Unity开发者的C#内存管理（中篇）

第一篇介绍了在 .NET/Mono 和Unity里内存管理的基础，并且提供了一些避免不必要的堆分配的建议。第三篇会深入到对象池。所有的都主要是面向中级的C#开发者。

我们现在来看看两种发现项目中不想要的堆分配的方法。第一种-Unity profiler-实在是太简单了，但是却相当费钱，得买’pro‘版的。第二种是讲你的.NET/Mono程序集反汇编成中间语言（CIL）然后再检查。如果你从没见过反汇编的.NET代码，继续看下去，不难，而且免费还很有启发意义。

容易的方法：使用Unity profiler

Unity优秀的分析器主要被用来分析游戏中各种资源需要的性能和资源：着色器，纹理，音频，游戏对象等等。然而分析器在发掘内存上也一样有用-跟你的C#代码的行为有关-甚至是外部的没引用UnityEngine.dll的.NET/Mono程序集！在当前Unity版本中（4.3），这个功能不是来自内存分析器，而是CPU分析器。到C#代码的时候，内存分析器只是展示Mono堆的总大小和已使用的量。

这样让你看你的C#代码是否有嫩村泄露实在太粗糙了。即使不适用任何脚本，已使用的堆大小也会持续增长和缩减。只要你使用脚本，你需要一个看哪里分配了内存的途径，然后CPU分析器刚好给你提供这个。

让我们来看看一些实例代码。假设下面的脚本绑定到了一个GameObject上。

using UnityEngine;using System.Collections.Generic;
public class MemoryAllocatingScript : MonoBehaviour{    void Update()    {
List<int> iList = new List<int>(new int[] {
072, 101, 108, 108, 111, 032, 119, 111, 114, 108, 100, 033 });
string result = "";
foreach (int i in iList.ToArray())
result += ((char)i).ToString();
Debug.Log(result);    }}

它所做的就是通过一组整数用一种绕的方法创建了一个字符串（"Hello world!"），一路上造成了不必要的内存分配。多少呢？很高兴你问了，但是我很懒，就让我们看看CPU分析器吧。选中窗口顶部的”Deep Profiler“,可以跟踪到每帧的调用树。

正如你所见，堆内存在Update()函数过程中的5个不同位置被分配。这个列表的初始化，foreach循环里到数组的转换是多余的，每一个数字到字符的转换以及连接都需要分配内存。有趣的是，仅仅是调用Debug.Log()也会分配一大块内存-这点值得记下来，即使在生产环境中这段代码会被剔除。

如果你没有Unity Pro，但是恰巧有Microsoft Visual Studio，那就有替代Unity Profiler的方法来发掘调用堆栈。Telerik 告诉我他们的 JustTrace Memory profiler 有相似的功能 (see here). 然而，我不知道它模仿Unity每帧记录调用树到了什么程度。更进一步，尽管对Unity项目的远程调试（通过UnityVS）是可以的，我还是没有成功的把JustTrace用来分析被Unity调用的程序集。

只是稍微难一点点的方法：反汇编你的代码

CIL的背景知识

如果你已经有了一个.NET/Mono的反汇编器，开始用吧，不然我推荐ILSpy. 这个工具不仅是免费的，它还非常干净简单，但是刚好包含下面我们会用到的一个特殊功能。

你也许知道C#编译器不会将你的代码编译成机器语言，而是公共中间语言。这种语言是被原.NET团队作为一种包含两种来自高级语言特性的低级语言开发出来的。一方面,它与硬件无关,另一方面,它包含最适合被称为’面向对象’的特性,比如可以引用其他模块或者类的能力。

没有经过代码模糊处理（ code obfuscator ）的CIL代码是异常容易反向工程的。许多情况下，结果几乎和原始的C#(VB）代码一样。ILSpy 可以替你做这件事，但是我们仅仅反汇编代码就可以了（ILSpy通过调用ildasm.exe来实现，.它是NET/Mono的一部分）。让我们从一个加两个整数的函数开始。

int AddTwoInts(int first, int second)
{    int result = first + second;           return result;}

如果你愿意，你可以将这段代码粘贴到MemoryAllocatingScript.cs文件里。然后确保Unity编译了它，再用ILSpy打开编译了的库Assembly-Csharp.dll。如果你选择AddTwoInts() 方法，你会看到下面的：

除了蓝色的关键字 hidebysig，我们可以忽略掉，方法签名应该看起来差不多。要了解到方法里主要发生了什么，你需要知道CIL把CPU看成一个堆栈式机器stack machine 而不是寄存器机器register machine。CIL假设CPU可以处理非常基础，非常算法的指令，例如”将两个整数相加“，而且它可以处理任何内存地址的随机访问。CIL还假设CPU不直接在RAM上进行算术操作，而是首先需要将数据装载进概念上的计算堆栈。（注意计算堆栈和你你知道的C#堆栈没有任何关系。CIL计算堆栈只是一个抽象的，并且预设很小。）在行IL_0000到IL_0005发生了：

两个整型参数被推进堆栈。
加法被调用然后从堆栈里弹出开始位置的两个对象，自动将记过压进堆栈。
第3和4行可以忽略，因为在发行版本里会被优化掉。
这个方法返回堆栈的第一个值。

找到CIL里面的内存分配

CIL代码美在它不会隐藏任何堆分配。而且，堆分配会严格按照以下三个顺序分配，在你的反汇编代码里能看到。

newobj <constructor>:这创建了一个由constructor指定类型的未初始化的对象。如果这个对象是值类型，它就在堆栈上被创建。如果它是一个引用类型，就在堆上。你总是能从CIL代码知道类型，所以你可以容易的知道内存分配产生的地方。
newarr <element type>:这条指令在堆上创建了一个新的数组。Element的类型由参数指定。
box <value type token>:这条特殊的指令执行装箱操作，我们已经在第一篇帖子里说过。

Let's look at a rather contrived method that performs all three types of allocations.

然我们来看一个人为的执行这三种内存分配的方法。

void SomeMethod()
{    object[] myArray = new object[1];    myArray[0] = 5;    Dictionary<int, int> myDict = new Dictionary<int, int>();myDict[4] = 6;    foreach (int key in myDict.Keys)    Console.WriteLine(key);}

有这几行代码产生的CIL代码很多，所以这里我们只看关键部分：

IL_0001: newarr [mscorlib]System.Object...IL_000a: box [mscorlib]System.Int32...IL_0010: newobj instance void class [mscorlib]System. Collections.Generic.Dictionary'2<int32, int32>::.ctor()...IL_001f: callvirt instance class [mscorlib]System. Collections.Generic.Dictionary`2/KeyCollection<!0, !1> class [mscorlib]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::get_Keys()

正如我们怀疑过的，对象的数组（SomeMethod()里的第一行）导致newarr指令。整数5被赋给数组的第一个元素需要装箱。Dictionary<int, int>是被newobj指令分配的。

但是还有第四个堆分配!正如我在第一篇帖子里提到的,Dictionary<K, V>. KeyCollection被声明为一个类,不是结构。这个类的一个实例会被创建，这样foreach蓄奴换才有迭代的对象。不幸的是，分配发生在Keys属性的getter方法里。正如你在CIL代码里看到，这个方法的名字是get_Keys()，而且它的返回值是一个类。

作为一个查找内存泄露的通用方法，你可以生成一个对你的整个程序集反汇编的CIL文件，只要在ILSpy按下Ctrl+S。然后用你喜欢的文本编辑器打开这个文件，搜索上面提到的三种指令。查出其他程序集里的内存泄露是有难度。我唯一知道的办法就是仔细检查你的C#代码，确认所有的外部方法调用，并且一个个地查看它们的CIL代码。你怎么知道什么时候就完成了？很简单：你的游戏可以流畅的运行好几个小时，不因为垃圾收集造成任何的性能瓶颈。

PS:在之前的帖子里，我答应要向你们展示如何确认你们系统上的Mono版本。只要装了ILSpy，没有比这更简单的了。在ILSpy里，点击打开然后找到Unity根目录。找到Data/Mono/lib/mono/2.0然后打开mscorlib.dll。在层级视图里，找到mscorlib/-/Consts，然后那儿你能找到MonoVersion作为一个字符串常量。

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