cocos2dx[3.2](24)——内存管理机制

Posted 2020-09-09 时间的女儿

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了cocos2dx[3.2](24)——内存管理机制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

【参考】

http://zh.wikipedia.org/wiki/引用计数（引用计数——维基百科）

http://cn.cocos2d-x.org/tutorial/show?id=2300 （引用计数和自动释放池）

http://cn.cocos2d-x.org/tutorial/show?id=1331 （内存管理——绕不过去的坎）

http://blog.csdn.net/legendof1991/article/details/23360131 （内存优化）

https://github.com/chukong/cocos-docs/blob/master/manual/framework/native/v3/memory-management/zh.md （内存管理机制）

【内存管理机制】

在3.x版本，Cocos2d-x采用全新的根类 Ref ，实现Cocos2d-x 类对象的引用计数记录。引擎中的所有类都派生自Ref。

1、引用计数

引用计数的概念参考《维基百科》：http://zh.wikipedia.org/wiki/引用计数

Cocos2d-x 提供引用计数管理内存。

> 调用 retain() 方法：令其引用计数增1，表示获取该对象的引用权。

> 调用 release() 方法：在引用结束的时候，令其引用计数值减1，表示释放该对象的引用权。

> 调用 autorelease() 方法：将对象放入自动释放池。

> 当释放池自身被释放的时候，它就会对池中的所有对象执行一次release()方法，实现灵活的垃圾回收。

Cocos2d-x 提供 AutoreleasePool，管理自动释放对象。

> 当释放池自身被释放的时候，它就会对池中的所有对象执行一次release()方法。

核心类Ref：实现了引用计数。

//
/**
 * CCRef.h
 **/
    class CC_DLL Ref
    {
        public:
            void retain();      // 保留。引用计数+1
            void release();     // 释放。引用计数-1
            Ref* autorelease(); // 实现自动释放。
            unsigned int getReferenceCount() const; //被引用次数
        protected:
            Ref();          // 初始化
        public:
            virtual ~Ref(); // 析构
        protected:
            unsigned int _referenceCount; // 引用次数
            friend class AutoreleasePool; // 自动释放池
    };
 
 
/**
 * CCRef.cpp
 **/
    // 节点被创建时，引用次数为 1
    Ref::Ref() : _referenceCount(1)
    {
    }
 
    void Ref::retain()
    {
        CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");
        ++_referenceCount;
    }
 
    void Ref::release()
    {
        CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");
        --_referenceCount;
        if (_referenceCount == 0)
        {
            delete this;
        }
    }
 
    Ref* Ref::autorelease()
    {
        // 将节点加入自动释放池
        PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this);
        return this;
    }
//

Ref原理分析：

> 当一个 Ref 初始化（被new出来时），_referenceCount = 1；

> 当调用该 Ref 的 retain() 方法时，_referenceCount++；

> 当调用该 Ref 的 release() 方法时，_referenceCount--。

> 若 _referenceCount 减后为0，则 delete 该 Ref。

2、retain() 和 release() 使用

下面一段简单的例子来学习 retain() 和 release() 的使用。

//
    TestObject* obj1 = new TestObject("testobj1");
    CCLOG("obj1 referenceCount=%d",obj1->getReferenceCount());
     
    obj1->retain();
    CCLOG("obj1 referenceCount=%d",obj1->getReferenceCount());
     
    obj1->release();
    CCLOG("obj1 referenceCount=%d",obj1->getReferenceCount());
     
    obj1->release();
//

控制台显示的日志如下：

cocos2d: TestObject:testobj1 is created

cocos2d: obj1 referenceCount=1

cocos2d: obj1 referenceCount=2

cocos2d: obj1 referenceCount=1

cocos2d: TestObject:testobj1 is destroyed

通过例子和打印结果可以看到：

> obj1对象创建后，引用计数为1；

> 执行一次retain()后，引用计数为2；

> 执行一次release()后，引用计数回到1；

> 再执行一次release()后，对象会被释放掉。

因此：

> 我们可以调用retain()方法，令其引用计数增1，表示获取该对象的引用权；

> 在引用结束的时候调用release()方法，令其引用计数值减1，表示释放该对象的引用权。

> 直到对象的引用计数为0，释放该对象。

3、autorelease() 使用

同样一段简单的例子来学习autorelease的使用，代码如下：

//
    TestObject* obj = new TestObject("testobj");
    CCLOG("obj referenceCount=%d",obj->getReferenceCount());
     
    obj->autorelease();
    CCLOG("obj is add in currentpool %s",PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->contains(obj)?"true":"false");
    CCLOG("obj referenceCount=%d",obj->getReferenceCount());
     
    obj->retain();
    CCLOG("obj referenceCount=%d",obj->getReferenceCount());
 
    obj->release();
    CCLOG("obj referenceCount=%d",obj->getReferenceCount());
 
    //obj in current pool will be release
    Director::getInstance()->replaceScene(this);
//

控制台显示的日志如下：

cocos2d: TestObject:testobj is created

cocos2d: obj referenceCount=1

cocos2d: obj is add in currentpool true

cocos2d: obj referenceCount=1

cocos2d: obj referenceCount=2

cocos2d: obj referenceCount=1

...

cocos2d: TestObject:testobj is destroyed

通过代码和打印结果，我们可以看到：

> obj对象创建后，引用计数为1；

> 执行一次autorelease()后，obj对象被加入到当前的自动释放池。

> obj对象的引用计数值并没有减1。

> 但是在下一帧开始前，当前的自动释放池会被回收掉，并对自动释放池中的所有对象执行一次release()操作。

> 当对象的引用计数为0时，对象会被释放掉。

> obj对象执行autorelease()后，我们对其执行了一组retain()和release()操作。

> 此时obj对象的引用计数为1，在场景切换后，当前的自动释放池被回收，

> obj对象执行一次release()操作引用计数减为0时，对象会被释放掉。

注意：autorelease()只有在自动释放池被释放时才会进行一次释放操作，如果对象释放的次数超过了应有的次数，则这个错误在调用autorelease()时并不会被发现，只有当自动释放池被释放时（通常也就是游戏的每一帧结束时），游戏才会崩溃。在这种情况下，定位错误就变得十分困难了。

例如，在游戏中，一个对象含有1个引用计数，但是却被调用了两次autorelease()。在第二次调用autorelease()时，游戏会继续执行这一帧，结束游戏时才会崩溃，很难及时找到出错的地点。

因此，我们建议在开发过程中应该避免滥用autorelease()，只在工厂方法等不得不用的情况下使用，尽量以release()来释放对象引用。

4、AutoreleasePool类使用

Cocos2d-x提供AutoreleasePool，管理自动释放对象。

下面一段简单的例子讲解AutoreleasePool的使用，代码如下：

//
    TestObject* obj2 = new TestObject("testobj2");
    CCLOG("obj2 referenceCount=%d",obj2->getReferenceCount());
     
    //use AutoreleasePool
    {
        AutoreleasePool pool;
     
        obj2->retain();
        CCLOG("obj2 referenceCount=%d",obj2->getReferenceCount());
     
        obj2->release();
        CCLOG("obj2 referenceCount=%d",obj2->getReferenceCount());
     
        obj2->autorelease();
        CCLOG("obj2 is add in pool %s",pool.contains(obj2)?"true":"false");
     
        TestObject *obj3 = new TestObject("testobj3");
         
        obj3->autorelease();
        CCLOG("obj3 is add in pool %s",pool.contains(obj3)?"true":"false");
    }
//

控制台输出日志如下：

cocos2d: TestObject:testobj2 is created

cocos2d: obj2 referenceCount=1

cocos2d: obj2 referenceCount=2

cocos2d: obj2 referenceCount=1

cocos2d: obj2 is add in pool true

cocos2d: TestObject:testobj3 is created

cocos2d: obj3 is add in pool true

cocos2d: TestObject:testobj2 is destroyed

cocos2d: TestObject:testobj3 is destroyed

通过代码和输出结果，可以看到：

> 创建了一个obj2对象，此时obj2对象的引用计数为1。

> 接着创建了一个自动释放池，对obj2对象执行retain()和release()操作后，执行autorelease()操作，此时obj2对象被加入到当前新建的自动释放池中。

> 接着新建了obj3对象，并执行autorelease()操作。同样obj3也被加入到当前新建的自动释放池中。

> 在代码块结束后，自动释放池被回收，加入自动释放池中的obj2和obj3执行release()操作，引用计数减为0，被释放销毁。

我们可以自己创建AutoreleasePool，管理对象的autorelease。

我们已经知道，调用了autorelease()方法的对象（下面简称"autorelease对象"），将会在自动释放池释放的时候被释放一次。虽然，Cocos2d-x已经保证每一帧结束后释放一次释放池，并在下一帧开始前创建一个新的释放池，但是我们也应该考虑到释放池本身维护着一个将要执行释放操作的对象列表，如果在一帧之内生成了大量的autorelease对象，将会导致释放池性能下降。因此，在生成autorelease对象密集的区域（通常是循环中）的前后，我们最好可以手动创建并释放一个回收池。

例如：

//
    // example of using temple autorelease pool
    {
        AutoreleasePool pool2;
        char name[20];
        for (int i = 0; i < 100; ++i)
        {
            snprintf(name, 20, "object%d", i);
            TestObject *tmpObj = new TestObject(name);
            tmpObj->autorelease();
        }
    }
//

总结：

> autorelease()的实质是将对象加入自动释放池，对象的引用计数不会立刻减1，在自动释放池被回收时对象执行release()。

> autorelease()并不是毫无代价的，其背后的释放池机制同样需要占用内存和CPU资源。

> 过多的使用autorelease()会增加自动释放池的管理和释放池维护对象存取释放的支出。

> 在内存和CPU资源本就不足的程序中使得系统资源更加紧张。

> 此时就需要我们合理创建自动释放池管理对象autorelease。

> 不用的对象推荐使用release()来释放对象引用，立即回收。

5、特殊内存管理

5.1、工厂方法 create()

在Cocos2d-x中，提供了大量的工厂方法创建对象。仔细看你会发现，这些对象都是自动释放的。

下面以 Label 的 create 方法为例，代码如下：

//
    Label* Label::create()
    {
        auto ret = new Label();
        if (ret)
        {
            ret->autorelease();
        }
        return ret;
    }
//

我们可以发现，创建了一个Label的对象，并对该对象执行autorelease()。表示该对象是自动释放的。细心的你会发放Layer/Scene/Sprite等类的 create() 方法都相同。

使用工厂方法创建对象时，虽然引用计数也为1，但是由于对象已经被放入了释放池，因此调用者没有对该对象的引用权，除非我们人为地调用了retain()来获取引用权，否则，不需要主动释放对象。

5.2、Node 的 addChild() / removeChild 方法

在Cocos2d-x中，所有继承自Node类，在调用 addChild 方法添加子节点时，自动调用了retain。对应的通过 removeChild，移除子节点时，自动调用了release。

调用addChild方法添加子节点，节点对象执行retain。子节点被加入到节点容器中，父节点销毁时，会销毁节点容器释放子节点。对子节点执行release。如果想提前移除子节点我们可以调用removeChild。

在Cocos2d-x内存管理中，大部分情况下我们通过调用 addChild/removeChild 的方式自动完成了retain,release调用。不需再调用retain，release。

【内存优化】

1、内存优化原理

为优化应用内存使用，开发人员首先应该知什么最耗应用内存，答案就是纹理！ 纹理几乎会占据90%应用内存。所以尽量最小化应用的纹理内存使用，否则应用很有可能会因为低内存而崩溃。

本节介绍Cocos2d-x游戏通用的两条内存优化原理指导。

1.1、认识瓶颈寻找方案

什么样的纹理最耗应用内存？或这些纹理会消耗多少内存？

当然这个不用手动计算，只需猜测。工具在这里已经准备好了，使用的是苹果的工具“Allocation & Leaks”。你可以在Xcode中长按“Run”命令，选择“ Profile ”来启动这两个工具。

如下所示：

技术分享

使用Allocation工具可以监控应用的内存使用，使用Leaks工具可以观察内存的泄漏情况。

此外还可用一些代码获取游戏内存使用的其他信息。

如下所示：

//
    Sprite* bg = Sprite::create("HelloWorld.png");
    bg->setPosition(240, 160);
    this->addChild(bg);
 
    CCLOG("%s", Director::getInstance()->getTextureCache()->getCachedTextureInfo().c_str());
//

调用这个代码后，游戏便会在DEBUG模式运行，这时你会在Xcode控制台窗口看到一些格式工整的日志信息。

//
    cocos2d: "****/HelloWorld.png" rc=2 id=3 480 x 320 @ 32 bpp => 600 KB
    "/cc_fps_images" rc=5 id=2 999 x 54 @ 16 bpp => 105 KB
    TextureCache dumpDebugInfo: 2 textures, for 705 KB (0.69 MB)
//

从上可以看到会显示纹理的名称、引用计数、ID、大小及每像素的位数。最重要的是会显示内存的使用情况。如“cc_fps_images”指消耗了105KB内存，而“HelloWorld.png”消耗了600KB内存。

1.2、切勿过度优化

这是一个通用的优化规则。在优化过程中，应该做一些权衡取舍。因为有时候图像质量和图像内存使用是处于两级的状态。千万不要过度优化！

2、内存优化水平

在此将ccos2d-x内存优化分为：三个等级。

每个等级都有不同的说明，策略也有点不一样。

2.1、客户端等级

这是最重要的的优化等级。因为我们要在Cocos2d-x引擎顶层编译游戏，引擎自身会提供一些优化选项。在这个等级我们可以进行大部分优化。简而言之，我们可以优化纹理、音频、字体及粒子的内存使用。

第一： 看纹理优化,为了优化纹理内存使用，必须知道什么因素对纹理内存使用的影响最大。主要有3个因素会影响纹理内存，即纹理格式（压缩还是非压缩）、颜色深度和大小。我们可以使用PVR格式纹理减少内存使用。推荐纹理格式为pvr.ccz。纹理使用的每种颜色位数越多，图像质量越好，但是越耗内存。所以我们可以使用颜色深度为RGB4444的纹理代替RGB8888，这样内存消耗会降低一半。此外超大的纹理也会导致内存相关问题。所以最好使用中等大小的纹理。

第二： 音频优化,3个因素会影响音频文件的内存使用，即音频文件数据格式、比特率及采样率。推荐使用MP3数据格式的音频文件，因为android平台和ios平台均支持MP3格式，此外MP3格式经过压缩和硬件加速。背景音乐文件大小应该低于800KB，最简单的方法就是减少背景音乐时间然后重复播放。音频文件采样率大约在96-128kbps为佳，比特率44kHz就够了。

第三：字体和粒子优化,在此有两条小提示：使用BMFont字体显示游戏分数时，请尽可能使用最少数量的文字。例如只想要显示单位数的数字，你可以移除所有字母。至于粒子，可以通过减少粒子数来降低内存使用。

2.2、引擎等级

需要 OpenGL ES 及游戏引擎高手。

2.3、C++语言等级

在这个等级中，建议是编写无内存泄露代码。遵循Cocos2d-x内置的内存管理原则，尽量避免内存泄露。

3.、提示和技巧

(1) 一帧一帧载入游戏资源

(2) 减少绘制调用，使用“Auto-batching”自动批处理。

(3) 载入纹理时按照从大到小的顺序

(4) 避免高峰内存使用

(5) 使用载入屏幕预载入游戏资源

(6) 需要时释放空闲资源