[UGUI源码剖析]—Rebuild 网格重建（画布刷新）系统

几个比较重要的类和接口：

Canvas、CanvasUpdateRegistry、ClipperRegistry、LayoutRebuilder、LayoutGroup、Graphics、MaskableGraphic。

ICanvasElement、ILayoutElement。

刷新的大致过程：由Canvas控制，通过 ICanvasElement 接口，使用脏标记方法SetDirty()来统一更新CanvasElement。

几个问题：脏标记法是什么？SetDirty()具体在哪些地方被调用？Rebuild的具体过程是什么？如何进行优化？这些问题将在下面解决。

1 基础

1.1 脏标记方法

1.2 Canvas

1.3 子Canvas

1.4 Graphic

1.5 Layout

1.6 网格重建分为2部分：一个是Batch，一个是ReBuild

2 Canvas

2.1 Canvas.WillRenderCanvases事件

2.2 CanvasUpdateRegistry

2.3 PerformUpdate

3 Rebuild

3.1 Layout的Rebuild

3.2 Graphic的Rebuild

3.3 Rebatch和Rebuild的触发条件总结

4 优化

4.1 动静分离

4.2 其它

1 基础

1.1 脏标记方法

脏标识模式：脏标识模式 · Optimization Patterns · 游戏设计模式

将工作推迟到必要时进行，以免做没必要的工做，比如被销毁的物体的计算、父子关系的物体重复计算。

1.2 Canvas

Canvas是一个Native层实现的Unity组件，被Unity渲染系统用于在游戏世界空间中渲染分层几何体（layered geometry）。 Canvas负责把它们包含的Mesh合批，生成合适的渲染命令发送给Unity图形系统。以上行为都是在Native C++代码中完成，我们称之为Rebatch或者Batch Build，当一个Canvas中包含的几何体需要Rebacth时，这个Canvas就会被标记为Dirty状态。

几何图形由Canvas Renderer 组件提供给 Canvases 。

1.3 子Canvas

Canvas组件可以嵌套在另一个Canvas组件下，我们称为子Canvas，子Canvas可以把它的子物体与父Canvas分离，使得当子Canvas被标记为Dirty时，并不会强制让父Canvas也强制Rebuild，反之亦然。但在某些特殊情况下，使用子Canvas进行分离的方法可能会失效，例如当对父Canvas的更改导致子Canvas的大小发生变化时。

1.4 Graphic

Graphic是Image、RawImage、Text类的基类。大多数Unity内置的继承Graphic的类都是通过继承一个叫MaskableGraphic的子类来实现，这使得他们可以通过IMaskable接口来被隐藏。

1.5 Layout

Layout控制着RectTransform的大小和位置，通常用于创建复杂的布局，这些布局需要对其内容进行相对大小调整或相对位置调整。Layout仅依赖于RectTransforms，并且仅影响其关联RectTransforms的属性。这些Layout类不依赖于Graphic类，可以独立于UGUI的Graphic类之外使用。

1.6 网格重建分为2部分：一个是Batch，一个是ReBuild

Batch：就是Canvas 负责将其子节点的 UI 元素网格合并，并生成相应的渲染命令再发送到 Unity 的图形管道的过程。

通俗来讲，Canvas 就是渲染 UI 的组件，所以当 UI 变化了，它就要执行一次 Batch，给 GPU 进行渲染。

Rebuild：Layout和Graphic的更新称为Rebuild，指重新计算布局和网格的过程，这个过程在CanvasUpdateRegistry中执行。在CanvasUpdateRegistry中，最重要的方法是PerformUpdate。每当Canvas组件调用WillRenderCanvases事件时，就会调用此方法。此事件每帧调用一次。

rebuild是batch的子操作，一次batch需要各组件执行自己的rebuild操作。

2 Canvas

2.1 Canvas.WillRenderCanvases事件

当Canvas需要重绘时会调用Canvas.SendWillRenderCanvases()方法。

  public sealed class Canvas : Behaviour{public delegate void WillRenderCanvases();public static event Canvas.WillRenderCanvases willRenderCanvases;
public static void ForceUpdateCanvases() => Canvas.SendWillRenderCanvases();
[RequiredByNativeCode]private static void SendWillRenderCanvases(){if (Canvas.willRenderCanvases == null)return;Canvas.willRenderCanvases();}}

SendWillRenderCanvas()方法中调用Canvas.willRenderCanvases()事件。

2.2 CanvasUpdateRegistry

CanvasUpdateRegistry（画布更新注册处）是一个单例，它是UGUI与Canvas之间的中介，继承了ICanvasElement接口的组件都可以注册到它，它监听了Canvas即将渲染的事件，并调用已注册组件的Rebuild等方法。

CanvasUpdateRegistry的构造函数：

    //CanvasUpdateRegistry 被初始化时向Canvas中注册了更新函数（PerformUpdate），以用来响应重建。protected CanvasUpdateRegistry(){Canvas.willRenderCanvases += PerformUpdate;}

willRenderCanvases是Canvas的静态事件，事件是一种特殊的委托，在渲染所有的Canvas之前，抛出willRenderCanvases事件，继而调用CanvasUpdateRegistry的PerformUpdate方法。

CanvasUpdateRegistry维护了两个索引集（不会存放相同的元素）：

    //IndexedSet是Unity中吸取了List和Dictionary各自优点的一种容器private readonly IndexedSet<ICanvasElement> m_LayoutRebuildQueue = new IndexedSet<ICanvasElement>();private readonly IndexedSet<ICanvasElement> m_GraphicRebuildQueue = new IndexedSet<ICanvasElement>();

m_LayoutRebuildQueue:保存着需要重建的布局元素（一般是通过LayoutGroup布局改变的UI)

m_GraphicRebuildQueue:需要重建的Graphics元素（如Image，RawIamge，Text的贴图，材质，宽高发生变化）

m_LayoutRebuildQueue是通过RegisterCanvasElementForLayoutRebuild和TryRegisterCanvasElementForLayoutRebuild方法添加元素。

m_GraphicRebuildQueue是通过RegisterCanvasElementForGraphicRebuild和TryRegisterCanvasElementForGraphicRebuild方法添加元素。

二者通过UnRegisterCanvasElementForRebuild移除注册元素。

2.3 PerformUpdate

ICanvasElement接口：

public interface ICanvasElement
{void Rebuild(CanvasUpdate executing);//重建方法Transform transform{get;}void LayoutComplete();//布局重建完成void GraphicUpdateComplete();//图像重建完成bool IsDestroyed();//检查Element是否无效
}

CanvasUpdate枚举:

public enum CanvasUpdate
{Prelayout = 0,//预布局Layout = 1,//布局PostLayout = 2,//后期布局PreRender = 3,//预渲染LatePreRender = 4,//后期预渲染MaxUpdateValue = 5
}

除了最后一个枚举项，其他五个项分别代表了布局的三个阶段和渲染的两个阶段。

在PerformUpdate方法中

从两个序列中删除不可用的元素 CleanInvalidItems();
重建布局（Layout Rebuild）开始
对m_LayoutRebuildQueue（被标记为Dirty状态的Layout对象）依据父对象的数量进行排序，父transform少的在前
分别以PreLayout,Layout,PostLayout的参数顺序调用每一个元素的Rebuild方法
调用所有元素的LayoutComplete方法
清除布局重建序列中的所有元素
重建布局结束
完成布局后，调用组件的裁剪方法ClippingRegistry.Cull()
重建图形（Graphic Rebuild）开始
对m_GraphicRebuildQueue（被标记了Dirty状态的Graphic对象）以PreRender，LatePreRender的参数顺序调用每一个元素（无序）的Rebulid方法
调用所有元素的GraphicUpdateComplete方法
清除图形重建序列中的所有元素
重建图形结束

CanvasUpdateRegistry.cs中的PerformUpdate()：

 private void PerformUpdate(){UISystemProfilerApi.BeginSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Layout);//从两个序列中删除不可用的元素CleanInvalidItems();//重建布局（Layout Rebuild）开始m_PerformingLayoutUpdate = true;//这个bool值用来锁住Rebuild期间的remove、SetDirty等操作，下同//依据父对象的数量进行排序，父transform少的在前，即从上到下进行Rebuildm_LayoutRebuildQueue.Sort(s_SortLayoutFunction);//分别以PreLayout,Layout,PostLayout的参数顺序调用每一个元素的Rebuild方法for (int i = 0; i <= (int)CanvasUpdate.PostLayout; i++){for (int j = 0; j < m_LayoutRebuildQueue.Count; j++){var rebuild = instance.m_LayoutRebuildQueue[j];try{if (ObjectValidForUpdate(rebuild))//元素存在且为Objectrebuild.Rebuild((CanvasUpdate)i);//调用元素各自的Rebuild方法}catch (Exception e){Debug.LogException(e, rebuild.transform);}}}
//调用所有元素的LayoutComplete方法for (int i = 0; i < m_LayoutRebuildQueue.Count; ++i)m_LayoutRebuildQueue[i].LayoutComplete();
instance.m_LayoutRebuildQueue.Clear();//清空队列m_PerformingLayoutUpdate = false;//解锁
// now layout is complete do culling...//重建布局结束，完成布局后，调用组件的裁剪方法ClipperRegistry.instance.Cull();
//重建图形（Graphic Rebuild）开始m_PerformingGraphicUpdate = true;//上锁//以PreRender，LatePreRender的参数顺序调用每一个元素的Rebulid方法，元素顺序无序for (var i = (int)CanvasUpdate.PreRender; i < (int)CanvasUpdate.MaxUpdateValue; i++){for (var k = 0; k < instance.m_GraphicRebuildQueue.Count; k++){try{var element = instance.m_GraphicRebuildQueue[k];if (ObjectValidForUpdate(element))//元素存在且为Objectelement.Rebuild((CanvasUpdate)i);//调用元素各自的Rebuild方法}catch (Exception e){Debug.LogException(e, instance.m_GraphicRebuildQueue[k].transform);}}}
//调用所有元素的LayoutComplete方法for (int i = 0; i < m_GraphicRebuildQueue.Count; ++i)m_GraphicRebuildQueue[i].GraphicUpdateComplete();
instance.m_GraphicRebuildQueue.Clear();//清空队列m_PerformingGraphicUpdate = false;//解锁UISystemProfilerApi.EndSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Layout);}

3 Rebuild

Rebuild 分为 Layout Rebuild 和 Graphic Rebuild

3.1 Layout的Rebuild

Layout元素：HorizontalLayoutGroup、VerticalLayoutGroup、GridLayoutGroup、ScrollRect等。

重新计算一个 Layout 组件子节点的位置或大小。

LayoutGroup.cs中的SetDirty() 函数：

    protected void SetDirty(){if (!IsActive())return;
if (!CanvasUpdateRegistry.IsRebuildingLayout())LayoutRebuilder.MarkLayoutForRebuild(rectTransform);elseStartCoroutine(DelayedSetDirty(rectTransform));}
IEnumerator DelayedSetDirty(RectTransform rectTransform){yield return null;LayoutRebuilder.MarkLayoutForRebuild(rectTransform);}

接下来：LayoutRebuilder.MarkLayoutForRebuild→LayoutRebuilder.MarkLayoutRootForRebuild→CanvasUpdateRegistry.TryRegisterCanvasElementForLayoutRebuild→CanvasUpdateRegistry.InternalTryRegisterCanvasElementForLayoutRebuild→m_LayoutRebuildQueue.AddUnique

LayoutGroup中SetDirty()调用的具体情况：

SetProperty
OnEnable
OnDidApplyAnimationProperties （动画修改属性时）
OnRectTransformDimensionsChange（RectTransform的Anchor，Width，Height，Anchor，Pivot改变时调用，注意改变Position，Rotation，Scale不会调用。）
OnTransformChildrenChanged（子物体改变时）
当 LayoutGroup 的直接子节点，并且是 Graphic 类型的（Image、RawImage、Text），被 SetLayoutDirty 的时候，该 LayoutGroup 也会被加入到 Rebuild 的队列中。
编辑器模式下OnValidate时。

Layout重建时过程：

先自下而上地执行Layout元素的CalculateLayoutInputHorizontal/ CalculateLayoutInputHorizontal方法进行计算布局大小、行数、列数等内容。

布局计算需要自下而上执行，子在父之前完成，因为父计算的大小依赖于子的大小。

然后自上而下地执行Layout元素的SetLayoutHorizontal/ SetLayoutVertical方法进行调整子物体的位置或调整自身大小等事情。

布局控制需要自上而下执行，父在子之前完成，因为子依赖于父的大小。

LayoutRebuilder.cs中的Rebuild()：

    public void Rebuild(CanvasUpdate executing){switch (executing){case CanvasUpdate.Layout:PerformLayoutCalculation(m_ToRebuild, e => (e as ILayoutElement).CalculateLayoutInputHorizontal());PerformLayoutControl(m_ToRebuild, e => (e as ILayoutController).SetLayoutHorizontal());PerformLayoutCalculation(m_ToRebuild, e => (e as ILayoutElement).CalculateLayoutInputVertical());PerformLayoutControl(m_ToRebuild, e => (e as ILayoutController).SetLayoutVertical());break;}}

LayoutRebuilder.cs中的PerformLayoutCalculation()和PerformLayoutControl()：

private void PerformLayoutCalculation(RectTransform rect, UnityAction<Component> action){if (rect == null)return;var components = ListPool<Component>.Get();rect.GetComponents(typeof(ILayoutElement), components);StripDisabledBehavioursFromList(components);// If there are no controllers on this rect we can skip this entire sub-tree// We don't need to consider controllers on children deeper in the sub-tree either,// since they will be their own roots.if (components.Count > 0  || rect.GetComponent(typeof(ILayoutGroup))){// Layout calculations needs to executed bottom up with children being done before their parents,// because the parent calculated sizes rely on the sizes of the children.for (int i = 0; i < rect.childCount; i++)PerformLayoutCalculation(rect.GetChild(i) as RectTransform, action);for (int i = 0; i < components.Count; i++)action(components[i]);}ListPool<Component>.Release(components);} private void PerformLayoutControl(RectTransform rect, UnityAction<Component> action){if (rect == null)return;var components = ListPool<Component>.Get();rect.GetComponents(typeof(ILayoutController), components);StripDisabledBehavioursFromList(components);// If there are no controllers on this rect we can skip this entire sub-tree// We don't need to consider controllers on children deeper in the sub-tree either,// since they will be their own roots.if (components.Count > 0){// Layout control needs to executed top down with parents being done before their children,// because the children rely on the sizes of the parents.// First call layout controllers that may change their own RectTransformfor (int i = 0; i < components.Count; i++)if (components[i] is ILayoutSelfController)action(components[i]);// Then call the remaining, such as layout groups that change their children//taking their own RectTransform size into account.for (int i = 0; i < components.Count; i++)if (!(components[i] is ILayoutSelfController))action(components[i]);for (int i = 0; i < rect.childCount; i++)PerformLayoutControl(rect.GetChild(i) as RectTransform, action);}ListPool<Component>.Release(components);}

3.2 Graphic的Rebuild

Graphic元素：RawImage、Text、Image。

Graphic.cs中的SetDirty()：

SetAllDirty()
SetVerticesDirty ()
SetMaterialDirty()
SetLayoutDirty()

Graphic.cs中的Rebuild()函数：

public virtual void Rebuild(CanvasUpdate update){if (canvasRenderer == null || canvasRenderer.cull)return;switch (update){case CanvasUpdate.PreRender:if (m_VertsDirty){UpdateGeometry();m_VertsDirty = false;}if (m_MaterialDirty){UpdateMaterial();m_MaterialDirty = false;}break;}}

当Graphic进行Rebuild时，UGUI将控制权转交给ICanvasElement接口的Rebuild方法。Graphic类实现了这个接口。

如果顶点数据已标记为Dirty状态（如组件的矩形变换更改大小时），则重建网格。如果材质数据已标记为Dirty状态（如组件的材质或纹理发生改变时），则将更新附着的画布渲染器的材质。 Graphic的Rebuild不需要按特定顺序遍历Graphic组件列表，也不需要任何排序操作。

接下来：CanvasUpdateRegistry.RegisterCanvasElementForGraphicRebuild()→CanvasUpdateRegistry.InternalRegisterCanvasElementForGraphicRebuild→m_GraphicRebuildQueue.AddUnique

无论是 Layout，还是 Graphic 的改变，都会把本次的改变分别存储在对应的队列中，即m_LayoutRebuildQueue.AddUnique 和 m_GraphicRebuildQueue.AddUnique，殊途同归。

Graphic中SetDirty()调用的具体情况： Graphic的SetAllDirty（简称A）、SetVerticesDirty（简称V）、SetMaterialDirty（简称M）、SetLayoutDirty（简称L）

Graphic（Image、RawImage、Text的基类）:OnEnable、Reset、OnDidApplyAnimationProperties、编辑器下OnValidate时调用A，OnRectTransformDimensionsChange调用V（如果不在重建layout则还会调用L），OnTransformParentChanged时调用A，设置Material 时调用M，设置Color 时调用V。

Image：Sprite改变时调用A，type、preserveAspect、fillCenter、fillMethod、fillAmount、fillClockwise、fillOrigin、useSpriteMesh改变时调用V，SetNativeSize时调用A，OnCanvasHierarchyChanged时调用V和L，OnDidApplyAnimationProperties时调用M和V。

RawImage: texture改变时调用V和M，uvRect改变时调用V，OnDidApplyAnimationProperties时调用V和M。

Text: FontTextureChanged、Font改变时调用A，text第一次写入时调用V（文本改变时还调用L）supportRichText、resizeTextForBestFit、resizeTextMinSize、resizeTextMaxSize、alignment、fontSize、horizontalOverflow、verticalOverflow、lineSpacing、fontStyle改变时调用V和L ，alignByGeometry改变时调用V。

BaseMeshEffect（Shadow的基类）: OnEnable、OnDisable、OnDidApplyAnimationProperties、编辑器下OnValidate时调用V， (都是间接调用身上的Graphic的V，本身并不继承Graphic)

Shadow（Outline的基类）: useGraphicAlpha、effectDistance、effectColor改变时调用V (都是间接调用Graphic的V，本身并不继承Graphic)

总结：OnEnable、OnDisable、OnTransformParentChanged、OnDidApplyAnimationProperties、OnRectTransformDimensionsChange、OnCanvasHierarchyChanged、图集加载完成时，Text、Image、RawImage、Shadow属性改变时。

3.3 Rebatch和Rebuild的触发条件总结

触发Rebatch的条件：

当Canvas下有Mesh发生改变时，如：

SetActive
Transform属性变化
Graphic的Color属性变化（改Mesh顶点色）
Text文本内容变化
Depth发生变化

触发Rebuild的条件：

Layout修改RectTransform部分影响布局的属性
Graphic的Mesh或Material发生变化
Mask裁剪内容变化

图源：Unity高锦锦Unity UGUI优化与原理【unity官方】_gaojinjingg的专栏-CSDN博客_unityugui优化

4 优化

转自UGUI性能优化总结 | 无境

4.1 动静分离

基于Rebatch是以Canvas为单位，当Canvas下UI元素发生变化时，会引起整个Canvas的重构，其中会包括网格合并，网格重叠检测，层级排序等操作。对于同一个界面，我们可以再细分Canvas，把相对静态的、不会变动的UI放在一个Canvas里，而相对变化比较频繁的UI就放在另一个Canvas里，使得频繁变化的Canvas里只对自己的Canvas下的元素进行Rebatch，而节省掉另一个Canvas中不需要变化的元素的Rebatch计算。

只有同一个Canvas下的UI元素才有可能合批，在中间新增Canvas会打断合批，动静分离优化本质是DrawCall换重构耗时的权衡。

Rebatch是在Canvas.BuildBatch函数中进行，而在Unity 5.2版本后，已经对Canvas.BuildBatch做了优化，优化后使用子线程进行计算，已经很大程度缓解了主线程的压力，目前来说动静分离并没有那么需要关注了。

4.2 其它

慎用自带组件Outlien和Shaow，都是通过重复绘制多个Mesh实现的，其中Showdow绘制为原文本Mesh的2倍，而Outline为5倍，对渲染面数、顶点数，BuildBatch和SendWillRenderCanvases的耗时，Overdraw都有影响。若对于某种字体每次出现都需要这两种效果，可以让美术同学直接把阴影和描边做到字体里。
Text组件的Best Fit属性若非必要不要使用，它会使字号随着文本框大小而自动适配，一方面是适配本身在调整文本框大小时有CPU耗时开销，另一方面每个字号下新生成的字都会在Font Texture上占用一个字的大小，容易导致Font Texture过大（这个类似图集，当Font Texture当前大小放不下时才会占用更多内存）。这个特定问题已在 Unity 5.4 中得到纠正，Best Fit 不会不必要地扩展字体的纹理图集，但仍然比静态大小的文本慢得多。
尽量少使用Layout组件，会增加Canvas.SendWillRenderCanvases函数耗时，利用好RectTransform同样可实现简单布局。
对于血条、飘字、小地图标记等频繁更新位置的UI，可尽量减低更新频率，如隔帧更新，并设定更新阈值，当位移大于一定数值时再赋值（一方面是位移小时可能表现上看不出位移，另一方面是就算是没有实际位移，重复赋相同的值，也会SetDirty触发重建），可减少BuildBatch耗时。

参考：

[Unity官方]Optimizing Unity UI - Unity Learn

[UWA 学堂]影响性能更大的元凶Rebuild

Unity UGUI优化与原理【unity官方】_gaojinjingg的专栏-CSDN博客_unityugui优化

（五）UGUI源码分析之Rebuild（布局重建、图形重绘）_两水先木示的博客-CSDN博客_ugui重建

UGUI性能优化总结 | 无境