本篇笔记主要关于 Unity 引擎的内存管理的相关知识。
基础概念
Unity 的托管内存系统是基于 Mono 或 IL2CPP 虚拟机 （VM） 的 C# 脚本环境。托管内存系统的好处是它管理内存的释放，因此您无需通过代码手动请求释放内存。
托管内存 （Managed Memory）：这是由 .NET 的垃圾回收器（通常简称为 GC）来管理的，主要用于存储 C# 对象。
非托管内存 （Unmanaged Memory）： Unity 引擎和插件使用的内存。用于存储 Texture2D, Mesh 等原生资源。
托管堆（Managed Heap）：是.NET运行时环境中用于存储所有C#对象的内存区域。在Unity中，这包括了几乎所有通过脚本创建的对象，例如类的 instance、数组、字符串等。注意，这里的东西是由 GC 自动管理的。与计算机系统一致，在占用托管堆时，不同的数据类型会占用不同的大小。
自动内存管理
在 Unity 中，不同于常见的 C，我们并不需要为内存堆占用使用 malloc 函数，也不需要对一个不再使用的内存块做 free 函数。Unity 的脚本后端使用垃圾回收器自动管理应用程序的内存，与显式分配/释放相比，自动内存管理需要更少的编码工作，并减少了内存泄漏的可能性。
内存碎片
由于不同的数据类型有不同的大小，如果我们需要占用一个很大的内存块 M，即使在释放一些被占用的内存后当前可用的内存的总量比 M 大，却依然没法将 M 塞进内存。这是因为这些被释放的内存“碎片化”了。
如果分配了一个大型对象，并且没有足够的连续可用空间来容纳它，如上图所示，Unity 内存管理器将执行两个操作：
首先，GC 运行（如果尚未运行），尝试释放足够的空间来满足分配请求。
如果在 GC 运行后，仍然没有足够的连续空间来容纳请求的内存量，则必须扩展堆。堆扩展的具体量取决于平台。但是，在大多数平台上，当堆扩展时，它会扩展为先前扩展量的两倍。
但是由于堆扩展是一个有风险的操作，Unity 的垃圾回收策略倾向于更频繁地对内存进行碎片化。而且频繁的 GC 操作可能会导致游戏卡顿，所以我们应该尽量减少内存分配，避免在 Update 等频繁调用的方法中创建新对象。
对象池
对象池（Object Pooling）是一种设计模式，用于重用管理一组预先实例化的对象集合，而不是在需要和创建时销毁它们。在 Unity 中频繁创建和销毁会导致性能下降和内存分配的问题，也因为减少了 GC 的调用次数，能够提高游戏性能。
使用场景：适合于那些频繁创建和销毁的对象，如子弹、粒子效果、敌人等。在需要高性能和流畅体验的游戏中尤为重要，例如实时战略游戏、射击游戏。
实现步骤
创建对象池单例；
在游戏开始 （Start 或 Awake中）根据需要预先实例化一定数量的对象；
提供方法以池中获取对象和返回对象；
注意：
虽然确实减少了 GC 的调用，但是也增加了持续占用的内存。
非托管资源
非托管资源是由Unity引擎直接管理的资源，不受.NET垃圾回收器（GC）控制。这包括了纹理、音频文件、3D模型、动画等。我们通过 Asset Bundles 或 Resources 类加载资源，要通过 Destroy 函数来释放资源，以免造成下面提到的内存泄漏。
Resources 类的使用
在 Assets 中建立一个名为 Resources 的文件夹。然后，在 C# 脚本中，就可以通过
var prefab = Resources.Load<GameObject>("MyPrefab");来调用所需要的非托管资源了。
我们也可以通过 Resources.UnloadAsset(AssetName) 来释放我们的资源；使用 Resources.UnloadUnusedAssets() 可以释放目前所有未使用的资源。
内存泄漏
不再使用的内存没有被 GC 回收，就会导致内存泄漏。以下是一些可能发生的内存泄漏事故：
非托管资源未释放
创建了大量的非托管资源（如 Texture、Audio Clip、Mesh），但在不再需要他们的时候没有释放。
解决方法：用 Destroy 方法释放。或者在使用完毕后调用 .Dispose();
静态变量和单例
静态变量或单例类引用了场景中的对象，即使切换场景时这些对象也不会被销毁。
解决方法：确保在不再需要静态变量时将其设置为 null，或者小心使用单例模式。
事件和委托
对象订阅了事件，但在销毁前未取消订阅，导致事件持续保持对这些对象的引用。
解决方法：在 OnDestroy() 方法中，确保取消所有事件的订阅。
资源动态加载
使用 Resources.Load 动态加载资源，但没有正确卸载。导致这些资源始终保留在内存中。
解决方法：适当使用 Resources.UnloadUnusedAssets 来卸载不再使用的资源。
代码优化以减少内存分配
字符串操作优化
对于 string 类型，我们尽可能减少 “+” 操作；因为这会创建很多的临时字符串对象；
解决方法：通过使用 “StringBuilder” 来构建字符串，特别是在循环中进行字符串拼接的场景。
避免装箱和拆箱
在 Unity 中，我们有值类型（例如 int, float, bool）和引用类型（例如 Object）的区别。
值类型和引用类型之间的转换被称为装箱和拆箱，可能会导致额外的内存分配。我们应该尽量避免不必要的装箱和拆箱的操作，明确数据类型的使用。
优化数据结构
首先，需要明确很多数据结构的优势和劣势。
Data Structure 数据结构 | 优势 | 劣势 | 关键操作时间复杂度 |
List<T> | 动态数组，可以通过索引快速访问元素 | 在非末尾处的插入和删除操作较慢 | 访问：O(1) 插入/删除：O(n) |
LinkedList<T> | 插入和删除很快 | 无法通过直接索引访问其中的一个 entry | 访问：O(n) 插入/删除：O(1) |
Dictionary<TKey, TValue> | 快速查找，键值对存储，适合快速访问、更新数据 | 内存使用很高，键必须唯一 | 查找/插入/删除: O(1) |
HashSet<T> | 唯一值的集合，快速查找（存在判定）和插入 | 元素无序，元素也不可以重复 | 查找/插入/删除：O(1) |
Queue<T> | First In First Out（先进先出，FIFO） | 随机访问较慢 | 入队/出队：O(1) |
Stack<T> | Last In First Out （后进先出，LIFO） | 随机访问较慢 | 入栈/出栈：O(1) |
Array | 固定大小，快速访问 | 大小固定，不够灵活 | 访问：O(1) |
在熟记每一个数据结构的优劣势和复杂度的前提下，在保证我们需要的操作的前提下，我们应该尽量选择内存占用较小、操作速度较快的数据类型。
参考资料：