Lua与Unity的内存优化技术

Posted 2022-11-30 海洋_

现在使用Unity开发，有许多Lua插件供选择：ulua，slua，xlua等等。开发使用Lua的目的是为了热更新，换句话说就是将游戏中可变的资源和逻辑一起进行更新。Lua作为一种脚本非常适合做这种事情，但是使用Lua并不像表面这么简单，这中间会涉及到虚拟机技术以及Lua和Unity之间的互调，内存的释放等等很多坑。这些问题如果搞不清楚就会出现游戏占用大量内存而不知所措，因为Lua并不适合于调试，所以遇到问题解决起来非常麻烦，本篇文章就从这几个技术点给读者介绍一下：
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虚拟机

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我们知道Lua是运行在虚拟机上的，虚拟机通过字面意思知道它是一种虚拟的设备，在对应虚拟机上运行，需要对字节码进行取指令，译码，执行，结果回写等操作，这些步骤和真实物理机器上的概念都很相似。相对应的二进制指令是在物理机器上运行，物理机器从内存中取指令，通过总线传输到CPU，然后译码、执行、结果存储。虚拟机分为基于栈的和基于寄存器的，Lua是基于寄存器的，而我们的Unity使用的.Net是基于栈的。本篇博客关于虚拟机讲解的很详细：https://blog.csdn.net/dashuniuniu/article/details/50347149
我们的Lua脚本在运行时也是基于虚拟机的，大家知道寄存器运行速度还是蛮快的，另外它的数据不需要来回传递，因为这些寄存器也是存储在内存上的。

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Unity与Lua交互注意事项

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很多开发者在使用Lua开发时，只知道逻辑的编写，并不关注其他事情，这样写的代码会出现内存泄露，举个例子：我们知道Unity释放内存使用的是GC，Lua使用的也是GC。这样就会导致Mono对象、Lua对象、Unity对象三者的释放流程难以把控，导致资源无法及时释放。有时我们找到了Lua的问题所在，但是如何优化也是一个问题等等。下面通过案例的方式给读者介绍:
我们在游戏开发时，通常的做法是使用C#封装接口，然后Lua去调用，当然Lua封装的接口，C#也可以调用，因为二者是互通的。我们只知道调用API，并不知道两个脚本交互的时候细节上的损耗到底有多大。比如下面代码：
transform.position = new Vector3(0,0,0);
transform.name = “Role”;
在C#里面是非常寻常的,也没啥消耗,但是Lua就不同了，Lua会因为字符串传递的消耗,因为C#与Lua在字符串这块的定义是不同的，另外，Lua会把Vector3当成table或者userdata处理，这样会导致问题的出现。所以，一定要避免在C#和Lua进行字符串频繁的传递，比如UI中的一些控件显示，不要用字符串传递，直接在C#里面组织好，然后通过LuaTable注册给UI操作table。
前面还涉及到Vector3的位移计算，这个也要避免在Lua中使用，因为C#是栈对象，Lua是堆对象，我们可以通过三个数字进行传递，避免Lua频繁的GC。
另外，transform.gameObject在Lua中使用有着比较严重的虚拟机交互过程，所以要尽量减少_index元运算，多用缓存把C#的一些对象保存起来。比如ObjectManager.GetInstance()在C#效率影响不大，在Lua这边整个全局变量保存起来。再介绍Lua与Unity之间的交互：
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Lua与Unity的内存释放

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我们在编程时Lua不仅要调用C#的接口，Lua也需要把对象传递给C#这边，在C#这边只是一个引用，内存占用小，但是Lua可能是一个UI界面的table或者函数调用，Lua的内存会增大，同时Lua的UI类还引用了不少C#的UI控件。换句话说，如果销毁一个UI界面，在C#这边不应该把对应的table以及注册到C#的回调函数注销掉，这样会导致Lua与C#相互持有内存的死锁状态。
比如，在项目开发中正常的UI打开如下所示：

粗线表示持有，细线表示应用，我们在释放资源时，首先调用C#的Destroy方法进行资源释放，同时确保Lua虚拟机没有ui table的引用，在Destroy函数中将ui的table置空。但是也有可能ui table是个全局变量或者其他ui持有，这样整个Lua和C#对象都将无法释放。我们继续思考如何释放掉C#对这个ui table的引用，有两种方法：方法一直接调用dispose方法；方法二，等待C#的GC，在LuaTable这个类的析构函数中对引用进行释放，因为资源是立即销毁的，推荐使用Dispose方法。如果C#的引用也为空，内存状态如下所示：

最后调用C#的GC方法，对象就被最终释放干净了。下面总结一下流程：
第一步：在C#中调用Destroy或者Unload方法，释放掉Unity的资源内存，这个大家都了解，经常使用。
第二步：lua代码对应的操作是将所有对应的table引用置空，当然没有引用是最好的，这一步就可以忽略了。
第三步：在C#这边使用Dispose掉table以及各种Lua的回调函数。
第四步：释放Lua的内存使用GC方法，通过_gc元方法释放掉C#的对象池中的对象引用，到第四步我们就完成了lua对象的释放工作。
第五步：将C#的所有对象的引用置空。
第六步：调用C#的GC 释放C#对象，这一步是将C#的对象释放完。

最后，如何检测lua的函数消耗和内存消耗，因为在Unity中提供了Profiler可以查看C#的GC消耗，但是Lua比较麻烦，有网友开发了一个类似Profiler用于lua检测工具推荐给大家：LuaProfiler-For-Unity