack.Push(t); } }
很簡單，也很好地體現了該模式的核心。如果你不太理解”where T”，沒關係，稍後會解釋的。如何使用呢？很簡單，你只需要找到之前使用new操作符的表達式，例如：
void Update() { MyClass m = new MyClass(); }
然後將其替換爲New()和Store()。
ObjectPool<MyClass> poolOfMyClass = new ObjectPool<MyClass>(); void Update() { MyClass m = poolOfMyClass.New(); // do stuff... poolOfMyClass.Store(m); }
增加點複雜度
我是簡潔主義的忠實信徒，但就目前而言ObjectPool類或許過於簡單了。如果你搜索下用C#實現的對象池類庫，你會發現其中很多是相當複雜的。我們先暫停一下，仔細想想在一個通用的對象池中到底哪些是我們需要的，哪些是不需要的：
- 很多類型的對象被重新使用前，在某些情況下，需要被reset。至少，所有的成員變量都要設置成初始值。這可以在池中實現而不需要用戶處理。何時和如何重置需要考慮以下兩個方面：
- 重置是立即的（例如，在存儲對象時即重置）還是延遲的（例如，在對象被重新使用後重置）。
- 重置是被池管理（例如，對於被放入池中的對象來說是透明的）還是聲明池對象的類。
- 在上面的例子中，poolofMyClass池對象需要顯示申明在類級別作用域。顯然，當我們需要一個其它類型的對象池時就需要重新申明一個。或許我們可以實現一個對用戶透明。
- 創建管理所有類型池的ObjectPool。
- 一些對象池類庫管理了太多種類的可怕的資源（如內存，數據庫連接，遊戲對象，外部資產等）。這無疑增加了對象池的代碼複雜度。
- 某些類型的資源是很珍貴的（如數據庫連接），池需要顯示上限並提供一個針對分配對象失敗的安全措施；
- 當池中對象很多卻很少使用時，或許需要收縮的功能（不管是自動的還是強制的）。
- 最後，池可以被多個線程共享，因此需要實現爲線程安全的。
那麼其中那些是必需的呢？你的答案或許和我的不一樣，但請允許我闡述我的觀點：
- 重置是必需的。但是正如你將在下面看的那樣，我並沒有強制到底是在池中還是被管理類中處理重置邏輯。你可能兩種都需要，之後的代碼中我將向你展示各自兩個版本。
- Unity強制限制多線程。你可以在主線程中定義工作者線程，但只有主線程可以調用Unity API。以我的經驗看來，我們並不需要將池實現爲支持多線程。
- 僅個人而言，我並不介意每次爲一個類型申明一個新的池。可選的方案是採用單例模式：創建一個新的對象池並放置於存儲池的字典中，該字典放置在一個靜態變量中。爲了安全使用，你需要將將你的對象池實現爲支持多線程。但就我看到的對象池而言沒有一個是100%安全的。
- 在本篇文章中我重點處理內存。其它類型資源池也是很重要的，但超出本篇文章的範圍。這很大程度上減少了以下的需求：
- 不需要一個作限制用的最大值。如果你的遊戲使用太多的資源，你已經陷入麻煩了，對象池也救不了你。
- 我們也可以假設沒有其它進程等待你儘快釋放內存。這就意味着重置可以是延遲的，也不需要提供收縮功能。
基本的實現初始化和重置的池(A basic pool with initialization and reset)
修訂後的版本如下：
public class ObjectPool<T> where T : class, new() { private Stack<T> m_objectStack; private Action<T> m_resetAction; private Action<T> m_onetimeInitAction; public ObjectPool(int initialBufferSize, Action<T> ResetAction = null, Action<T> OnetimeInitAction = null) { m_objectStack = new Stack<T>(initialBufferSize); m_resetAction = ResetAction; m_onetimeInitAction = OnetimeInitAction; } public T New() { if (m_objectStack.Count > 0) { T t = m_objectStack.Pop(); if (m_resetAction != null) m_resetAction(t); return t; } else { T t = new T(); if (m_onetimeInitAction != null) m_onetimeInitAction(t); return t; } } public void Store(T obj) { m_objectStack.Push(obj); } }
該實現非常簡單直白。參數T被指明爲”where T:class,new()”，意味着有兩個限制。首先，T必須爲一個類（畢竟，只有引用類型需要被obejct-pool）；其次，它必須要有一個無參構造函數。
構造函數將池可能的最大值作爲第一個參數。另外兩個是可選的閉包，如果傳入值，第一個閉包將用來重置池，第二個初始化一個新的對象。除了構造函數外，ObjectPool<T>只有兩個方法：New()和Store()。因爲池使用了延遲策略，主要的工作在於New()。其中，新的和循環使用的對象要麼被實例化，要麼被重置，這兩個操作通過傳入的閉包實現。以下是池的使用方法：
class SomeClass : MonoBehaviour { private ObjectPool<List<Vector3>> m_poolOfListOfVector3 = //32爲假設的最大數量 new ObjectPool<List<Vector3>>(32, (list) => { list.Clear(); }, (list) => { //初始化容量爲1024 list.Capacity = 1024; }); void Update() { List<Vector3> listVector3 = m_poolOfListOfVector3.New(); // do stuff m_poolOfListOfVector3.Store(listVector3); } }
被管理類型自重置的池(A pool that lets the managed type reset itself)
上述的對象池實現了基本功能，但還是有瑕疵。它將初始化和重置對象在對象定義中分開了，在一定程度了違反了封裝原則。導致了緊耦合，這是需要儘可能避免的。在上述SomeClass中，我們是沒有真正的替代方案的，因爲我們不能修改List<T>的定義。然而，當你用自定義類時，你可以實現IResetable接口作爲代替。對應的ObjectPoolWithReset<T>也可以不需要指明兩個閉包了（請注意，爲了靈活性我還是留下了）。
public interface IResetable { void Reset(); } public class ObjectPoolWithReset<T> where T : class, IResetable, new() { private Stack<T> m_objectStack; private Action<T> m_resetAction; private Action<T> m_onetimeInitAction; public ObjectPoolWithReset(int initialBufferSize, Action<T> ResetAction = null, Action<T> OnetimeInitAction = null) { m_objectStack = new Stack<T>(initialBufferSize); m_resetAction = ResetAction; m_onetimeInitAction = OnetimeInitAction; } public T New() { if (m_objectStack.Count > 0) { T t = m_objectStack.Pop(); //自行重置 t.Reset(); if (m_resetAction != null) m_resetAction(t); return t; } else { T t = new T(); if (m_onetimeInitAction != null) m_onetimeInitAction(t); return t; } } public void Store(T obj) { m_objectStack.Push(obj); } }
集體重置池(A pool with collective reset)
有一些類型不需要在一系列幀中存留，僅在幀結束前就失效了。在這種情況下，我們可以在一個合適的時機將所有已經池化的對象(pooled objects)再次存儲於池中。現在，我們重寫該池使之更加簡單高效。
public class ObjectPoolWithCollectiveReset<T> where T : class, new() { private List<T> m_objectList; private int m_nextAvailableIndex = 0; private Action<T> m_resetAction; private Action<T> m_onetimeInitAction; public ObjectPoolWithCollectiveReset(int initialBufferSize, Action<T> ResetAction = null, Action<T> OnetimeInitAction = null) { m_objectList = new List<T>(initialBufferSize); m_resetAction = ResetAction; m_onetimeInitAction = OnetimeInitAction; } public T New() { if (m_nextAvailableIndex < m_objectList.Count) { // an allocated object is already available; just reset it T t = m_objectList[m_nextAvailableIndex]; m_nextAvailableIndex++; if (m_resetAction != null) m_resetAction(t); return t; } else { // no allocated object is available T t = new T(); m_objectList.Add(t); m_nextAvailableIndex++; if (m_onetimeInitAction != null) m_onetimeInitAction(t); return t; } } public void ResetAll() { //重置索引 m_nextAvailableIndex = 0; } }
相比於原始的ObjectPool<T>，改動還是蠻大的。先不管類的簽名，可以看到，Store()已經被ResetAll()代替了,且僅在所有已經分配的對象需要被放入池中時調用一次。在類內部，Stack<T>被List<T>代替，其中保存了所有已分配的對象（包括正在使用的對象）的引用。我們也可以跟蹤最近創建或釋放的對象在list中索引，由此，New()便可以知道是創建一個新的對象還是重置一個已有的對象。
推薦一個更加成熟的插件——PoolManager 宣雨凇有講 http://www.xuanyusong.com/archives/2974