腾讯WeTest 如何快速优化手游性能问题？从 UGUI 优化说起

腾讯WeTest · 2016年12月08日 · 1473 次阅读

WeTest 导读

本文作者从自身多年的 Unity 项目 UI 开发及优化的经验出发，从 UGUI，CPU，GPU 以及 unity 特有资源等几个维度，介绍了 unity 手游性能优化的一些方法。

在之前的文章《手游内存占用过高？如何快速定位手游内存问题》中提到，Mono 内存和 native 内存是 PSS 内存主要的组成部分，mono 内存更多的起到内存调用的功能，因此常常成为了开发人员优化内存的起点；而在游戏的其他的进程中，同样有很多因素影响着游戏的性能表现。本文将从 UGUI 的优化角度，介绍 unity 游戏性能优化的一些内容。

一、UGUI 简介

UGUI 是 Unity 官方推出的 UI 系统，集成了所见即所得的 UI 解决方案，其功能丰富并且使用简单，同时其源代码也是开放的，下载地址：https://bitbucket.org/Unity-Technologies/ui/src

相比于 NGUI，UGUI 有以下几个优点：

所见即所得的编辑方式，在 Scene 窗口中即可编辑。
智能的 Sprite packer 可以将图片按 tag 自动生成图集而无需人工维护，生成的图集合并方式比较合理，无冗余资源。
渲染顺序与 GameObject 的 Hierarchy 顺序相关，靠近根节点显示在底层，而靠近叶子节点显示在顶层；这样的渲染方式使得调整 UI 的层级比较方便和直观。
RectTranForm 及锚点系统更适合于 2D 平面布局，并且非常方便多分辨率屏幕自适配。

二、UI 制作规范和指导方法

本文是关于 UGUI 优化的，或许你会觉得 UI 的制作规范及指导方法与优化无关，其实很多性能问题往往是资源的不合理使用造成的，比如使用了尺寸过大的图片、引用了过多的图集以及加载了不必要的资源等。如果从设计和制作 UI 一开始就遵守特定的规范，则可以规避不必要的性能开销。笔者根据参与的多个项目总结了以下几点通用的规范和指导方法（这些规范适用于所有项目，不管你使用 UGUI 还是 NGUI）。

1. 合理的分配图集

合理的分配图集可以降低 drawcall 和资源加载速度；具体细节如下：
（1）同一个 UI 界面的图片尽可能放到一个图集中，这样可以尽可能的降低 drawcall。

（2）共用的图片放到一个或几共享的图集中，例如通用的弹框和按钮等；相同功能的图片放到一个图集中，例如装备图标和英雄头像等；这样可以降低切换界面的加载速度。

（3）不同格式的图片分别放到不同的图集中，例如透明 (带 Alpha) 和不透明（不带 Alpha) 的图片，这样可以减少图片的存储空间和占用内存。(UGUI 的 sprite packer 会自动处理这种情况）

2. resources 目录中应该只保存 prefab 文件，其它非 prefab 文件（例如动画，贴图，材质等）应放到 resource 目录之外

因为随着项目的迭代，可能会导致部分资源（动画，贴图）等失效，如果这些文件放在 resource 目录下，在打包时，unity 会将 resource 目录下文本全部打成一个大的 AssetBundle 包（非 resouce 目录下的文件只有在引用到时才会被打到包里），从而出现冗余，增加不必要的存储空间和内存占用。可以通过以下代码（Mac 环境下）在控制台窗口中查看当前目录下所有非 prefab 资源的代码：

find . -type f | egrep -v "(prefab|prefab.meta|meta)$"

例如在笔者的一次扫描中，发现在了如下结果：

3. 关卡内的 UI 资源不要与外围系统 UI 资源混用

在关卡内，需要加载大量的角色及场景资源，内存比较吃紧，一般在进入关卡时，都会手动释放外围系统的资源，以便使关卡内有更多的内存可以使用。如果战斗内的 UI 与外围系统的 UI 使用相同图集里的图片，则有可能会使得外围系统的图片资源释放不成功。对于关卡内与外围共用的 UI 资源需要特殊处理，一般来说复制一份出来专门给关卡内使用是比较好的选择。

4. 适当的降低图片的尺寸

有时 UI 系统的背景可能会使用全屏大小的图片，比如在 Iphone 上使用 1136*640 大小的图片；使用这样尺寸的图片代价是很昂贵的，可以和美术同学商量适当的降低图片的精度，使用更低尺寸的图片。

5. 在 android 设备上使用 etc 格式的图片

目前，几乎所有 android 设备都支持 etc1 格式的图片，etc1 的好处是第个像素点只战用 0.5 个字节而普通 rgba32 的图片每个像素点占 4 个字节，也就说一张 1024*1024 图片如果使用 rgba32 的格式所占用的内存为 4M 而 etc1 格式所占用的内存仅为 0.5M。但是使用 etc1 格式的图片有两个限制——长和宽必须是 POT 的（2 的 N 次方）并且不支持 alpha 通道，因此使用 etc1 时需要额外的一张图来存储 alpha 通道，并且使用特殊的 shader 来对 alpha 采样。具体的细节可参考：http://malideveloper.arm.com/resources/sample-code/etcv1-texture-compression-and-alpha-channels/

6. 删除不必要的 UI 节点、动画组件及资源

随着项目的迭代，可能有部分 ui 节点及动画已经失效，对于失效的节点及动画一定要删除，在很多项目中，有部分同学为了方便省事，只是将失效的节点及动画 disable 了。这样做虽然在运行时不会对 cpu 造成太多负担，但是在加载时会增加不必要的加载时间以及内存占用。对于废弃的 UI 图片资源，虽然未放到 Resource 目录最终不会打到包里，但是在 Editor 模式下仍然会打到图集中从而影响优化决策。笔者写了一个扫描未使用到 UI 贴图资源的工具，代码地址：https://github.com/neoliang/FindUnUsedUITexture；

另外，对于废弃的脚本，可能还会有某些对象持有对它的引用，而加载这样的对象也比较耗时，笔者也写了一个扫描废弃脚本的工具，代码地址：https://github.com/neoliang/MissingScriptFinder

三、CPU 优化

一般来说，优化 cpu 性能应该先用 profiler 定位到性能热点，找到消耗最高的函数，然后再想办法降低它的消耗。经过笔者多次使用 profiler 对 UGUI 的分析来看,其 CPU 性能开销高主要原因之一是 Canvs 对 UI 网格的重建，有很多情况会触发 Canvas 对网格的重建，例如 Image,Text 等 UI 元素的 Enable 及 UI 元素的长、宽或 Color 属性的变化等。Canvas 中 UI Mesh 顶点较多的话，则该项将会出现较高的 CPU 开销。在 Unity 的 Profiler 中则对应的是 Canvas.SendWillRenderCanvases 或 Canvas.BuildBatch 占用过多的时间。

Canvas.BuildBatch 主要功能是合并 Canvas 节点下所有 UI 元素的网格，合并后的网格会缓存起来，只有其下面的 UI 元素的网格发生改变时才会重新合并。而 UI 元素的网络变化主要是因为 Canvas.SendWillRenderCanvases 调用时，rebuild 了 Layout 或者 craphic。该函数的调用过程时序图如下：
这里写图片描述

1.该过程由 CanvasUpdateRegistry 监听 Canvas 的 WillRenderCanvases（上图中 1）而执行,主要是对前标记为 dirty 的 layout 和 craphic 执行 rebuild。引起 layout 和 graphic 的 dirty 主要原因是因为 Canvas 树形结构下的 UI 元素发生了变化（例如增加删除 UI 对象，UI 元素的顶点，rec 尺寸改变等）调用了 Graphic.SetDirty(实际上最终都会调用 CanvasUpdateRegistry.RegisterCanvasElementForLayoutRebuild)。

在 rebuild layout 之前会对 Layout rebuild queue 中的元素依据它们在 heiarchy 中的层次深度进行排序（上图中的 2），排列的结果是越靠近根的节点越会被优先处理。
rebuild layout（上图中的 3）,主要是执行 ILayoutElement 和 ILayoutController 接口中的方法来计算位置，Rect 的大小等布局信息。
rebulid graphic（上图中的 4）,主要是调用 UpdateGeometry 重建网格的顶点数据（上图中 5）以及调用 UpdateMeterial 更新 CanvasRender 的材质信息（上图中 6）。

基于以上 UGUI 的网格更新原理，我们可以做以下优化：

a. 使用尽可能少的 UI 元素；在制作 UI 时，一定要仔细查检 UI 层级，删除不不必要的 UI 元素，这样可以减少深度排序的时间（上图中的 2）以及 Rebuild 的时间（上图中的 3，4）。

b. 减少 Rebuild 的频率，将动态 UI 元素（频繁改变例如顶点、alpha、坐标和大小等的元素）与静态 UI 元素分离出来，放到特定的 Canvas 中。

c. 谨慎使用 UI 元素的 enable 与 disable,因为它们会触发耗时较高的 rebuild（图中的 3、4），替代方案之一是 enable 和 disableUI 元素的 canvasrender 或者 Canvas。

d. 谨慎使用 Text 的 Best Fit 选项，虽然这个选项可以动态的调整字体大小以适应 UI 布局而不会超框，但其代价是很高的，Unity 会为用到的该元素所用到的所有字号生成图元保存在 atlas 里，不但增加额外的生成时间，还会使得字体对应的 atlas 变大。
这里写图片描述

e.谨慎使用 Canvas 的 Pixel Perfect 选项，该选项会使得 ui 元素在发生位置变化时，造成 layout Rebuild。（比如 ScrollRect 滚动时，如果开启了 Canvas 的 pixel Perfect，会使得 Canvas.SendWillRenderCanvas 消耗较高）
这里写图片描述

f. 使用缓存池来保存 ScrollView 中的 Item,对于移出或移进 View 外的的元素，不要调用 disable 或 enable,而是把它们放到缓存池里或从缓存池中取出复用。

g. 除了 rebuild 过程之外，UGUI 的 touch 处理消耗也可能会成为性能热点。因为 UGUI 在默认情况下会对所有可见的 Graphic 组件调用 raycast。对于不需要接收 touch 事件的 grahic，一定要禁用 raycast。对于 unity5 以上的可以关闭 graphic 的 Raycast Target 而对于 unity4.6，可以给不需要接收 touch 的 UI 元素加上 canvasgroup 组件。

unity5.x
这里写图片描述

unity4.6

这里写图片描述

四、GPU 优化

一般来说，造成 GPU 性能瓶颈主要有两个原因：复杂的 vertext 或 pixel shader 计算以及 overdraw 造成过多的像素填充。在默认情况下 UGUI 中所有 UI 元素使用都使用 UI/Defaut shader，因此在优化时可优先考虑解决 Overdraw 问题。Overdraw 主要是因为大量 UI 元素的重叠引起的，查看 overdraw 比较简单，在 scene 窗口中选择 overdraw 模式，场景中越亮的地方表示 overdraw 越高（如下图）。

这里写图片描述

为了降低 overdraw,可以做如下优化：

禁用不可见的 UI，比如当打开一个系统时如果完全挡住了另外一个系统，则可以将被遮挡住的系统禁用。
不要使用空的 Image,在 Unity 中，RayCast 使用 Graphi 作为基本元素来检测 touch,在笔者参与的项目中，很多同学使用空的 image 并将 alpha 设置为 0 来接收 touch 事件，这样会产生不必要的 overdraw。通过如下类 NoDrawingRayCast 来接收事件可以避免不必要的 overdraw。
public class NoDrawingRayCast : Graphic
{
public override void SetMaterialDirty()
{
}
public override void SetVerticesDirty()
{
}
protected override void OnFillVBO(List vbo)
{
vbo.Clear();
}

}

五、总结

优化 UGUI 性能没有万能的方法，笔者这些经验总结也只能作为参考。优化性能往往是在各种选择之间做出平衡，比如 drawcall 与 rebuild 平衡、内存战胜与 cpu 消耗平衡以及 UI 图片精度与纹理大小的平衡等。每一次优化都有可能使得瓶颈出现在其它的环节上，要善于使用 profiler,找到性能热点，对症下药。