Unity性能优化 -- 性能分析工具

Stats窗口
Profiler窗口
Memory Profiler
其他性能分析工具（Physica Debugger 窗口，Import Activity 窗口，Code Coverage 窗口，Profile Analyzer 窗口，IMGUI Debugger 窗口）

Stats 统级数据窗口

game窗口

可以初步查看游戏运行时，当前一帧的各项性能

Audio表示音频的数据
Level表示声音强度，单位是分贝，也就是dB。声音太大或太小都会影响玩家体验。
DSP load表示数字信号处理器的负载。播放的声音越多、声音的采样率越高、声音效果越复杂，本变量的数值都会越大。应尽量避免这项数据过大。
Clipping表示音频的裁剪情况。当音频信号超过设备支持的最大范围时，该音频信号会被裁剪。裁剪之后，该音频会出现一定程度失真的现象。应尽量避免这项数据过大。
Stream load表示音频流的负载情况。音频的流式加载是指以持续的方式从音频源获取音频数据，而不是一次性加载全部数据。流式加载的主要优势是可以实时地处理和播放音频，无需等待全部数据加载完成。应尽量避免这项数据过大。
FPS表示帧率，209.5FPS（4.8ms）表示平均每秒播放209.5张画面，平均每4.8毫秒播放一张画面。
CPU的指标表示CPU处理一帧的时间。例如CPU:main 4.6ms render thread 0.5ms表示Unity的主线程处理这一帧所花费的时间是4.6毫秒，主线程主要负责游戏逻辑的更新，例如检测用户的输入、更新游戏对象的位置、碰撞检测等。在渲染线程处理这一帧所花费的时间是0.5毫秒，渲染线程负责显示游戏画面。
Batches表示处理的绘制调用（Draw Call）批次的总数。应尽量避免这项数据过大。
Saved by batching表示有多少个绘制调用（Draw Call）被合并到了批次。应尽量让这项数据大。
Tris表示当前摄像机视锥体的范围内三角面的个数。应尽量避免这项数据过大。
Verts表示当前摄像机视锥体的范围内网格顶点的个数。应尽量避免这项数据过大。
在3D建模软件中创建的模型导入到Unity后，该模型在Unity中显示的三角面和网格顶点的数量和在3D建模软件中的可能不同。因为3D建模软件和Unity对模型的三角面和网格顶点的计算方式可能是不一样的。
Screen表示当前的屏幕分辨率，以及屏幕的内存占用量。例如Screen：1920×1080 - 23.7MB表示当前屏幕分辨率是1920×1080，屏幕占用了23.7MB的内存。应尽量避免这项数据过大。
SetPass calls表示在当前摄像机的渲染过程中，Unity切换着色器通道（Shader Pass）来渲染游戏对象的次数。一个着色器（Shader）可以包含多个着色器通道，每个着色器通道可以通过不同的方式来渲染游戏对象。但每次切换着色器通道都会消耗一定的性能。应尽量避免这项数据过大。
Shadow casters表示摄像机画面中有多少个游戏对象产生了阴影。同一个游戏对象产生较多的阴影，可能会被算作多个Shadow casters 应尽量避免这项数据过大。
Visible skinned meshes表示当前摄像机中有多少个可见的蒙皮网格。应尽量避免这项数据过大。
Animation components playing表示当前场景中有多少个Animation组件正在播放动画。播放动画会消耗性能。应尽量避免这项数据过大。没用的Animator组件和Animation组件可以考虑删掉。因为即使只有空的动画，Animator组件和Animation组件也会根据自己的工作流程进行每帧的计算和更新，以检查当前动画状态和过渡条件，这样就会消耗不必要的性能。

Draw Call 是什么？

要将游戏中的物体显示到屏幕上，就需要绘制它们。绘制之前，会先由CPU计算出它们的位置、
颜色等信息，然后发送绘制指令给GPU。GPU接受到CPU发过来的绘制指令，就会按照要求绘制东西在屏幕上。

Draw Call是指CPU向GPU发送绘制指令的过程，一个Draw Call就是CPU向GPU发送的一组绘制指令，可以绘制出一个或多个物体。

Draw Call有时也被简称为DC

Draw Call太多会使游戏变卡，优化的时候可以想办法降低Draw Call。

要降低Draw Call，可以使用合批技术，例如动态合批和静态合批。将多个Draw Call合批成一个批次（Batch），再由CPU发送给GPU，这样可以提升游戏性能。

垂直同步

垂直同步用于将游戏的帧率限制为显示器的刷新率，可以防止游戏画面在高速移动时的画面撕裂现象，使游戏画面更加平滑和连贯。

如果不启用垂直同步，当游戏的帧率高于显示器的刷新率时，图像的一部分可能会在显示器刷新之前更新，导致画面上出现明显的断裂线。而启用垂直同步后，图形处理器会等待显示器完成一次完整的刷新，然后再发送下一帧图像，确保每个图像帧都在刷新之前完全绘制，从而消除了撕裂现象。

但是启用垂直同步会消耗一些性能，也可能会出现卡顿的现象，要根据自己的实际情况来决定是否启用。

网格蒙皮

网格用来定义一个模型的形状、大小和表面细节等信息，模型的所有顶点、线、面共同构成了这个模型的网格。蒙皮网格是一个与骨骼绑定的网格，这个网格可以发生形变和做出各种动作。一个网格在没有蒙皮之前是不能发生形变的，也不能做出各种动作的。但是在成功蒙皮之后，这个网格就可以发生形变和做出各种动作。

Profiler 窗口

打开方式： Window——Analysis——Profiler

使用性能分析器进行分析时，其自身也是会消耗性能的。如果想获得更加准确的数据，可以使用独立性能分析器，即Profiler(Standalone Process)。

打开Profiler(Standalone Process)窗口的方法：
Window——Analysis——Profiler(Standalone Process)

独立性能分析器的运行不会影响收集的数据，因此可以获得更加准确的数据。它的用法和Profiler窗口相同，但是启动它的时间比打开Profiler窗口的时间长。

打开Profiler窗口后，运行Unity，再点击Profiler窗口上方的圆形按钮，就会开始收集当前开始的每一帧的性能，再点一下那个圆形按钮，则会停止收集，此时就可以双击右上部分的一个位置选中一帧，然后看这一帧的情况，一般我们可以选择波峰的一帧，这样容易看出性能开销大的原因。也可以推动时间轴，或者点击上方圆形按钮右侧的三个按钮，查看其它帧的情况。上方的Frame表示当前正在查看的帧数以及收集的总帧数，例如Frame:738/963表示一共收集了963帧，当前查看的是第738帧。

每一项左侧的颜色方块表示该项是显示的，如果点击颜色方块，则右侧会隐藏该项的数据。

如果不要显示某个模块的数据，可以点击左上角的“Profiler Modules”，取消勾选它，这样在性能分析器收集数据的时候，也不会收集这些数据，可以减少性能分析器的开销。如果要重新显示某个模块的数据，则勾选它即可。点击Restore Defaults会恢复默认的设置。点击小齿轮，再点击Add，可以自定义一个新的模块，并自定义这个模块要分析的性能，且可以在上方的输入框处改名，然后点击Save Changes可以保存。如果要删除它，则点击Delete Module即可删除它，同样，点击Save Changes可以保存。

如果要清除当前收集的所有帧的数据，则可以点击上方的“Clear”。再次点击Profiler窗口上方的圆形按钮，就会开始收集当前开始的每一帧的性能，再点一下那个圆形按钮，则会停止收集，此时就可以双击右上部分的一个位置选中一帧，然后看这一帧的情况。

选中一帧后，除了可以在右侧看到这一帧的情况，还可以在下方看到这一帧更加具体的情况。

要找出造成性能开销的因素，可以尝试禁用场景中的游戏对象。如果禁用后，看到性能提升了，则说明问题出在这个游戏对象身上，优化的时候就可以从它身上下手。

点击圆形按钮左侧的下拉菜单，可以选择分析什么的性能。如果选择Play Mode，则会分析游戏在运行时的性能，如果选择Edit Mode，则会分析编辑器模式下游戏的性能。
如果用手机的数据线成功连接到电脑，在手机上运行Unity的游戏，这里会多出该手机设备供我们选择，我们就可以分析该手机设备上运行的Unity项目的性能。
也可以让手机和电脑都连接同一个wifi，这样一来，这里也会多出该手机设备供我们选择，我们就可以分析该手机设备上运行的Unity项目的性能。
注意，无论是用wifi还是数据线，构建项目时必须在Build Settings窗口中勾选Development Build和Autoconnect Profiler。

选择上方的Clear on Play，则在每次重新运行游戏的时候，都会清空收集的数据，以便我们重新开始收集这一次的数据。

如果要保存收集到的数据到本地，方便之后查看，可以点击右上方的图标来保存。右上方也有一个图标可以读取之前保存的数据。

选择上方的Deep Profile，然后重新启动性能分析器，则性能分析器收集数据的时候，会把所有C#代码中的方法的信息也收集过来。例如我们自己写的C#脚本，里面的方法只要被调用了，就会被收集过来，方便我们从性能分析器查看它们的性能。在Profiler窗口选择CPU Usage模块，选中一帧，然后在下面选择Hierarchy，右侧选择Main Thread，再在右侧的搜索栏处搜索该方法的名字，就可以找到它，并查看它的性能。
注意，使用Deep Profile会耗费较大的性能，可能会导致性能分析器的运行变慢。小项目这样做是可以的，但是如果项目较大，这样做可能会导致性能分析器运行过慢。如果要分析某一段代码的性能，可以使用Profiler.BeginSample方法和Profiler.EndSample方法。

选中Deep Profile右侧的Call Stacks按钮，这样在收集性能数据的时候，每一帧都会记录该方法的的调用栈信息。GC.Alloc、UnsafeUtility.Malloc、JobHandle.Complete是Unity的方法，启用Call Stacks且勾选它们后，如果Unity有调用它们，则可以在Hierarchy或Raw Hierarchy右侧的搜索框中搜索到它们，这样就可以查看它们的性能了。
GC.Alloc表示GC的内存分配情况。
UnsafeUtility.Malloc(Persistent)用于在内存中分配指定大小的未初始化内存块。这个方法会直接在堆上分配内存，并可以绕过自动内存管理功能，需要手动管理内存的生命周期和释放。一般情况下，只有在处理非托管内存的特定场景下才会使用UnsafeUtility.Malloc方法。
JobHandle.Complete表示Job的完成情况。这里的Job是指Unity的Job System的一组特定的任务。

点击右上角的三点，有一些选项可以选择。
Color Blind Mode表示色盲模式，开启后会调整Profile窗口的颜色，照顾色盲用户。
Show Stats for 'current frame'开启后，当点击Frame:XXX/XXX左侧的按钮，从而选中最后一帧，则会显示最后一帧的统计信息。
Preferences，点击后会打开Project Settings窗口，用于设置性能分析器的一些属性。
Frame Count，开始收集性能的数据时，每次最多可以查看多少帧。例如数值是300，则表示最多可以查看300帧。
Show Stats for 'current frame'，勾选后，则在右上角的三点会出现Show Stats for 'current frame'供我们选择。
Default recording state，选择Enable，则重启Unity再打开Profiler窗口，如果此时的模式是Edit Mode，则会自动开始点击圆形按钮，开始收集数据。选择Disabled，则重启Unity再打开Profiler窗口，需要手动点击圆形按钮，才会开始收集数据。选择Remember，则会按照当前圆形按钮是启用还是禁用来决定下一次重启Unity再打开Profiler窗口时，该圆形按钮是否启用。
Default editor target mode on start，选择Play Mode，则重启Unity再打开Profiler窗口，左上方会选择Play Mode，即在播放模式下才会收集数据。如果选择Edit Mode，则重启Unity再打开Profiler窗口，左上方会选择Edit Mode，即在编辑器模式下收集数据。
Custom connection ID，当有多个Unity项目的实例同时运行，它们都要使用性能分析器来分析性能，则可以通过这个Custom connection ID来区分它们。

CPU Usage模块：
下方窗口可以选择Timeline、Hierarchy、Raw Hierarchy。
选择Timeline，可以通过时间轴的方式查看这一帧中CPU依次干了什么。
选择Hierarchy，可以查看CPU在这一帧中做的事情所消耗的性能和所花费的时间。Total表示一共占用了CPU使用情况的百分之几。Self表示自身的代码占用了CPU使用情况的百分之几，调用其它方法的代码不算在内的。Calls表示被调用了几次。GC Alloc表示GC分配的内存，当一个对象被释放后，它GC分配的内存不会马上被回收，所有GC分配的内存的总量达到一定程度，会触发GC，此时垃圾回收器才会把这些内存回收，不过同时也会造成游戏卡一下。Time ms表示一共耗时多少毫秒。Self ms表示表示自身的代码耗时多少毫秒，调用其它方法的代码不算在内的。
选择Raw Hierarchy比起Hierarchy会单独列出更多信息，Hierarchy实际上是把这些信息合并了。

调用栈（Call Stack）

是计算机程序在执行过程中记录函数调用的一种数据结构。

调用栈是一个栈结构，即先进后出。它用于记录程序执行过程中，每个函数被调用的情况。

当一个函数被调用时，它的相关信息，如函数名、参数、返回地址等，会被添加进调用栈中。当该函数执行完成后，相应的信息会从调用栈中移除。通过不断添加和移除函数调用的信息，调用栈就记录了程序执行的顺序。

调用栈对于程序调试和分析非常有用。当程序出现错误或异常时，可以通过查看调用栈来确定错误发生的位置和函数调用的顺序。调试器通常会显示当前调用栈的信息，以帮助开发人员查看函数的执行过程并找出发生异常的原因。

托管内存与非托管内存

托管内存是由垃圾回收器自动管理的内存，当达到一定量时，会由垃圾回收器自动释放它们。

托管内存存放在托管堆中。托管堆是一种用于存储和管理托管对象的内存区域。每当创建一个新的托管对象时，托管堆就会分配内存空间给这个对象，并记录这个对象的信息。当托管对象不再被引用，垃圾回收器会自动将其标记为垃圾，并在适当的时候回收其占用的内存空间。

非托管内存不会自动被回收，它们需要我们程序员写代码去管理和释放它们。

非托管内存并不固定存储在一个地方，它们往往分散存储在不同的地方，例如操作系统的内存、临时缓冲区等。

DOTS（Data-Oriented Technology Stack）

是Unity引擎中的一个新的编程模型和工具集。它旨在提供更高性能、更可扩展和更并行化的游戏开发体验。

ECS框架：ECS是一种用于组织和管理游戏对象的方式。它将游戏对象分解为实体（Entity）、组件（Component）和系统（System）。这种模式更加适合于并行处理和优化，可以提高游戏性能。
Job System（作业系统）：Job System允许开发者将任务并行化，利用多核处理器的能力。它通过将任务划分为小的作业（jobs）并在多个线程上并发执行来提高性能。Job System还可以与ECS结合使用，使得开发者可以更好地控制游戏的行为。
Burst Compiler（突发编译器）：Burst Compiler是一种高性能的C#编译器，可以将C#代码转换为高效的本机代码，以进一步提高游戏的性能。

DOTS的目标是为游戏开发者提供更好的性能和可扩展性，并更好地利用现代硬件的并行能力。它适用于需要处理大量实体和需要高性能的游戏项目。

Frame Debugger窗口

也叫帧调试器窗口，用于查看每一帧的画面是如何渲染出来的，可以详细查看这一帧的绘制过程。

打开Frame Debugger面板的方式：
Window——Analysis——Frame Debugger

按下“Enable”，则会启动帧调试，此时如果运行了游戏，则会自动暂停，然后当前这帧的渲染情况可以在这个窗口中查看。

上方的 X of X 表示绘制过程中有多少步，可以查看下一步或上一步。

如果要禁用帧调试，可以按下“Disable”。

用Frame Debugger窗口查看当前一帧的每一步时，可以配合Stats窗口使用，以此来确定哪一个物体造成的性能开销较大。

绘制的步骤越少，性能越好。

Frame Debugger窗口也能看到每一帧的Shader信息，但是需要有一定Shader基础才能看懂。

大多数平台都支持帧调试器的使用，可以用手机的数据线成功连接到电脑，在手机上运行Unity的游戏，Frame Debugger窗口中会多出该手机设备供我们选择，我们就可以分析该手机设备上运行的Unity项目的性能。
也可以让手机和电脑都连接同一个wifi，这样一来，Frame Debugger窗口中也会多出该手机设备供我们选择，我们就可以分析该手机设备上运行的Unity项目的性能。
但是要注意，构建时必须在Project Settings窗口中勾选“Development Build”。而且有些平台可能不支持Frame Debugger的使用，例如WebGL平台。

Memory Profiler

可以查看游戏当前一帧具体的内存使用情况，我们可以详细地看到各种东西占用了多少内存。

如果发现某样东西占用了过高的内存，则可以考虑问题是不是出在它身上，从它身上入手来进行优化。也可以分析是不是存在内存泄漏问题，即可以分析是不是某些资源一直占着内存得不到释放，才导致内存占用过高。

安装方法：
Edit——Project Settings——Package Manager——勾选Enable Pre-release Packages——关闭窗口——Window——Package Manager——点击左上方的+号——Add package by name——输入com.unity.memoryprofiler——点击Add

安装完后打开方式：
Window——Analysis——Memory Profiler

点击Capture New Snapshot会创建当前这一时刻的内存快照，可以看到这一帧的内存情况。它默认会存储在与Assets文件夹同级的目录的一个叫做MemoryCaptures的文件夹中。如果要修改这个路径，也可以点击右上角的三点，点击Open Preferences，修改Memory Snapshot Storage Path的值。

Single Snapshot表示用来分析单张内存快照，Compare Snapshots可以通过对比来分析两张内存快照。

选中一张内存快照后，点击Tree Map可以看出各种资源和脚本所占用的内存，选中其中一块，可以具体地看出到底它们分别占用多少内存。如果某个名字的资源占用的内存高，那么可以考虑问题是不是出在它身上，这样我们就可以从它身上入手来进行优化。但是要注意，有一些名字的资源可能在项目中不找到，因为它们是Unity自带的资源。

在Unity编辑器中运行游戏，Memory Profiler记录的内存情况可能会不准确，它会把Unity编辑器的一些内存占用情况也记录进去。我们应该把游戏构建到电脑或者手机，然后在电脑或者手机上运行游戏，再用Memory Profiler拍内存快照来分析，此时这些内存快照记录的数据才是准确的。

参考：siki学院性能优化课程，挂不了链接，会被识别为广告