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19 UE5 UObject的回收和GC介绍

后端2024-05-04 14:27:53

UE Garbage Collection总览介绍

UE5中的垃圾回收（Garbage Collection）是自动管理内存的一种机制。它负责识别不再被引用的对象，并释放它们所占用的内存空间。
标记（Marking）：垃圾回收从根对象开始，通过可达性分析算法，标记所有仍然被引用的对象。根对象包括活动的游戏对象、全局变量和引擎内部的对象等。
清除（Sweeping）：在标记阶段之后，垃圾回收器会遍历整个堆，将未被标记的对象进行清除。清除的对象将释放其所占用的内存空间，并标记为可重用。
压缩（Compacting）：在清除阶段之后，垃圾回收会对内存进行压缩。它会将存活的对象向堆的一端移动，以便在堆的另一端形成连续的内存块。这样可以减少内存碎片化，并提高内存的利用率。
UE5的垃圾回收是基于分代（Generational）的策略。它将对象分为不同的代（根据对象的存活时间），例如，新创建的对象称为新生代（Young Generation），它们的回收频率较高；而存活时间较长的对象则被称为老生代（Old Generation），它们的回收频率较低。这种分代的策略可以提高垃圾回收的效率。

伪代码

启动垃圾回收，加锁（保持所有对象的引用关系不变）
设置所有对象为”不可达”标记（根对象、特殊对象除外）
遍历根对象列表，根对象引用到的对象去除”不可达”标记
收集所有仍然标记为”不可达”的对象，全部删除

UE5 步骤：

1 GC启动加锁：调用ForceGarbageCollection 或者系统自动调用。暂停其他线程避免对象引用关系变化，以及执行内存屏障（避免CPU中cache数据不一致问题，可了解缓存一致性协议）
2 获取所有对象：NewObject的时候，创建的指针会组装为FUObjectItem加入到GUObjectArray中。

//UObjectBase.cpp
//NewUObject方法调用后,UObject对象初始化
UObjectBase::UObjectBase(UClass* InClass..等参数)
{
   AddObject(InName, InInternalFlags); 
}

void UObjectBase::AddObject(FName InName, 
EInternalObjectFlags InSetInternalFlags)
{ 
   //加入GUObjectArray,为Object分配InternalIndex
   GUObjectArray.AllocateUObjectIndex(Object);
}

组装为FUObjectItem加入到GUObjectArray
EInternalObjectFlags 可查看枚举类型：是否可到达，是否C++类对象等

//UObjectArray.h
//对象存储结构体,GC操作对象
struct FUObjectItem
{
   class UObjectBase* Object; //对象
   int32 Flags;               //EInternalObjectFlags标识
   int32 ClusterRootIndex;    //当前所属簇索引
   int32 SerialNumber;        //对象序列码(WeakObjectPtr实现用到它)
}

3 引用关系分析和标记：可达对象都放入 ObjectsToSerialize 数组内
UObject 引用的其他对象用一个整数，存入ReferenceTokenStream的Tokens数组内

// 将对象标记为不可达,并且将根节点以及不可删除对象放入ObjectsToSerialize
MarkObjectsAsUnreachable(ObjectsToSerialize, KeepFlags);

4 清理：遍历 GObjectArray内的数组仍然被标记为不可达的对象放入 GUnreachableObjects ，随后就是执行清除
主要步骤：
a UnhashUnreachableObjects：调用不可达对象的ConditionalBeginDestroy()方法，最终会调用 BeginDestroy()
b IncrementalDestroyGarbage：调用不可达对象的ConditionalFinishDestroy()方法，最终会调用 FinishDestroy()

//标记RF_BeginDestroyed
bool UnhashUnreachableObjects(bool bUseTimeLimit, float TimeLimit)
{
   while (GUnrechableObjectIndex < GUnreachableObjects.Num())
   {
      ObjectItem = GUnreachableObjects[GUnrechableObjectIndex++];
      UObject* Object = static_cast<UObject*>(ObjectItem->Object);
      Object->ConditionalBeginDestroy();//调用BeginDestroy();
      ++GUnrechableObjectIndex;
   }
   return bTimeLimitReached;
}

//标记RF_FinishDestroyed
bool IncrementalDestroyGarbage(bool bUseTimeLimit, float TimeLimit)
{
    GObjCurrentPurgeObjectIndex = 0;
   while (GObjCurrentPurgeObjectIndex < GUnreachableObjects.Num())
   {
      FUObjectItem* ObjectItem = GUnreachableObjects[GObjCurrentPurgeObjectIndex];
      UObject* Object = static_cast<UObject*>(ObjectItem->Object);
      Object->ConditionalFinishDestroy();//调用FinishDestroy();
      ++GObjCurrentPurgeObjectIndex;
   }
   // 调用析构函数释放内存
   TickDestroyGameThreadObjects(bUseTimeLimit, TimeLimit, StartTime);
   return bCompleted;
}

BeginDestroy() 是通知UObject对象即将被销毁，销毁之前doshting;
FinishDestroy() 并没有真正销毁，真正的析构在TickDestroyGameThreadObjects 如下：

FUObjectItem* ObjectItem = GUnreachableObjects[ObjCurrentPurgeObjectIndexOnGameThread];       
if (ObjectItem)
{
   GUnreachableObjects[ObjCurrentPurgeObjectIndexOnGameThread] = nullptr;
   UObject* Object = (UObject*)ObjectItem->Object;
   Object->~UObject();
   GUObjectAllocator.FreeUObject(Object);
}

注意事项

采用 Mark-Sweep 来进行 GC
GC 用于 UObject 类型, 对于非 UObject 类型,需要继承 FGCObject 类型
UObject 不适用 C++ 的智能指针(但适用于 UE4 的智能指针,譬如 TWeakObjectPtr 等)
GC锁：GCLock() 和 GCUnlock()
回收加速优化：Cluster命运共同体（比如：UMaterial,UparticleSystem一簇/群的根)
默认情况下每 60 秒(可修改)执行 TryCollectGarbage 尝试进行一次 GC

UObject 生命周期管理

static UMyObject* m_Object 没有引用关系也会自动回收
使用UPROPERTY宏标记UObject，不会被GC
添加UObject到UE4的容器中，并且容器也需要使用UPROPERTY宏标记
如果是在继承UObject类中有一个UObject* A变量，那么即可使用UPROPERTY宏标记一下这个变量，则此变量就不会被UE4自动GC，在该类被销毁的时候，变量A会被设置为null，在之后会被UE4自动GC。
如何保存对象不被析构：AddToRoot
需要释放时：RemoveFromRoot

UMyObject* m_Object = NewObject<UMyObject>();
m_Object->AddToRoot();
m_Object->RemoveFromRoot();

对象指针保持

需要在对象上保持一个指向其他对象的指针，用UPROPERTY()宏

UCLASS()
class AMyClass : public AActor
{
    GENERATED_BODY()
private:
    // 
    UPROPERTY()
    AActor* MyReferenceToAnotherActor;
}

UObject的销毁回调

通过IsValid 和 IsValidLowLevel判断对象是否的有效性

        // GC和回收
        if(1)
        {
            // 异步执行且对象在当前帧内持续有效 等GC触发后失效
            // 会触发调用对象的BeginDestroy()
            pObj->ConditionalBeginDestroy(); 

            // 依然有效
            auto age = pObj->CurPlayerAge; 

            // 强制GC
            GEngine->ForceGarbageCollection(); // 下一帧将强制执行GC
            GEngine->DelayGarbageCollection(); // 下一帧一定不执行GC

            // 还未失效
            if(IsValid(pObj))
            {
                bool bTrueValid = pObj->IsValidLowLevel();
                FString _name = pObj->CurPlayerName;
                auto _age = pObj->CurPlayerAge; 
            }
        }

重载对象的BeginDestroy函数（ConditionalBeginDestroy会进入）
务必记住调用父类的销毁函数（不然引擎会崩溃）

void UTestObject::BeginDestroy()
{
    bool bTrueValid = this->IsValidLowLevel();
    FString _name = CurPlayerName;
    auto _age = CurPlayerAge; 

    // 调用父类销毁
    Super::BeginDestroy();
}

通过StaticOBJ来测试

AddToRoot就不会触发GC回收
没有AddToRoot，第二次进测试函数时IsValidLowLevel已然失效

    static UTestObject* StaticObj = NewObject<UTestObject>();
    if(IsValid(StaticObj))
    {
        // 不添加到root 本函数结束时StaticObj会被销毁。
        StaticObj->AddToRoot();

        StaticObj->CurPlayerName = TEXT("S_Mike");
        StaticObj->CurPlayerAge = 38;

        // 首次为T 第二次进入为F （AddToRoot后一直为T)
        bool bTrueValid = StaticObj->IsValidLowLevel();
        FString _name = StaticObj->CurPlayerName;
        auto _age = StaticObj->CurPlayerAge; 
    }

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UE5 步骤：

注意事项

UObject 生命周期管理

对象指针保持

UObject的销毁回调

通过StaticOBJ来测试

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