MMORPG战斗系统随笔（四）、优化客户端游戏性能

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        说到游戏性能，这是一个永恒的话题。在游戏开发的过程中，性能问题一直是我们研发需要关注的一个节点。当然，说句客观话，很多程序员在写代码的时候，是不会过多的在意其代码的性能的。其实这是一种很危险的思想，一个不断进阶的程序员，需要持续的关注自己的代码质量，同时需要借助工具来反查自己编写的代码质量。很多初阶的程序员，在编写代码的时候，是单纯的以完成任务为目标的，其实在写完后，可以没事翻看以前自己的代码，就会有很多不一样的视角。比如，代码的整洁性是否注意，可读性是否有注意，注释是否有相应的标写，这是一个基本的代码规范。

　　除了基本代码规范，进一步的需要考虑的是代码的质量，也就是性能是否有消耗，是否写出一些消耗较大的逻辑。对于性能的优化，就需要相应的性能工具来进行计算和统计，不然所谓的性能优化都属于自我安慰，没有数据支持。

　　下面我回忆总结一下自己参与的一些性能优化工作，也算一个个人总结吧。

一、对lua导出表的优化

　　这是我最早而且持续时间最长的一个优化工作。在我们的游戏中，策划会有大量的配置表，全都配置在excel表中，通过编写导表工具，可以将excel表导出为对应的lua表，用于在游戏中进行lua表的加载和查找。我总结一下优化的几个节点：

        1、最初版本的导表

        最初版本的lua导表，是将excel中对应的key-value值逐一导出，其基本的格式可以表示为：

local skill = {
   {Id = 1, CD = 5, SkillTarget =1,...}    
   {Id = 2, CD = 3, SkillTarget =2,...}    
   {Id = 3, CD = 6, SkillTarget =1,...}    
}

　　这种通过在table中插入多个table的方式，每个子table为hash的存储方式。仔细分析一下存储的类型，对于table而言，其基本的存储方式分为hash和array两种方式。hash的存储会有较快的读取操作，但是会带来更多的内存占用，因为其需要申请内存来存储key值，不单单只存储value值。对于array的存储方式，lua在底层的实现的时候，并不是我们常见的采用2的幂次的大小来存储，也就是，不是采用2，4，8，16，32...这种大小的存储，而是实际的根据数组的大小来分配对应的大小数组。这是后面一次优化中，通过实现设置对应大小的数组来分配内存，发现对比并没有对应的优化，后来查看源码才发现其数组的分配规则。

       最初版本的所有lua导出表都采用hash的存储方式，那么可以想象有多大的内存占用~大概在50M左右~这是一个非常可怕的内存占用，如果在游戏加载的过程中，需要加载这么大的配置表，那么游戏加载会有多缓慢，可以体会一下 ：D

      2、初次优化的导表

       其实，最开始引起我们关注的并不是其存储方式，而是策划配置的某些excel表过于巨大，某些单一的表就会大到几M的数量级，分析其中的数据，很多数据并不是反复分散变化的，而是集中在较多的几个高频中，这就引申出一种优化的策略：提取高频的配置作为默认配置，少数低频的配置采用对应的配置，这样就可以得到对应的一个内存优化。具体的优化策略可以详见我的这篇文章：table重构index方法优化内存http://www.cnblogs.com/zblade/

       这篇文章的基本思想，就是通过重构和提前高频的方法，缓存高频，每次查找的时候，默认去高频中查找，如果没有，则走自身的查找。可以查看文章中的对比存储方法，写的比较详细。

　   采用这种优化方法后，整体的lua导出表得到大大的优化，整体缩减了接近20M左右，可见我们的策划有多喜欢配置同样的配置 Orz

      3、进一步的优化导表

 　  通过上面的一次优化后，我们大大的优化了游戏的lua表内存占用，整体游戏在加载的时候，lua表统计的内存占用在30M左右。如果我们只满足于这一点，那么就不会有下一步的优化了。后续在第二次的优化上，我还进行了一些特定的优化，但是都没有太过于亮眼的优化，包括前面提到的用array的方式代替hash存储，也研究过设置array的大小，不采用2的幂次大小分配内存，事实的统计显示其实lua本身的内存分配就是采用 按需分配的，不会过多的分配内存。

　   最好的优化方法，就是多和别人交流，这是我对自己优化的一个另类总结吧。在上一次的优化后，都没有太大的性能提升，但是这部分的内存占用又一直处于一个比较大的部分，后来在和其他项目组交流的时候，提供了一种静态加载的实现思路。对于lua导出表，可以用一种静态分表加载的方式。特别是对于占用内存比较大的一些表（具体每个表的占用可以做一个内存统计排序），可以分开成多份，这样在最初的游戏加载的时候，加载的是头文件部分，这部分是不包含具体的配置表信息的，具体的配置表信息存放在分表文件夹中。在实际使用的时候，比如将技能表分为part1-20，每个分表大小100，定位要获取id为1001的技能的配置，这时候去加载其对应的分表part11, 加载进来后定位取到1001的技能配置，这样就不会多余的加载part12-20这部分的数据表。

　    通过静态分表加载的方式，游戏在最初加载lua表的时候，对于分表实现的lua表大大降低了游戏的内存占用，效率提升非常明显，内存占用缩小到20M左右=。=

       基于这样的实现方式，进一步分析，其实这些lua表并不需要在游戏启动的时候加载，只需要在每次第一次使用相关表的时候加载，再加载进来，同时对于大的内存表进行分块加载，综合这样的实现方式，对lua表的优化最终达到一个可以接受的地步。

二、3D模型的优化

　　在3D游戏中，美术在3DMAX中做完游戏模型的相关建模和动画后，会导入到unity中作为游戏资源。通常，这样的美术资源是含有冗余的资源，可以在unity中对这些冗余的资源进行优化，降低美术资源的内存占用。这儿我例举两种美术资源相关的优化：模型UV的优化和动画animation冗余节点的优化。

　　1、模型UV的优化

　　 一半导入unity的角色模型，都含有冗余的多套UV，对于这些对于的UV，我们是可以用一定的方法来实现剔除的。由于u3d中模型的类型为FBX类型，所遇需要采用FBX SDK，结合FBX SDK的API进行UV的剔除。这儿给出一个FBX SDK的官网：FBX SDK官网。

       FBX SDK的官网给出了两种实现方法：C++和python，对应的都有详细的API讲解和例子。我主要采用python的方法，搭建基本的pyhton环境后，就可以查看相关的API接口，从而实现对应的代码编写。具体代码由于保密我就不提供了，我可以给出相关的实现思路：首先是查找到指定文件夹下的所有FBX文件，然后对于这些FBX文件进行读取，获取其下面的所有节点，对于每一个节点，读取其属性，如果属性包含UV，则读取UV的数量，如果数量大于1，则说明有多余的UV，则将其移除，然后保存。

　　通过移除多余的UV，可以实现对FBX文件的一次"瘦身"，从而降低美术资源对游戏内存的占用。如果有什么需要交流的，可以在下面留言进一步讨论。

      2、动画animation冗余节点的优化

       模型的动画，在美术制作完后，会被导入到unity中，进而可以在animation窗口中查看。其实我们分析模型的animation,我们可以发现，大部分节点的animation在插值过程中，其实质是不会变换的，基本为1。由于每个节点的animation主要修改 rotation/scale/position这三个transform属性，所以对于rotation和scale可以进行一次剔除：如果整体animation的插值都为1，则这样的一条animationCurve是可以剔除的。不知道有没有读者也有相关的优化策略，可以在下面留言进一步的讨论。

　　我就说说我用FBX SDK优化animation冗余节点的思路：首先获取到FBX模型，然后获取到对应的FbxAnimStack,也就是animationClip，获取到animationClip后，进一步获取到animationLayer，基于animationLayer，可以获取到每个animationLayer的animationChannels，也就是rotation/scale对应的xyz三个通道，分析这三个通道的通道值，如果都在1的误差允许范围附近，则可以移除这个rotation/scale。

      最后存储修改后的FBX文件，可以发现以前较多的animation经过优化后，都被剔除过滤掉了，这说明很多时候我们的animation其实只是在修改position这一个属性，并不会修改rotation/scale这2个属性，这是可以被优化的。

三、头顶文字描边的优化

　　熟悉MMORPG游戏的都知道，在游戏中角色头顶都会有名字，称号等相关的文字信息，实时的反应玩家的信息，便于游戏的交互。在MMO游戏中，会有很多的玩家同时在场，同时也会有较多的怪物NPC等游戏角色的存在，而为了追求游戏体验，都会对玩家头顶的文字进行描边，总结一下对头顶文字描边的优化过程：

　　1、4个基准点的描边

　　最开始提出要添加头顶文字的描边后，和leader商量了一下，就只是单纯的对玩家头顶文字进行四个点的描边。这里面可能会说一些渲染相关的知识，通常我们在进行渲染描边的时候，我们最开始是需要填入需要渲染的UV三角形的，如果有不是很了解的同学，可以搜查一下渲染的过程，填充完渲染三角形后，CPU才会把这些三角形传递到GPU中，设置渲染状态，从而进行三角形的渲染，得到最后的渲染结果。所以描边要么在CPU中进行，要么在GPU中进行，我选择的是在CPU中进行，在填充三角形的UV的时候，选择扩展这些UV数组。

　　基本的实现思想是：原始的UV数组一份，然后分别在左上，右上，左下，右下的四个基准点进行拓展，这样就会得到五个数组，最终描绘出来一个描绘了外轮廓的描边结果，大概结果示意如下图：

　　　　　　　　　                                                 　

　　2、四方向的描边

　　基于四个基准点的UV扩展，是可以实现基本的描边效果，但是仔细推敲就会发现，这其实是对文字的外轮廓进行一个拓展而已，获得的效果其实并不是非常好，如果对描边效果有一定要求，这样的描边并不是很优秀的。果不其然，高层要求优化描边效果。我仔细推想了一下，就把四个基准点的描边变为四个方向的描边，分别为向左，向右，向上，向下的UV扩展，如果用一个文字来表示效果，可以表示为：

　　　　　　　　                                                                                                      

　　读到这儿，我想你也可以自己在头脑中描绘出这样的5份UV，一份为原始的UV，一份为向左偏移一定offset的UV，一份为向右偏移一定offset的UV，一份为向上偏移一定offset的UV，一份为向下偏移一定offset的UV，这5份UV在进过三角形设置后，会传递到GPU中进行三角形描绘，得到的结果就会是比较理想的描边结果，分别描绘了文字的上下左右四个方向。

　　这种描边方式有很好的描边效果，带来的消耗，也是可以直接理解的，通过四份UV的复制，而不是简单的四个点的复制，对于内存的占用会更大。可见想要有好的效果，还是需要一定的付出。最后这种描边也被优化掉了，最后采用的是shadow来代替描边，通过动态合批的处理来降低内存占用。不过从这次描边的优化，可以更了解整个渲染的过程，CPU是如何计算UV的，怎么设置UV，最后在GPU上渲染得到对应的效果，都是一个比较直观的过程。

 四、代码的优化

 　　写到这儿，也提一下对代码质量的优化吧。现在比较主流的热更都会采用lua来实现逻辑，lua这种脚本语言，上手极其容易，但是如果使用不是很仔细，还是会带来一些不必要的问题。table作为Lua的基本构造点，在使用的时候，会有一些可以规避的地方。比如在频繁更新或者使用的代码部分，不要反复申请table，这会使得虚拟机不断的去进行内存分配。我们可以将这些频繁使用的功能相同的table作为一个内部变量存储，在第一次进行申请，当前更新后，将其内部的值赋值为nil，这样下次再使用的时候，是在当前table的基础上进行扩展，这样采取扩展table而不是频繁构建新table的方式，可以避免内存碎片的产生。

　　此外在检测代码质量的时候，最好做好相关的工具，进行各种性能统计，我们才能得到实际的性能数据，通过性能数据的分析修改可能存在的问题点。比如对于高频变化的数据，是否采用增删改的方式更能提升性能，对于高频检测的方法，是否通过特殊的规则可以降低检测的次数等等，这些都需要结合实际的应用设计来修改。

　　当然，游戏还包含一部分的优化，就是UI部分的优化，这部分可以参考MMO雨松的博客，他主要负责这部分的工作，所以可以参考他的博客，不知道最近他有没有更新博客，哈哈，估计太累了~

       好了，本文也算一个小结，后续我看还有什么需要继续写的，我会再接着写博客，下篇文章见~