Version: 2018.4
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性能分析

谈到性能就不得不提如何监测性能。首先监测应用的性能,分析并发现其性能消耗点,然后根据项目的技术和资源架构对性能进行分析。

注意:本章节提及的原生代码性能分析跟踪中使用的方法名称出自 Unity 5.3。方法名称在 Unity 的后续版本中可能会发生变更。

工具

Unity 开发者可使用多种工具进行性能分析。Unity 有一套内置工具,如 CPU 性能分析器 (CPU Profiler)内存性能分析器 (Memory Profiler) 和新的 5.3 版内存分析器。

但是,最佳数据通常来自特定于平台的工具。这些工具包括:

  • 针对 iOS 平台的:__Instruments__ 和 XCode Frame Debugger

  • 针对 Android 平台的:__Snapdragon Profiler__

  • 针对 Intel CPU/GPU 平台的:__VTune__ 和 Intel GPA

  • 针对 PS4 平台的:__Razor__ 套件和 VR Trace

  • 针对 Xbox 平台的:__Pix__ 工具

这些工具通常在能使用 IL2CPP 生成 C++ 版项目的平台上利用率最高。这些原生代码版本提供了,在 Mono 下无法调用的透明的调用栈和高时域频度的方法调用。

Unity 已创建了使用 Instruments 来分析 iOS 游戏性能的基础指南;请参阅使用 Instruments 进行性能分析 (Profiling with Instruments)

解析启动跟踪

在查看启动时刻的跟踪记录时,需要关注两种关键方法。这两种方法是项目的配置、资源和代码可能影响启动时间的主要原因。

请注意,启动时间在不同平台上的表现方式不同。在大多数平台上,以静态启动画面的形式呈现给用户。

上图的截屏是 Instruments 跟踪的在 iOS 设备上运行的示例项目。在基于平台的 startUnity 方法中,请注意 UnityInitApplicationGraphicsUnityLoadApplication 方法。

UnityInitApplicationGraphics 执行大量内部工作,例如设置图形设备和初始化 Unity 的大量内部系统。此外,它还初始化资源系统 (Resources system)。为此,它必须加载资源系统包含的所有文件的索引。

每个“Resources”文件夹中的每个资源文件 (1)(注意: 这仅适用于项目“Assets”文件夹中名为“Resources”的文件夹,以及这些“Resources”文件夹中的所有子文件夹。)都作为资源系统的数据。因此,初始化资源系统所需的时间与“Resources”文件夹中的文件数量呈线性关系。

UnityLoadApplication 包含加载并初始化项目的第一个场景的方法。它包括反序列化并实例化显示第一个场景所需的所有数据,例如编译着色器、上传纹理和实例化游戏对象。此外,第一个场景中的所有 MonoBehaviour 都在此时执行 Awake 回调。

这就意味着,如果在项目的第一个场景中的 Awake 回调中存在任何执行时间很长的代码,那么该代码可能会导致项目的初始启动时间的延长。解决此问题的方法是删除这些运行速度慢的代码,或者在应用程序生命周期的其他地方执行该代码。

解析运行时跟踪

对于在初始化之后的性能分析跟踪而言,最需要关注的是 PlayerLoop 方法。这是 Unity 的主循环,该循环中的代码每帧运行一次。

上面的截屏来自 Unity 5.4 示例项目的性能分析运行结果,其中展示了 PlayerLoop 中几个最值得关注的方法。请注意,PlayerLoop 中的方法名称可能因 Unity 版本而异。

PlayerRender 是运行 Unity 渲染系统的方法。此方法进行的操作包括剔除对象、计算动态批次以及向 GPU 提交绘图指令。任何图像效果或基于渲染的脚本回调(例如 OnWillRenderObject)也在此时运行。通常情况下,当项目进行交互时,此方法应该对 CPU 时间的消耗最大。

BaseBehaviourManager 调用三个模板化版本的 CommonUpdate。这些调用的某些回调存在于当前场景中激活的游戏对象的 MonoBehaviour 中。

  • CommonUpdate<UpdateManager> 调用 Update 回调

  • CommonUpdate<LateUpdateManager> 调用 LateUpdate 回调

  • CommonUpdate<FixedUpdateManager> 调用 FixedUpdate(如果物理系统已勾选)

通常情况下,BaseBehaviourManager::CommonUpdate<UpdateManager> 是最值得关注和检查的方法族,因为它是 Unity 项目中运行的大多数脚本代码的入口点。

还有其他几个需要关注的方法:

UI::CanvasManager 如果项目使用 Unity UI,它将调用几个不同的回调。包括 Unity UI 的批量计算和布局更新;这两种操作是 CanvasManager 出现在性能分析器中的最常见原因。

DelayedCallManager::Update 运行协程。该内容在本文档的“协程”章节中有更详细的介绍。

PhysicsManager::FixedUpdate 运行 PhysX 物理系统。这主要涉及运行 PhysX 的内部代码,并受当前场景中物理对象(例如刚体和碰撞体)数量的影响。但是,基于物理系统的回调也会出现在此处,例如 OnTriggerStayOnCollisionStay

如果项目使用的是 2D 物理设置,那么会在 Physics2DManager::FixedUpdate 下显示为一组与上面相似的调用。

解析脚本方法

在使用 IL2CPP 进行跨平台编译调用脚本时,应查找包含 ScriptingInvocation 对象的跟踪行。它是将 Unity 的内部原生代码转换到脚本运行时以便执行脚本代码的命令 (2)(注意: 从技术上讲,在经过 IL2CPP 编译后,C#/JS 脚本代码也会成为原生代码。但是,这种交叉编译后的代码的方法主要通过 IL2CPP 运行时框架来执行,与手写的 C++ 不太一样)。

上图的截屏是另一个来自 Unity 5.4 运行的示例项目的跟踪记录。嵌套在 RuntimeInvoker_Void 行下面的所有方法都是每帧执行一次的交叉编译 C# 脚本的一部分。

跟踪行相当易读:每一行都是原始类的名称,后跟下划线和原始方法的名称。对于此跟踪示例,可以看到 EventSystem.UpdatePlayerShooting.Update 和其他几个 Update 方法。这些是 MonoBehaviour 中的常见的标准 Unity Update 回调。

展开这些方法的节点,可以准确发现其中的哪些方法正在消耗 CPU 时间。它包括项目中的其他脚本方法、Unity API 和 C# 库代码。

上面的跟踪记录显示了 StandaloneInputModule.Process 方法逐帧对整个 UI 进行射线投射判断,以便检测是否有任何触摸事件正在发生或激活了某些 UI 元素。主要消耗是迭代测试鼠标的位置是否在UI 元素的边界矩形内。

资源加载

CPU 跟踪记录中也可以识别出资源加载记录。标识资源加载的主要方法是 SerializedFile::ReadObject。此方法将二进制数据流(从文件)通过运行名为 Transfer 的方法连接到 Unity 的序列化系统中。可以在所有资源类型(例如纹理、MonoBehaviour 和粒子系统)上找到 Transfer 方法。

在上面的截屏中,正在加载场景文件。这需要 Unity 读取并反序列化场景中的所有资源,如 SerializedFile::ReadObject 中包含的各种调用 Transfer 的方法。

通常,如果在运行时期间看到性能不稳定,并且性能跟踪记录显示 SerializedFile::ReadObject 使用了大量时间,那么帧率降低的原因是由于资源加载。请注意,在大多数情况下,只有在通过 SceneManagerResources 或 AssetBundle API 来请求同步的资源加载时,才能在主线程上找到 SerializedFile::ReadObject

这种性能不稳问题的最常见的修正方式是,将资源加载异步进行(将资源消耗严重的 ReadObject 调用移到工作线程),或预加载某些大型资源。

请注意,在克隆对象(在跟踪记录中以 CloneObject 方法表示)时也会出现 Transfer 调用。如果在 CloneObject 调用下面出现 Transfer 调用,该调用是不会从存储中加载资源的。而是将旧对象的数据传输到新对象。为此,Unity 会序列化旧对象,并将结果数据反序列化为新对象。

脚注

  • (1) 这仅适用于项目 Assets 文件夹中名为 Resources 的文件夹,以及这些 Resources 文件夹中的所有子文件夹。
  • (2) 从技术上讲,经过 IL2CPP 编译后,C#/JS 脚本代码也会成为原生代码。但是,这种交叉编译后的代码主要通过 IL2CPP 运行时框架来执行方法,与手写的 C++ 不太一样。

  • 2018–04–25 页面已修订并只进行了有限的编辑审查
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