在FPS游戏中,射击会生成子弹,在命中敌人后子弹会被销毁,那么会导致子弹对象频繁地创建和销毁,会造成运行效率降低且会产生内存碎片问题,而对象池模式可以很好地解决这个问题。
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问题提出
正如引言所说,FPS游戏中射击会频繁地创建和销毁子弹,导致效率降低且产生大量的内存碎片。
同时,按照设计模式的原则,我们需要遵守开放封闭原则,我们希望对象池除了应用在子弹创建和销毁中,还可以应用在其他场景下,即复用我们的对象池抽象类与对象池中对象的抽象类,且对于新增场景,只需要增加相应的对象池实现类与对象池中对象的实现类,而不需要修改抽象类中的代码。
概述
根据上文我们提到的需要,对象池模式的UML类图设计如下。
Abstract Object Pool
抽象的对象池类,其保存了对象池的大小,以及所有的抽象的目标对象。用户可以通过GetObject
从对象池中获取一个可用的对象。Concrete Object Pool
具体的对象池类,根据要保存的对象类型,创建特定的对象数组,并进行相应的初始化。Abstract Pool Actor
抽象的目标类,inUse
标记其是否被使用,我们从对象池中取出一个目标使用,需要通过SetInUse(true)
来进行相应的设置,比如对于子弹我们要让其可见、开启碰撞、设置初速度等,当目标被还给对象池(可能是主动还,可能是超时还),需要通过SetInUse(false)
来还原为初始设置,比如让子弹不可见、关闭碰撞、设置0速度等。Concrete Pool Actor
具体的目标类,需要重写SetInUse
、构造函数和析构函数,因为不同的目标类,他需要初始化的东西不同,析构释放的资源也可能不同。
问题解决
下面我们应用对象池解决上面子弹的问题
(1) 创建一个 BP_PooledActor
的目标抽象类其有属性 inUse
,TimeToLive
、TimeToLiveTimer
后两个属性用于超时返还到对象池中。
自定义事件 CS_SetInUse
如果传入真,关闭碰撞、关闭Tick、隐藏于游戏,设置一个定时器来超时返还。
(2)创建一个 AC_ObjectPool
组件,其有属性 PoolSize
、TimeToLive
、ObjectPool
、PooledActorClass
,ObjectPool
是一个数组保存目标,PooledActorClass
保存目标类的类型。
自定义事件 CS_InitializePool
用来初始化对象池,根据 PoolSize
创建目标对象加入对象池
定义函数 F_FindFirstAvailable
用于找到可用的目标对象
定义函数 F_SpawnFromPool
用于用户从对象池中获取目标对象
(3)创建 FirstPersonProjectile
子弹类,其父类为 BP_PooledActor
重写 CS_SetInUse
,加入设置投射组件速度和激活/关闭粒子系统
在 Hit 事件中,CS_SetInUse(false)
返还给对象池。
(4)在角色类中,加入 AC_ObjectPool
组件,那么就可以在开火的时候使用子弹对象池中的子弹了
总结
优点:
- 减少频繁创建和销毁对象的开销,提高系统性能。
- 控制资源的最大使用量。
缺点:
- 需要正确管理对象的状态重置,避免状态泄露。
- 增加了复杂性,需要谨慎管理对象生命周期。
- 需要我们评估一个合理的资源的最大使用量,过大会导致额外的内存开销,过小可能会导致错误(需要更复杂的处理手段)
适用场景:
对象池适用于我们需要频繁创建和销毁一个对象,且创建销毁开销较大的场景,以帮助我们减少创建销毁的次数,提升性能,同时减少内存碎片。
上面提到的对象池用法比较初级,更深入地对象池使用还有根据对象池使用情况,动态地增减对象池中的对象。