cocosCreator 之内存管理和释放

版本： 3.4.0

语言： TypeScript

环境： Mac


回顾

前面有两篇博客说明了：

  • cocosCreator 之 resources动态加载、预加载 讲述了静态引用资源，动态加载和预加载相关
  • cocosCreator 之 Bundle 讲述了AssetManager关于对内置Bundle和自定义Bundle的使用相关

简单的理解就是对cocosCreator内静态和动态引用资源的使用相关，为了对动态资源更方便管理，增加了AssetManager用于管理，释放资源相关。

动态引用的资源，相关接口均为异步操作

涉及到资源管理，就会牵扯到资源的内存管理。

在cocosCreator中，官方针对于不同的资源有着不同的内存管理方式。主要有：

  • 静态引用资源，通过序列化数据进行自动管理释放
  • 动态引用资源，为了避免错误释放而增加引用计数管理， 以及AssetManager对资源进行的释放管理
  • 场景的自动释放管理

从本质上都是引用计数，但为了有一个更好的理解，故此通过本篇博客汇总出来。

理解可能有误，欢迎您的指出。


引用计数

cocosCreator中的资源都被放在 assets目录下, 主要来源：

  • 从外部导入
  • 通过远程下载的资源

他们最后都会被包装，使其继承于资源基类：Asset。

对象
事件处理
资源基类
cocos_core_assets_asset_Asset_base
CCObject
cocos_core_event_eventify_IEventified
Asset

在cocosCreator中，Asset的重要作用就是对资源进行引用计数。主要定义如下：

// cc.d.ts
export class Asset extends __private.cocos_core_assets_asset_Asset_base {
  // 该资源对应的目标平台资源的 URL，如果没有将返回一个空字符串
  get nativeUrl(): string;
  // 序列化对象
  serialize(): void;
  // 获取引用数量
  get refCount(): number;
  // 增加引用计数
  addRef(): Asset;
  // 减少资源的引用并尝试进行自动释放
  decRef(autoRelease?: boolean): Asset;
}

// 主要实现： ../resources/3d/engine/cocos/core/assets/asset.ts
export class Asset extends Eventify(CCObject) {
  private _ref = 0;
  // 引用计数数目
  public get refCount (): number {
    return this._ref;
  }
	// 引用计数+1
  public addRef (): Asset {
    this._ref++;
    return this;
  }
	// 引用计数-1，并尝试进行自动释放
  public decRef (autoRelease = true): Asset {
    if (this._ref > 0) {
      this._ref--;
    }
    // 检测是否自动释放
    if (autoRelease) {
      legacyCC.assetManager._releaseManager.tryRelease(this);
    }
    return this;
  }
}

针对于decRef下的自动释放接口 tryRelease, 我们看下大致的实现：

// ../resources/3d/engine/cocos/core/asset-manager/release-manager.ts
class ReleaseManager {
  private _eventListener = false;
  // 待释放资源数组
  private _toDelete = new Cache<Asset>();
  
  // 尝试自动释放(释放对象，是否强制释放默认为false)
  public tryRelease (asset: Asset, force = false): void {
    if (!(asset instanceof Asset)) { return; }
    // 如果强制释放，则释放资源
    if (force) {
      this._free(asset, force);
      return;
    }
		// 没有强制释放，则将对象的uuid缓存到待释放资源对象中
    this._toDelete.add(asset._uuid, asset);
    // 检测对象是否注册事件监听器，如果没注册，则下一帧进行释放资检测
    if (!this._eventListener) {
      this._eventListener = true;
      callInNextTick(this._freeAssets.bind(this));
    }
  }
  
  // 用于事件监听器的下一帧释放检测
  private _freeAssets () {
    this._eventListener = false;
    this._toDelete.forEach((asset) => {
      this._free(asset);
    });
    // 注意：清空用于保证缓存的对象仅被遍历一次，也就是生命周期仅有一帧
    this._toDelete.clear();
  }
  
	// 释放对象(对象，是否强制释放)
  private _free (asset: Asset, force = false) {
    const uuid = asset._uuid;
    // 将释放对象从缓存中移除
    this._toDelete.remove(uuid);
		// 检测对象是否有效
    if (!isValid(asset, true)) { return; }
		
    if (!force) {
      // 检测引用计数和是否存在循环引用，如果存在则return
      if (asset.refCount > 0) {
        if (checkCircularReference(asset) > 0) { return; }
      }
    }

    // 从缓存中移除对象
    assets.remove(uuid);
    // 通过uuid获取资源的所有依赖项，并进行遍历
    const depends = dependUtil.getDeps(uuid);
    for (let i = 0, l = depends.length; i < l; i++) {
      // 对象有效，则进行引用计数-1
      const dependAsset = assets.get(depends[i]);
      if (dependAsset) {
        dependAsset.decRef(false);
        // no need to release dependencies recursively in editor
        if (!EDITOR) {
          this._free(dependAsset, false);
        }
      }
    }
    // ...
  }
}

它的流程简介：

  • 如果不是强制释放对象，则存储到临时数组中，在下一帧遍历缓存中数组对象进行释放操作
  • 如果是强制释放对象，则调用释放接口
  • 释放接口会将对象从临时数组中移除，并检测对象是否有效、是否被引用
  • 如果对象可以被移除，则获取依赖项并进行遍历进行引用计数-1
  • 引用计数为0，则对对象进行释放。

这里有几点需要注意：

  1. 针对于this._eventListener 是一个标记，它主要用于保证对象需要在下一帧执行
  2. 释放操作中的对象增加操作this._toDelete.clear()，主要是为了保证对象的生命周期只有一帧。

针对于后者，生命周期回调仅有一帧，很像cocos2d-x中的内存管理处理：

// application.cpp的while主循环中，根据FPS每帧调用mainLoop
void Director::mainLoop() {
  if (! _invalid) {
    drawScene();
    // 清理当前释放池对象
    PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->clear();
  }
}

void AutoreleasePool::clear() {
  // 通过使用vector.swap方法进行交换，可以保证每帧仅对节点数据遍历一次
  std::vector<Ref*> releasings;
  releasings.swap(_managedObjectArray);

  // 遍历所有对象，进行引用计数-1，为0的销毁对象
  for (const auto &obj : releasings) {
    obj->release();
  }
}

关于cocos2d-x的内存机制可参考：cocos2d-x 内存管理机制

cocosCreator中的资源很多都是相互依赖的，他们的引用计数结构类似如下：

  1. 当使用到某个资源时，引用计数是：
    请添加图片描述

  2. 增加了一个资源的引用，资源存在依赖性，引用计数是：
    请添加图片描述

  3. 释放资源A，引用计数是：
    请添加图片描述

引用计数为0的，则进行释放操作。


动态引用

静态引用的资源，会被编译器进行序列化后记录在序列化数据中，引擎是可以统计引用关系的， 所以不需要关注内存的释放相关。

但动态引用的资源使用灵活，在需要的时候进行加载。

因为没有序列化，引擎是无法统计引用关系的。导致引用计数为0，就可能出现被误释放的问题。

因此需要借助addRef()和decRef()的接口进行手动管理:

const url = 'img_bag/spriteFrame';
resources.load(url, SpriteFrame, (err, spriteFrame) => {
  	if (err) {
      return console.err(err.message);
    }
  	let sprite = this.node.getComponent(Sprite);
  	sprite.spriteFrame = spriteFrame;
    // 增加引用计数，用于保证资源不被错误释放
  	spriteFrame.addRef();
  
  	this._spriteFrame = spriteFrame;
});

// 节点销毁时
protected onDestory() {
  if (this._spriteFrame) {
    this._spriteFrame.decRef();
    this._spriteFrame = null;
  }
}

注意： 配对使用，尤其针对于addRef，如果频繁调用，极大可能出现引用计数非0而内存浪费的问题。


AssetManager

官方提供的AssetManager模块用来负责加载、释放资源相关。在上面的示例中使用引用计数如果忘记，依然存在内存泄漏的问题。

针对于内存管理AssetManager主要提供的接口有：

export class AssetManager {
  // 已加载 bundle 的集合
  bundles: AssetManager.Cache<AssetManager.Bundle>;
  // 获取Bundle
  getBundle(name: string): AssetManager.Bundle | null;
  // 移除Bundle
  removeBundle(bundle: AssetManager.Bundle): void;
  
  // 已加载资源的集合
  assets: AssetManager.Cache<Asset>;
  // 释放资源以及其依赖资源, 不仅会从 assetManager 中删除资源的缓存引用，还会清理它的资源内容
  releaseAsset(asset: Asset): void;
  // 释放所有没有用到的资源
  releaseUnusedAssets(): void;
  // 释放所有资源
  releaseAll(): void;
}

注：只要是Bundle都被AssetManager管理，Bundle和Bundle内的资源移除是两码事

Bundle 在不使用后，如果想移除，需要优先释放 Bundle内的资源。

let bundle = assetManager.getBundle("test_bundle");
if (!bundle) {
  return;
}
// 释放bundle内的所有资源
bundle.releaseAll();
// 移除Bundle
assetManager.removeBundle(bundle);

关于AssetManager对 Asset 资源的释放相关，看下引擎的主要实现：

// ../resources/3d/engine/cocos/core/asset-manager/asset-manager.ts
export class AssetManager {
  public releaseAsset (asset: Asset): void {
    releaseManager.tryRelease(asset, true);
  }

  public releaseUnusedAssets () {
    assets.forEach((asset) => {
      releaseManager.tryRelease(asset);
    });
  }

  public releaseAll () {
    assets.forEach((asset) => {
      releaseManager.tryRelease(asset, true);
    });
  }
}

releaseManager.tryRelease的具体实现，看上面release-manager.ts的展示。

除了AssetManager 提供的资源释放以外， Bundle中也存在着一些释放接口，它主要应用于对单一的资源释放。

let bundle = assetManager.getBundle("test_bundle");
if (!bundle) {
  return;
}
// 释放bundle内的单个资源
bundle.release(`image`, SpriteFrame);
// 移除Bundle
assetManager.removeBundle(bundle);

引擎中的主要实现代码：

// ../resources/3d/engine/cocos/core/asset-manager/bundle.ts
export default class Bundle {
  // 释放包内指定路径的资源
  public release (path: string, type?: AssetType | null) {
    const asset = this.get(path, type);
    if (asset) {
      releaseManager.tryRelease(asset, true);
    }
  }
	// 释放包内没有用到的资源
  public releaseUnusedAssets () {
    assets.forEach((asset) => {
      const info = this.getAssetInfo(asset._uuid);
      if (info && !info.redirect) {
        releaseManager.tryRelease(asset);
      }
    });
  }
	// 释放包内所有的资源
  public releaseAll () {
    assets.forEach((asset) => {
      const info = this.getAssetInfo(asset._uuid);
      if (info && !info.redirect) {
        releaseManager.tryRelease(asset, true);
      }
    });
  }
}

releaseManager.tryRelease的具体实现，看上面release-manager.ts的展示。


场景释放

针对于自动释放资源，在场景的 属性检查器 中有个参数叫做 AutoReleaseAssets，勾选。

场景在切换的时候也会进行自动释放该场景下的所有依赖资源。
请添加图片描述

主要的逻辑实现：

  1. director.loadScene或director.runScene时，它们都会调用runSceneImmediate方法
  2. 该方法会调用关于 release-manager.ts下的接口_autoRelease
// ../resources/3d/engine/cocos/core/asset-manager/release-manager.ts
// 场景的自动释放标记autoReleaseAssets
// 如果为true，表示引用计数-1后进行自动释放，即调用tryRelease接口
public _autoRelease (oldScene: Scene, newScene: Scene, persistNodes: Record<string, Node>) {
  // 检测是否有旧场景
  if (oldScene) {
    const childs = dependUtil.getDeps(oldScene.uuid);
    for (let i = 0, l = childs.length; i < l; i++) {
      const asset = assets.get(childs[i]);
      if (asset) {
        // 重要代码, 如果为true，则调用tryRelease接口
        asset.decRef(TEST || oldScene.autoReleaseAssets);
      }
    }

    const dependencies = dependUtil._depends.get(oldScene.uuid);
    if (dependencies && dependencies.persistDeps) {
      const persistDeps = dependencies.persistDeps;
      for (let i = 0, l = persistDeps.length; i < l; i++) {
        const asset = assets.get(persistDeps[i]);
        if (asset) {
          // 重要代码, 如果为true，则调用tryRelease接口
          asset.decRef(TEST || oldScene.autoReleaseAssets);
        }
      }
    }

    if (oldScene.uuid !== newScene.uuid) {
      dependUtil.remove(oldScene.uuid);
    }
  }
	// ...
}

总结

cocosCreator的资源释放，最后汇总下：

  1. 资源相关的内存管理是引用计数，通过Asset管理
  2. 引用计数相关的逻辑操作，在release-manager.ts中
  3. 自动释放的主要代码思想是：将释放的对象保存到临时数组中，且该临时数组的生命周期仅有一帧
  4. 场景相关，建议勾选 AutoReleaseAssets 选项，进行内存自动释放
  5. Bundle相关，建议合理使用release、 releaseUnusedAssets、 releaseAll的接口
  6. AssetManager相关， 释放Bundle的时候，注意资源释放接口的调用(同Bundle名称一样)

最后，祝大家学习生活愉快!

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