Unity UI 性能优化技术

注：本部分内容来自于我自己在《Unity3D 高级编程》阅读时做的读书总结，供学习参考；

优化技术 1：动静 UI 元素重构分离

为什么需要 UI 动静分离 Unity 中的 UGUI 和 NGUI 系统都是使用了基于网格构建的方式构建 UI 画面；在网格构建之后，都进行了网格合并的操作；

• 不合并 UI 网格，会导致更多的 draw call，合并操作可以减少 drawcall，提升性能；
• 问题
  • 无论当前 UI 元素是否会移动，只要当前有动态 UI 移动，就需要重构网格；
  • 一些静态的 UI 元素因为需要被合并的原因，也会被要求重构；

如何动静分离 核心点：将会移动的 UI 元素和不会动的 UI 元素分离开，减小部分 UI 元素的合并范围；

• 重绘制合并节点
  • UGUI：Canvas
  • NGUI：UIPanel
• 把动态的 UI 重新放置到一个新的重绘制合并节点上，静止的 UI 放在原本的节点上，实现动静网格重构分离；

优化技术 2：拆分冗余 UI

UI 元素过重 随着项目开发，一个 UI 当中被装入的东西可能会越来越多，在对 UI 进行实例化以及初始化时消耗的 CPU 也会很大，因此可以考虑将部分冗余或者过重的 UI 拆分出来；

拆分策略 核心点：把当前不需要使用的 UI 拆分成独立运作的界面，在需要展示使用的时候再调用其实例化；

• 甚至还可以考虑把拆分出来的 UI 再进行拆分，把部分点击之后的效果作为预制体进行存储，在需要使用的时候再加载；

优化技术 3：预加载 UI

UI 元素过于琐碎 对于 UI 过于厚重的问题，可以通过拆分的方式解决；但对于大量细碎、小的 UI 元素的加载，则很难通过拆分的方式进行后加载。此时可以考虑把这部分 UI 元素的加载时间提前，使其在场景加载时就完成 UI 元素的实例化；

预加载技术 把 UI 元素的实例化和初始化提前到游戏开始之前，然后再把其隐藏；当需要使用时再显示出来；

• 注意：预加载技术并没有减少任何 CPU 消耗，只是将 CPU 消耗的时间集中提前到了场景加载时；

优化技术 4：UI 图集的 Alpha 分离

为什么需要 Alpha 分离 UI 图集经常需要被压缩，压缩完之后可以减少 UI 的碎片化，减少 IO 读取，提升性能；但会导致画面效果变差，因为压缩时会把透明通道（Alpha）一并进行压缩。此时可以考虑单独把 Alpha 分离出来单独压缩，提升图像效果；

Alpha 分离技术

• UGUI 的 Alpha 分离已经由 Unity 自己完成；
• NGUI 的 Alpha 分离的原理，是将原本以 ETC 方式压缩的一张图，改为压缩一张没有 Alpha 的图和一张有 Alpha 的图；

优化技术 5：字体拆分

字体问题 项目中字体经常需要占用很大的空间，但并不是所有的字都会被经常使用；因此可以把部分 UI 所用到的常用字体拆分出来，提升 UI 性能；

如何拆分 根据场景、界面需要，从字体文件当中提取出当前场景需要的几个数字和字母，使其成为单独的字体文件；

优化技术 6：网格重构优化

Unity 网格重构机制 UGUI 只有将相同材质球的网格合并在一起，才能得到最好的效果；一个材质球对应一个图集，只有相同图集内的图片才需要合并在一起；

• UI 元素颜色更改
  • UGUI 中，当元素需改变颜色时，需要改变当前元素的顶点颜色，然后将其重新合并到整块网格里去；
  • 因此：颜色更改需要一次性合并重构网格；
• UI Alpha 更改
  • 和 UI 颜色一样；需要改变顶点的属性；
  • 改变顶点的属性需要一次性合并重构网格；

解决方法：建立独立的特殊材质球 当不希望在 UI 颜色改变时进行网格重构，可以单独建立一个特殊的材质球；

• 此材质球用于控制 UGUI，对这些改变颜色的 UI，使用自己的特殊材质球进行渲染；
• 当颜色动画对颜色和 Alpha 进行更改时，只改变自定义的材质球，把渲染工作交给了新的材质球，不需要重构网格；
  • 新的材质球的颜色和 Alpha 上的变化都是通过改变材质球属性来实现的，并不是通过 UGUI 设置顶点颜色来达到效果；
  • 减少了 UGUI 重构网格的消耗；

优化技术 7：UI 展示与关闭

一般的 UI 展示与关闭 不进行优化时的 UI 元素，展示经常对应成实例化，关闭经常对应成销毁；这两个动作都很消耗性能；

• 可以选择的策略：
  • 在关闭时选择隐藏节点而不是销毁；
  • 可以选择提前加载。打开时重新激活节点，而不进行实例化；

如何隐藏节点

• 移出屏幕比隐藏（关闭）的效果更好
  • 移出：使 UI 元素在相机渲染之外，但仍在当前 Canvas 节点下；
  • 需要注意的是：移出后还需要关闭和此 UI 元素相关的脚本更新内容；

优化技术 8：UI 元素使用对象池

对象池运作规则 对象池就是寄存了一些废弃对象的池子。当程序需要某对象时可以向对象池申请，可以对对象池中的废弃对象再利用，在结束使用后不进行销毁，而是继续保持在对象池当中，减少实例化、销毁的动作，进行内存的重复利用；

• UI 元素的很大一部分消耗，就是 UI 元素的重复实例化、销毁；

运用对象池的经验

• 当程序中有重复实例化并不断销毁的对象时，可以使用对象池对其进行优化；
• 每个需要使用对象池的对象都需要继承对象池的基类对象，这样在初始化时可以针对不同对象重载；
• 销毁对象时使用对象池提供的回收接口，不要重复回收对象，也不要错误的放弃回收；
• 场景结束时要及时销毁整个对象池，避免无意义的内存驻留，此时对象池已不适合新的场景了；

优化技术 9：UI 贴图设置优化

Unity 中的图片 无论导入的图片类型是 PNG 还是 JPG 类型，在 Unity 中导入并需要使用时，Unity 都会自动读取图片内容并生成一个自己格式的图片。对于这些重新生成的图片有很多内容可以进行设置并优化。

UI 贴图设置内容

• 是否需要 Alpha 通道；
• 是否需要进行 2 次方大小的修正；
• 是否去除读写权限；
  • 勾选拥有读写权限的图片会使得图片所占内存大一倍；
• 是否去除 Mipmap；
• 选择图片压缩格式；
  • 最高的色彩度是无压缩的
  • 其次是RGBA16，色彩少了部分，且有Alpha通道
  • 再次是RBG24，没有Alpha的全彩色
  • 之后是RGB16，色彩少了一半，且无Alpha通道
  • 再后是RGBA ETC2 8位和RGBA PVRTC 4位的带Alpha通道的压缩算法
  • 最差的是 RGBA ETC 2 4 和 RGB PVRTC 4 位的不带 Alpha 通道的压缩算法

优化技术 10：内存泄漏

两种常见内存泄漏

• 程序泄漏
  • GC 未能完整的识别需回收的垃圾而导致；
• 资源泄漏
  • 资源使用后没有被卸载；

Mono 内存管理机制

• Mono 介绍
  • Unity 中 CSharp 使用 Mono 作为虚拟机，因此 C Sharp 在编写一份后，可以生成中间语言后被各个平台的 Mono 单独解析，实现跨平台运行 CSharp 代码。因此 Mono 也承担了 CSharp 代码的内存管理的任务。
• Mono 内存管理
  • Mono 有其自己堆内存，其堆内存在运行时只会增加而不会减少；
  • 每次 CSharp 向 Mono 申请内存后都会在堆内存构成的内存池当中为其进行分配，在使用结束后再归还到池当中去；
  • 当池内存不足时，会自动进行扩容；扩容时会自动进行一次垃圾回收；
  • Mono 的垃圾回收
    • Mono 中的垃圾回收会暂停哪些需要使用 Mono 进行内存分配的线程；
    • 因此主游戏线程可能会因此卡顿；

IL2CPP 内存管理机制

• IL2CPP 介绍
  • Unity 中的 CSharp 在通过 CLR 翻译成 IL 代码后，会继续翻译成 CPP 代码；
    • 翻译生成 CPP 代码的过程由各个平台自己拥有的 CPP 编译器实现；
  • 因此 IL 2 CPP 的内存管理机制由各个平台的 VM 来进行实现；

资源泄露工具 1：MemoryProfiler 资源内存的泄漏大部分时由于加载后没有及时释放导致的；

• MemoryProfiler 可以快照内存的信息，并将其以文件的形式进行保存和加载；

性能分析工具：Unity 自带 MemoryProfiler 可以记录各个部分的资源使用情况；

• 检测当前场景当中不需要使用到的资源；这些资源就是泄漏的点；
• 注意：在 Editor 下编辑场景时，Unity 编辑器本身也会加载一些资源，来使其可以在 Scene 视图中被看到，此时这些资源已经可以被 MemoryProfiler 观测，需要判断这些资源是否真的是被泄漏

寻找泄漏资源技巧：通过资源名辨识泄漏物 再给美术资源命名的时候，额可以将其所属的游戏状态放在文件名当中；

• 比如贴图 stone.png 可以叫成 Room_stone.png

优化技术 11：针对机型性能优化

如何处理高低端机型的优化 面对不同的机型时，可以根据其性能为其评分，并按照评分得出的表现将机型分为高中低端机型；

1. UI 贴图质量：可以对高低机型使用两套 UI 贴图，一套无压缩，无缩小，还有一套则压缩了 UI 贴图；
2. 模型与特效区别对待：可以将模型分为多个等级，不同设备使用不同的模型等级。特效也类似，对于低端机型甚至可以删去部分非关键部位特效；
3. 阴影：可以使用 QualitySettings 来设置不同质量的阴影，甚至不使用阴影；
4. 贴图渲染质量：可以使用 Unity 中的 QualitySettings.masterTextureimit 的 API 来设置贴图的渲染质量；

优化技术 12：UI 图集拼接优化

优化策略 对 UI 图集优化可以减少很多浪费的空间，增加 CPU 工作效率； 几种 UI 图集优化方法：

1. 充分利用图集空间。将图片拼在一起时，尽量减少碎片空间，比如把大图分开来拼接，大图穿插小图。
2. 图集大小控制。如果不控制大小，容易出现 2048_2048 甚至 4096_4096 的像素的图，导致加载 UI 时异常卡顿。我们需要规范图集大小；
3. 图片的拼接归类。在没有归类的情况下，加载 UI 会加载一些不必要的图集，导致加载速度变慢，消耗过多内存。例如可以分为常用图集（各个界面都可能用到的）、功能图集（只在某个特定界面才用到的）等。

优化技术 13：GC 优化

1. 缓存变量；
2. 减少逻辑调用；
3. 清除链表；
4. 使用对象池；
5. 减少创建不必要的字符串、减少不必要的字符串操作；
6. 一处游戏中的 Log 日志函数代码；