Unity消息系統(tǒng)

Unity有個(gè)消息系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)游戲運(yùn)行時(shí)腳本內(nèi)部方法的調(diào)用。這是個(gè)非常簡(jiǎn)單和容易理解的概念，特別對(duì)新用戶來(lái)說(shuō)。只需定義一個(gè)Update方法，便可以每幀調(diào)用該方法中的內(nèi)容。

一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的開(kāi)發(fā)者肯定會(huì)對(duì)此產(chǎn)生疑問(wèn)：
1.不清楚這個(gè)方法究竟是如何被調(diào)用的。
2.不清楚當(dāng)一個(gè)場(chǎng)景中有多個(gè)對(duì)象時(shí)，這些方法是如何調(diào)用順序。
3.這種代碼風(fēng)格不是十分智能。
UPDATE是怎么被調(diào)用的Unity并沒(méi)有使用System.Reflection進(jìn)行方法的定位。
取而代之的是，首先給定類(lèi)型的MonoBehaviour通過(guò)底層腳本進(jìn)行檢查，判斷腳本運(yùn)行過(guò)程中（無(wú)論是Mono或IL2CPP）是否有方法被定義，同時(shí)其中內(nèi)容有沒(méi)有被緩存。如果檢查到特定的方法，便將其添加到一個(gè)合適的列表中。例如，當(dāng)一個(gè)腳本中定義了Update方法后，這個(gè)腳本便被添加至一個(gè)需要每幀更新的腳本列表中。
在游戲過(guò)程中，Unity只需要重復(fù)執(zhí)行所有列表中的方法既可。所以，你的Update方法究竟是public還是private并不重要。UPDATE方法們的執(zhí)行順序是什么執(zhí)行順序由腳本執(zhí)行順序設(shè)置（Script Execution Order Settings）（菜單：Edit > Project Settings > Script Execution Order）決定。要手動(dòng)設(shè)置1000個(gè)腳本的執(zhí)行順序不是什么好主意，但是要微調(diào)某些特定腳本的執(zhí)行順序還是可以的。當(dāng)然，未來(lái)我們將會(huì)提供更加方便的方式來(lái)指定執(zhí)行順序，比如在代碼中使用一個(gè)特性（Attribute）。無(wú)法使用INTELLISENSE在Unity中，我們使用某類(lèi)IDE編譯C#腳本，這些IDE大多無(wú)法識(shí)別這些特定方法應(yīng)該在何處被調(diào)用。因此常會(huì)導(dǎo)致警告以及玳瑁導(dǎo)航困難。
一些開(kāi)發(fā)者用一個(gè)叫BaseMonoBehaviour或差不多名字的抽象類(lèi)擴(kuò)展MonoBehaviour，然后在他們的項(xiàng)目中的每個(gè)腳本里都擴(kuò)展這個(gè)類(lèi)。他們?cè)谄渲袑?xiě)了一些有用的功能以及一堆虛的特殊方法：這個(gè)結(jié)構(gòu)可以使你在代碼中使用MonoBehaviour時(shí)更有邏輯性，但存在一個(gè)小缺點(diǎn)。我打賭你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了……
你所有的MonoBehaviour都會(huì)儲(chǔ)存在Unity的內(nèi)部更新列表里，你所有的腳本都會(huì)在每幀里調(diào)用所有這些基本上什么也沒(méi)用的方法！
有人可能會(huì)問(wèn)為什么會(huì)有人關(guān)心一個(gè)空方法？因?yàn)檫@些從C++到托管C#的調(diào)用有成本上的開(kāi)銷(xiāo)。讓我們來(lái)看看成本為何。調(diào)用10000個(gè)UPDATE我為這篇文章在Github上創(chuàng)建了一個(gè)示例項(xiàng)目，大家可以前往以下鏈接下載：
https://github.com/valyard/Unity-Updates
它有兩個(gè)場(chǎng)景，可以通過(guò)點(diǎn)擊設(shè)備或在編輯器中按任意鍵互相切換：
(1) 在第一個(gè)場(chǎng)景中，使用下面這樣的代碼創(chuàng)建了10000個(gè)MonoBehaviour：(2) 在第二個(gè)場(chǎng)景中，創(chuàng)建了另外10000個(gè)MonoBehaviour。不過(guò)，不同的是，這個(gè)代碼中并不是只調(diào)用Update，而是像下面這樣，加入了一個(gè)由Manager腳本在每幀都調(diào)用一次的自定義UpdateMe方法。測(cè)試項(xiàng)目在兩臺(tái)iOS設(shè)備上被編譯為Mono以及IL2CPP，發(fā)布設(shè)置中都設(shè)為非開(kāi)發(fā)模式。它們的運(yùn)行時(shí)間記錄如下：
1.在第一次Update調(diào)用時(shí)設(shè)置一個(gè)Stopwatch (在Script Execution Order中配置)
2.在LateUpdate時(shí)停止Stopwatch
3.將獲得的計(jì)時(shí)時(shí)間均攤到幾分鐘上

Unity版本: 5.2.2f1
iOS版本: 9.0

Mono哇！好多時(shí)間！測(cè)試肯定哪里出了問(wèn)題！
實(shí)際上，我只是忘了把Script Call Optimization 設(shè)為Fast but no exceptions，但是現(xiàn)在我們能看到這種設(shè)置對(duì)性能的影響了……至于IL2CPP不必太在意。
Mono (fast but no exceptions)OK，這樣好多了，讓我們切換到IL2CPP。
IL2CPP這里我們發(fā)現(xiàn)兩件事情：
1.這個(gè)優(yōu)化對(duì)于IL2CPP同樣有用
2.IL2CPP仍有改進(jìn)空間，而且在寫(xiě)這篇文章的同時(shí)Scripting 與IL2CPP團(tuán)隊(duì)正在努力提高性能。比如，最新的Scripting分支內(nèi)包含的優(yōu)化可以讓測(cè)試運(yùn)行快35%。

我接下來(lái)就會(huì)介紹Unity在幕后做了些什么，但是現(xiàn)在讓我們修改下Manager代碼，將它提速5倍！接口調(diào)用，虛調(diào)用以及數(shù)組訪問(wèn)結(jié)果告訴我們，如果你想在每幀里都循環(huán)迭代擁有10000個(gè)元素的列表，那應(yīng)該使用數(shù)組而不是List，因?yàn)檫@樣生成的C++代碼會(huì)更簡(jiǎn)單，而數(shù)組訪問(wèn)就是要快很多的。
在下一個(gè)測(cè)試中，我把List<ManagedUpdateBehavior> 改為了ManagedUpdateBehavior[]。這看起來(lái)好多了！解救之道！我們發(fā)現(xiàn)了從C++調(diào)用C#函數(shù)較慢，不過(guò)讓我們?cè)傺芯肯庐?dāng)調(diào)用所有這些對(duì)象的Update方法時(shí)，Unity實(shí)際上做了些什么。最簡(jiǎn)單的方法就是使用Apple Instruments的Time Profiler。
注意這不是Mono與IL2CPP 的對(duì)比測(cè)試 — 討論的大多數(shù)內(nèi)容對(duì)Mono iOS構(gòu)建同樣適用。
我在iPhone6上用Time Profiler啟動(dòng)了測(cè)試項(xiàng)目，記錄了幾分鐘的數(shù)據(jù)，然后選擇了一分鐘檢視一次。從這行代碼開(kāi)始的所有東西我們都很感興趣：
void BaseBehaviourManager::CommonUpdate<BehaviourManager>()

如果你以前沒(méi)有使用過(guò)Instruments，右邊是按照?qǐng)?zhí)行時(shí)間排序的函數(shù)，以及它們調(diào)用的其他函數(shù)。最左邊的列是以毫秒為單位的CPU時(shí)間，以及這些函數(shù)及其調(diào)用的函數(shù)所占的CPU時(shí)間百分比。左邊第二列是函數(shù)自己的執(zhí)行時(shí)間。注意，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中Unity并沒(méi)有將CPU使用完，所以我們能看到在60秒間隔內(nèi)有10秒的CPU時(shí)間花在了我們的Update上。顯然，我們關(guān)心的是那些執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的函數(shù)。
用瘋狂的Photoshop技術(shù)，將一些區(qū)域做了顏色區(qū)分，以便你能明白到底發(fā)生了什么。
UpdateBehavior.Update()
在中間你能看到我們的Update方法，以及IL2CPP是如何調(diào)用它的 ——UpdateBehavior_Update_m18。但是Unity在那之前還做了很多其他事。
循環(huán)迭代所有的Behaviour
Unity循環(huán)迭代所有的Behaviour并執(zhí)行更新。特殊的迭代類(lèi)SafeIterator確保了即使移除了列表中的下一項(xiàng)，整個(gè)循環(huán)也不會(huì)中斷。僅僅是循環(huán)迭代所有已注冊(cè)的Behaviour就用了9979ms中的1517ms。
檢測(cè)調(diào)用是否有效
下一步，Unity做了一堆檢測(cè)，確保調(diào)用的方法是屬于某個(gè)已激活已初始化且Start方法已調(diào)用過(guò)的GameObject的。你肯定不希望在Update里銷(xiāo)毀一個(gè)GameObject時(shí)讓游戲崩潰，對(duì)吧？這些檢測(cè)花去了整個(gè)9979ms中的另外2188ms。
準(zhǔn)備調(diào)用方法
Unity創(chuàng)建了一個(gè)ScriptingInvocationNoArgs實(shí)例 (代表了一個(gè)從原生到托管的調(diào)用)以及ScriptingArguments，然后命令I(lǐng)L2CPP虛擬機(jī)調(diào)用方法（scripting_method_invoke函數(shù)）。這一步消耗了整個(gè)9979ms中的2061ms。
調(diào)用方法
scripting_method_invoke函數(shù)檢測(cè)傳入的參數(shù)是否有效（900ms），然后調(diào)用IL2CPP 虛擬機(jī)的Runtime::Invoke方法 (1520ms)。開(kāi)始時(shí)，Runtime::Invoke檢測(cè)方法是否存在 (1018ms)。而后，它調(diào)用一個(gè)生成的RuntimeInvoker函數(shù)獲取方法簽名（283ms）。接著再依次調(diào)用我們的Update函數(shù)，根據(jù)Time Profiler，這一步花了42ms。
一個(gè)漂亮的彩色表格。托管的更新現(xiàn)在讓那個(gè)我們?cè)?/span>Manager測(cè)試上使用下Time Profiler。你在屏幕截圖上可以看到，還是同樣的一些方法（有些方法因?yàn)閳?zhí)行時(shí)間少于1ms，甚至都沒(méi)出現(xiàn)），但是大部分的執(zhí)行時(shí)間實(shí)際上都花在了UpdateMe函數(shù)上（或者說(shuō)花在了IL2CPP調(diào)用ManagedUpdateBehavior_UpdateMe_m14上）。另外，IL2CPP還插入了一個(gè)null檢測(cè)，確保我們循環(huán)迭代的數(shù)組不會(huì)為null。
下面這個(gè)圖片使用了相同的顏色。所以，你現(xiàn)在怎么看，我們應(yīng)該忽略那小小的方法調(diào)用嗎？有關(guān)測(cè)試的幾句話老實(shí)說(shuō)，這個(gè)測(cè)試并不是完全公平的。Unity為了防止你的游戲出錯(cuò)或崩潰，做了很多了不起的事：這個(gè)GameObject是否已激活？它是否在Update循環(huán)中被銷(xiāo)毀了？對(duì)象上是否存在Update方法？怎么處理在這個(gè)Update循環(huán)中創(chuàng)建的MonoBehaviour？——我的Manager腳本沒(méi)有處理這其中任何一項(xiàng)，僅僅是循環(huán)迭代了一堆的對(duì)象，調(diào)用它們的Update而已。
在真實(shí)世界中，Manager腳本可能會(huì)更加復(fù)雜，執(zhí)行得更慢。但是，我是個(gè)開(kāi)發(fā)者——我知道我的代碼要做什么，我架構(gòu)我的Manger類(lèi)時(shí)，知道可能的行為是什么，什么不會(huì)出現(xiàn)在我的游戲中。而不幸的是，Unity并不知道這些。你應(yīng)該怎么做？當(dāng)然這完全視你的項(xiàng)目而定，但實(shí)戰(zhàn)中碰到一個(gè)游戲在單一場(chǎng)景中使用大量需要在每幀都執(zhí)行一些代碼的GameObject的情況并不少見(jiàn)。通常這看起來(lái)都是些不起眼的小代碼，似乎不會(huì)影響到任何東西，但當(dāng)其數(shù)量非常巨大時(shí)，調(diào)用幾千個(gè)Update方法的開(kāi)銷(xiāo)將變得顯著。這個(gè)時(shí)候再去修改游戲架構(gòu)，重構(gòu)這些對(duì)象為Manager樣式，可能已經(jīng)為時(shí)已晚。
你現(xiàn)在有數(shù)據(jù)了，在你開(kāi)始下一個(gè)項(xiàng)目時(shí)考慮下吧。