✏️ 인트로
다양한 디자인 패턴을 학습해서 내 프로젝트에 적용한다면, 지금보다 훨씬 효율적으로 깨끗한, 가독성 좋은 코드를 짤 수 있을겁니다.
지금 작업중인 프로젝트는 크게 복잡할 것 없는 구조이고, 사용중인 하드웨어도 꽤 괜찮은 성능이라 최적화에 별로 신경을 쓰지 않고 있었지만, 지형 장식물을 추가했더니 프레임이 100이나 깎이는 모습을 보며 최적화를 피할 수 없겠다는 생각이 들었습니다.
(원래 170 프레임은 나왔었다..)
물론 LOD 조정, 폴리곤 수 조절등 해야할 것들이 많지만 Terrain자체가 생성과 삭제를 반복하는 제 프로젝트의 특성상 오브젝트 풀링을 가장 먼저 적용시켜야 합니다.
이번 포스팅에서는 오프젝트 풀링에 대해 학습한 것을 정리하도록 하고, 다음 포스팅에서 프로젝트에 적용한 과정을 올리도록 하겠습니다.
이번 학습에 사용된 사진과 내용은 이곳을 참고했습니다.
🍎 유니티의 오브젝트 풀링 이해하기
오브젝트 풀링은 반복적인 생성과 삭제 대신 오브젝트를 재사용해 CPU부담을 줄이는 디자인 패턴입니다.
오브젝트가 필요할 때 새로 생성하는게 아닌, 풀(수영장)에 미리 생성했다가 필요할 때 꺼내서 사용하는 것이 오브젝트 풀링의 핵심입니다.
오브젝트가 더이상 필요하지 않을 때에도 파괴하는 대신 풀에 다시 집어넣습니다.
오브젝트 풀링은 크게 대단한 구조를 가지고 있진 않고, 다음과 같은 형태로 존재합니다.
이 오브젝트들은 사전에 비활성화 된 풀에 초기화 됩니다.
그리고 플레이어가 불편함을 경험하지 않을 순간(예를 들어 로딩스크린이 될 수 있겠죠)에 활성화 시키면 됩니다.
🍎 메모리 할당에 대해
오브젝트 풀링은 CPU의 부담을 줄여줄 뿐만 아니라 메모리 오버헤드를 줄여 메모리 관리 측면 에서도 큰 도움을 줍니다.
오브젝트를 반복적으로 생성하고 파괴할 때 발생하는 메모리 할당과 해제, 생성자와 소멸자 호출 비용을 줄여 보다 안정적이고 효율적인 실행 환경을 제공합니다.
✏️ 유니티의 메모리 관리
Unity의 C# 스크립팅 환경은 가비지 컬렉터를 사용하는 관리형 메모리 시스템을 제공하지만, 객체의 생성과 삭제가 잦을 경우 GC가 자주 발생해 성능 저하나 프레임 스터터링이 생길 수 있습니다.
오브젝트 풀링은 이러한 GC 스파이크와 메모리 단편화를 줄이고, 오브젝트를 재사용함으로써 성능을 최적화하는 효과적인 방법입니다.
🍎 Using UnityEngine.Pool
나만의 오브젝트 풀을 만들어 사용할 수도 있지만, 유니티가 기본적으로 제공하는 API를 사용하면 오브젝트 풀링을 보다 쉽게 사용할 수 있습니다.
유니티가 제공하는 샘플씬을 활용해 학습해보도록 하겠습니다.
🍎 RevisedGun.cs 해부하기.
샘플씬에 포함된 스크립트입니다.
총알을 발사하는 터렛에 부착된 스크립트고, 이 컴포넌트가 오브젝트 풀을 관리합니다.
using UnityEngine.Pool;UnityEngine.Pool API는 스택을 사용해 만들어진 오브젝트 풀 클래스입니다.
필요에 따라 CollectionPool 클래스를 사용할 수도 있다고 합니다.(List, HashSet, Dictionary, etc.)
ObjectPool 은 RevisedProjectile.cs에서 참조된 인터페이스 입니다.(다음 파트에서 설명하겠습니다.)
Awake에서 초기화 되죠.
private void Awake()
{
objectPool = new ObjectPool<RevisedProjectile>(CreateProjectile,
OnGetFromPool, OnReleaseToPool,
OnDestroyPooledObject,collectionCheck, defaultCapacity, maxSize);
}예시코드는 위와 같고 다음처럼 선언하면 됩니다.
public ObjectPool<T0>(Func<T> createFunc, Action<T> actionOnGet, Action<T> actionOnRelease, Action<T> actionOnDestroy, bool collectionCheck, int defaultCapacity, int maxSize);
매개변수 설명 createFunc풀이 비었을 때 새 인스턴스를 생성하는 함수. 일반적으로 () => new T()형태로 사용됨.actionOnGet오브젝트를 풀에서 꺼낼 때 호출됨. actionOnRelease오브젝트를 풀에 반환할 때 호출됨. 정리나 비활성화 작업에 사용될 수 있음. actionOnDestroy풀이 최대 크기에 도달해 반환할 수 없을 때 호출됨. collectionCheck에디터 환경에서만 동작하며, 중복 반환 여부를 검사하고 중복일 경우 예외를 발생시킴. defaultCapacity풀이 생성될 때 사용할 기본 용량. maxSize풀이 가질 수 있는 최대 크기. 초과하면 반환된 오브젝트는 무시되고 가비지 컬렉션 대상이 됨.
Unity의 내장 ObjectPool 클래스는 기본 용량(defaultCapacity)과 최대 크기(maxSize) 옵션을 모두 제공합니다.
이 중 maxSize는 풀에 저장할 수 있는 최대 오브젝트 수를 의미하며, Release()를 호출했을 때 풀이 가득 차 있다면 해당 오브젝트는 파괴됩니다.
매개변수를 보면, Unity가 특정 상황에 맞춰 오브젝트 풀링을 효율적으로 처리할 수 있도록 다양한 동작들이 설정된 것을 확인할 수 있습니다.
먼저 createFunc이 전달되는데, 이는 풀이 비었을 때 새 인스턴스를 생성하기 위해 사용됩니다.
이 예제에서는 CreateProjectile() 함수를 통해 새로운 발사체 프리팹을 인스턴스화합니다.
private RevisedProjectile CreateProjectile()
{
RevisedProjectile projectileInstance = Instantiate(projectilePrefab);
projectileInstance.ObjectPool = objectPool;
return projectileInstance;
}OnGetFromPool()은 새로운 오브젝트를 생성하고자 할 때 호출됩니다.
Instantiate 대신 활성화(enable)하는 방식을 사용하며, 오브젝트 풀에서 기본으로 설정된 오브젝트를 활성화 시킵니다.
private void OnGetFromPool(RevisedProjectile pooledObject)
{
pooledObject.gameObject.SetActive(true);
}OnReleaseToPool()은 반대로 필요 없어진 오브젝트를 풀로 되돌려놓는 역할을 합니다.
private void OnReleaseToPool(RevisedProjectile pooledObject)
{
pooledObject.gameObject.SetActive(false);
} OnDestroyPooledObject()은 풀의 최대 용량을 넘어선 상태에서 풀로 되돌려 넣을 때 호출되는데, 오브젝트를 파괴합니다.
private void OnDestroyPooledObject(RevisedProjectile pooledObject)
{
Destroy(pooledObject.gameObject);
}collectionChecks는 IObjectPool을 초기화할 때 사용되며, 이미 풀에 반환된 GameObject를 다시 반환하려 할 경우 예외를 발생시킵니다.
다만, 이 체크는 에디터 환경에서만 동작한다고 합니다.
이 기능을 끄면(false로 설정) CPU 사용량을 조금 줄일 수 있지만, 이미 재활성화된 오브젝트가 다시 반환되는 위험이 생길 수 있습니다.
이름에서 알 수 있듯, defaultCapacity는 풀 내부에서 오브젝트를 보관할 스택/리스트의 기본 크기를 의미하며, 이는 미리 할당해두는 메모리 용량과도 관련됩니다.
maxPoolSize는 해당 스택의 최대 크기를 나타내며, 생성된 풀 오브젝트 수는 이 값을 초과하지 않아야 합니다.
즉, 풀이 가득 찬 상태에서 오브젝트를 반환하면, 그 오브젝트는 파괴(destroy)됩니다.
그리고 FixedUpdate()에서는 매번 새로운 발사체를 인스턴스화하는 대신, 풀에서 재사용 가능한 오브젝트를 가져와 사용하게 됩니다 이렇게 말이죠.
RevisedProjectile bulletObject = objectPool.Get();전체 스크립트
using UnityEngine.Pool;
public class RevisedGun : MonoBehaviour
{
…
// stack-based ObjectPool available with Unity 2021 and above
private IObjectPool<RevisedProjectile> objectPool;
// throw an exception if we try to return an existing item, already in the pool
[SerializeField] private bool collectionCheck = true;
// extra options to control the pool capacity and maximum size
[SerializeField] private int defaultCapacity = 20;
[SerializeField] private int maxSize = 100;
private void Awake()
{
objectPool = new ObjectPool<RevisedProjectile>(CreateProjectile,
OnGetFromPool, OnReleaseToPool, OnDestroyPooledObject,
collectionCheck, defaultCapacity, maxSize);
}
// invoked when creating an item to populate the object pool
private RevisedProjectile CreateProjectile()
{
RevisedProjectile projectileInstance = Instantiate(projectilePrefab);
projectileInstance.ObjectPool = objectPool;
return projectileInstance;
}
// invoked when returning an item to the object pool
private void OnReleaseToPool(RevisedProjectile pooledObject)
{
pooledObject.gameObject.SetActive(false);
}
// invoked when retrieving the next item from the object pool
private void OnGetFromPool(RevisedProjectile pooledObject)
{
pooledObject.gameObject.SetActive(true);
}
// invoked when we exceed the maximum number of pooled items (i.e. destroy the pooled object)
private void OnDestroyPooledObject(RevisedProjectile pooledObject)
{
Destroy(pooledObject.gameObject);
}
private void FixedUpdate()
{
…
}
}🍎 RevisedProjectile.cs 해부하기
터렛에서 발사되는 총알에 부착되는 스크립트 입니다.
public class RevisedProjectile : MonoBehaviour
{
// deactivate after delay
[SerializeField] private float timeoutDelay = 3f;
private IObjectPool<RevisedProjectile> objectPool;
// public property to give the projectile a reference to its ObjectPool
public IObjectPool<RevisedProjectile> ObjectPool { set => objectPool = value; }
public void Deactivate()
{
StartCoroutine(DeactivateRoutine(timeoutDelay));
}
IEnumerator DeactivateRoutine(float delay)
{
yield return new WaitForSeconds(delay);
// reset the moving Rigidbody
Rigidbody rBody = GetComponent<Rigidbody>();
rBody.velocity = new Vector3(0f, 0f, 0f);
rBody.angularVelocity = new Vector3(0f, 0f, 0f);
// release the projectile back to the pool
objectPool.Release(this);
}
}timeoutDelay는 발사체가 사용된 후 언제 다시 풀로 반환될 수 있는지를 추적하는 데 사용됩니다.
기본적으로는 3초 후 자동으로 반환되도록 설정되어 있습니다.
Deactivate() 함수는 DeactivateRoutine(float delay)라는 코루틴을 호출하는데, 이 코루틴은 발사체를 풀에 objectPool.Release(this)로 반환할 뿐 아니라, Rigidbody의 속도 같은 물리 관련 값들도 초기화합니다.
이 과정은 "dirty item" 문제를 해결하기 위한 것입니다.
dirty item은 이전에 사용된 후 이상한 상태가 남아 재사용 전에 초기화가 필요한 오브젝트를 말합니다.
이 예제에서 볼 수 있듯이, UnityEngine.Pool API를 사용하면 오브젝트 풀링을 직접 처음부터 구현할 필요 없이 효율적으로 설정할 수 있습니다.
그리고 GameObject에만 한정되지 않고, C#에서 재사용 가능한 모든 엔티티(GameObject, 프리팹 인스턴스, 딕셔너리 등..)에 풀링 기법을 적용할 수 있습니다.
또한 LinkedPool은 내부적으로 연결 리스트를 사용하여 오브젝트를 보관합니다.
이 방식은 실제 보관된 오브젝트만큼만 메모리를 사용하므로, 상황에 따라 더 나은 메모리 관리가 가능할 수 있습니다.
한편으로는
반면 ObjectPool은 내부적으로 C#의 스택과 배열 구조를 사용하며, 이는 연속된 메모리 블록을 사용합니다.
이로 인해 ObjectPool은 오브젝트당 더 많은 메모리를 소비하고, LinkedPool보다 CPU 연산이 더 단순합니다.
ObjectPool에서는 defaultSize와 maxSize를 설정해 메모리와 성능을 균형 있게 조절할 수 있다는 장점이 있습니다.
