Unity&C#学习——GC机制
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Unity&C#学习——GC机制
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托管内存和原生内存
| 托管内存 | 原生/非托管内存 | |
|---|---|---|
| 由谁管 | 脚本运行时的GC（Boehm GC） | Unity的C++引擎/手动 |
| 装什么 | C#托管对象（托管堆） | 网格/纹理/音频等资源数据、NativeArray等显式申请的原生内存、引擎内部分配 |
| 怎么释放 | GC自动回收 | Destroy()/Dispose()/引擎管理 |
| 是否产生GC压力 | 是（分配即GC Alloc） | 否 |
什么在托管内存里
- 引用类型在堆上：class实例、数组、
string、委托/闭包、装箱的值类型 - 值类型在栈上：
int/float/struct/
Unity的引擎对象和资源数据
很多Unity对象（GameObject、Texture2D、Mesh…）的实际资源由C++端持有，C#端只是持有一个“引用”（托管包装对象）
- GC只能回收这个“引用”，引用背后的资源必须靠诸如
Destroy()的手段来显式回收
Unity的GC
Unity的托管代码（C#）运行在Mono或IL2CPP后端上，都使用Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器。
这个垃圾回收器的特性如下：
| 特性 | 含义和后果 |
|---|---|
| 暂停式 Stop-The-World | GC运行时暂停C#代码运行👉帧时间尖峰 |
| 保守式 conservative | 扫描内存，把看起来像指针的值都当成引用👉无法移动对象，且本该被回收的对象会多活一会儿 |
| 非压缩 Non-compacting | 回收后不整理内存，不调整对象位置👉内存碎片，没有连续空间装大对象，导致堆扩展 |
| 非分代 Non-generational | 每次回收扫描整个堆，不像 .NET 那样分成多代只扫描新对象👉堆越大，每次GC越慢 |
GC的工作原理
- 采用标记-清除法：托管堆上的对象，GC通过“从根出发标记可达对象、清除不可达对象”来回收
GC Roots：程序可以直接访问到的引用，不需要经过其他对象
| 根的类型 | 例子 |
|---|---|
| 静态字段 | static List<Enemy> allEnemies |
| 各线程的栈和寄存器 | 正在执行的方法里的局部变量、参数 |
| GC Handle | 引擎原生层持有的托管对象。比如场景里的每一个MonoBehaviour，原生的C++组件持有对它的C#包装对象的强引用，所以组件只要还在场景中，就不会被回收 |
| 其他运行时内部引用 | 正在运行的协程、已注册的委托、被固定的对象 |
- 标记：从Roots出发，把所有可达对象标记为“存活”。
- 清除：未被标记的即垃圾，回收其内存
但因非压缩，不整理，会留下空洞
- 触发时机：堆分配时发现需要扩张，或手动
GC.Collect()
增量式GC（Incremental GC）
- 目的：缓解Stop-The-World的单帧尖峰
- 流程：将标记阶段拆分到多帧执行，每帧只做一小片
将“一次大停顿”摊成“多次小停顿”
- 代价：需要写屏障，且GC总时间可能略增
- 收益：单帧尖峰显著降低，更容易守住帧预算
工作原理
- 分时间片：每帧给GC一个时间预算，用完就暂停标记，记住进度，下一帧接着做
暂停标记的期间修改引用了怎么办？
- 三色标记：记录哪些元素已经处理完，哪些还没处理
- 写屏障：每次给引用类型的字段赋值时，额外执行一小段代码，通知GC“这里的引用变了”，让它重新检查相关对象。
垃圾来源&解决方案
| 来源 | 说明 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 装箱（Boxing） | 值类型被当作object使用（如string.Format参数、非泛型集合） | 不要滥用 |
| 字符串操作 | string不可变，拼接/格式化都分配 | 用StringBuilder、ReadOnlySpan<char>，TMP用text.SetText()零分配 |
| 委托、lambda与闭包 | 捕获外部变量的匿名方法会分配闭包对象 | |
| 返回数组的API | Mesh.vertices、GetComponents()、Physics.RaycastAll等每次返回新数组 | 传入预分配数组 |
Camera.main | 内部做查找，慢且分配 | 缓存引用 |
| 携程yield | yield return new WaitForSeconds(t)每次分配 | 缓存复用 |
| 集合扩容 | List/Dictionary超容量时重新分配底层数组 | |
| Instantiate/Destroy | 频繁创建销毁对象 | 对象池 |
核心优化手段：复用而非新建、缓存而非重取、预分配而非运行时分配
测量排查方法
| 工具 | 用途 |
|---|---|
| Unity Profiler的GC Alloc列 | 看每帧的托管分配量；热路径稳态目标时0B/帧 |
| Deep Profile | 定位具体哪个调用在分配 |
| Memory Profiler包 | 堆快照，分析对象常驻与泄露 |
| Profiler的GC.Collect标记 | 观察GC何时触发、耗时多少 |
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构建时间2026年10月20日 18:14:47
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