Cocos2dx内存管理、优化减少内存和多线程方面的问题

Cocos2d-x中的引用计数（Reference Count）和自动释放池（AutoReleasePool）

引用计数

引用计数是c/c++项目中一种古老的内存管理方式。当我8年前在研究一款名叫TCPMP的开源项目的时候，引用计数就已经有了。

iOS SDK把这项计数封装到了NSAutoreleasePool中。所以我们也在Cocos2d-x中克隆了一套CCAutoreleasePool。两者的用法基本上一样，所以假如你没有涉及过ios开发，你可以看看苹果官方文档NSAutoreleasePool Class Reference。

CCAutoreleasePool

Cocos2d-x的CCAutoreleasePool和cocoa的NSAutoreleasePool有相同的概念和API，但是有两点比较重要的不同：

1.    CCAutoreleasePool不能被开发者自己创建。Cocos2d-x会为我们每一个游戏创建一个自动释放池实例对象，游戏开发者不能新建自动释放池，仅仅需要专注于release/retain cocos2d::CCObject的对象。

2.    CCAutoreleasePool不能被用在多线程中，所以假如你游戏需要网络线程，请仅仅在网络线程中接收数据，改变状态标志，不要这个线程里面调用cocos2d接口。下面就是原因：

CCAutoreleasePool的逻辑是，当你调用object->autorelease()，object就被放到自动释放池中。自动释放池能够帮助你保持这个object的生命周期，直到当前消息循环的结束。在这个消息循环的最后，假如这个object没有被其他类或容器retain过，那么它将自动释放掉。例如，layer->addChild(sprite)，这个sprite增加到这个layer的子节点列表中，他的声明周期就会持续到这个layer释放的时候，而不会在当前消息循环的最后被释放掉。这就是为什么你不能在网络线层中管理CCObject生命周期，因为在每一个UI线程的最后，自动释放对象将会被删除，所以当你调用这些被删掉的对象的时候，你就会遇到crash。

CCObject::release(), retain() and autorelease() 

简而言之，这只有两种情况你需要调用release（）方法

1.    你new一个cocos2d::CCObject子类的对象，例如CCSprite，CCLayer等。

2.    你得到cocos2d::CCObject子类对象的指针，然后在你的代码中调用过retain方法。

下面例子就是不需要调用retain和release方法：

CCSprite* sprite = CCSprite::create("player.png"); 

这里就没有更多的代码用于sprite了。但是请注意sripte->autorelease()已经在CCSprite::create(const char*)方法中被调用了，因此这个sprite将在消息循环的最后自动释放掉。

一个错误的例子

一个开发者报告了一个使用CCArray 并导致crash的例子

bool HelloWorld::init()

{

    bool bRet = false;

    do

    {

        //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

        // super init first

        //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

        CC_BREAK_IF(! CCLayer::init());

        //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

        // add your codes below...

        //////////////////////////////////////////////////////////////////////////

        CCSprite* bomb1 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        CCSprite* bomb2 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        CCSprite* bomb3 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        CCSprite* bomb4 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        CCSprite* bomb5 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        CCSprite* bomb6 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

        addChild(bomb1,1);

        addChild(bomb2,1);

        addChild(bomb3,1);

        addChild(bomb4,1);

        addChild(bomb5,1);

        addChild(bomb6,1);

        m_pBombsDisplayed = CCArray::create(bomb1,bomb2,bomb3,bomb4,bomb5,bomb6,NULL);

        //m_pBombsDisplayed 是在头文件中被定义为一个 protected 变量.

        // <--- 我们应该添加在这里m_pBombsDisplayed->retain()方法来防止在HelloWorld::refreshData()中crash。

        this->scheduleUpdate();

        bRet = true;

    } while (0);

    return bRet;

}

void HelloWorld::update(ccTime dt)

{

    refreshData();

}

void HelloWorld::refreshData()

{

    m_pBombsDisplayed->objectAtIndex(0)->setPosition(cpp(100,100));

}

他的错误是m_pBombsDisplayed是使用CCArray::create(…)创建的，这种创建方式是静态构造方式，这个数组被标记了autorelease。

所以这个数组会在当前消息循环的最后被CCAutoreleasePool释放掉。

当后面的消息循环调用HelloWorld::update(ccTime)的时候，m_pBombsDisplayed已经是一个野指针了，这就将引起崩溃。

为了修复这个崩溃情况，我们需要增加m_pBombsDisplayed->retain()在m_pBombsDisplayed =CCArray::create(…);之后，并且在 HelloWorld::~HelloWorld() 的析构函数中调用m_pBombsDisplayed->release()。

纹理缓存（TextureCache）

简介

纹理缓存是将纹理缓存起来方便之后的绘制工作。每一个缓存的图像的大小，颜色和区域范围都是可以被修改的。这些信息都是存储在内存中的，不用在每一次绘制的时候都发送给GPU。

CCTextureCache

Cocos2d通过调用CCTextureCache或者CCSpriteFrameCache来缓存精灵的纹理。

当这个精灵调用CCTextureCache 或 CCSpriteFrameCache的方法的时候，cocos2dx将使用纹理缓存来创建一个CCSprite。所以你可以预先将纹理加载到缓存中，这样你在场景中使用的时候就非常方便了。怎么样加载这些纹理就看你自己的想法。例如，你可以选择异步加载方式，这样你就可以为loading场景增加一个进度条。

当你创建一个精灵，你一般会使用CCSprite::create(pszFileName)。假如你去看CCSprite::create(pszFileName)的实现方式，你将看到它将这个图片增加到纹理缓存中去了：

bool CCSprite::initWithFile(const char *pszFilename)

{

    CCAssert(pszFilename != NULL, "Invalid filename for sprite");

    CCTexture2D *pTexture = CCTextureCache::sharedTextureCache()->addImage(pszFilename);

    if (pTexture)

    {

        CCRect rect = CCRectZero;

        rect.size = pTexture->getContentSize();

        return initWithTexture(pTexture, rect);

    }

    // don't release here.

    // when load texture failed, it's better to get a "transparent" sprite than a crashed program

    // this->release(); 

    returnfalse;

}

上面代码显示一个单例在控制加载纹理。一旦这个纹理被加载了，在下一时刻就会返回之前加载的纹理引用，并且减少加载的时候瞬间增加的内存。（详细API请看CCTextureCache API）

使用缓存的原因就是减少内存，因为当你使用一个图片创建一个精灵的时候，如果这个图片不在缓存中，那么就会将他加载到缓存中，当你需要用相同的图片来新建精灵的时候，就可以直接从缓存中取得，而不用再去新分配一份内存空间。

值得注意的是清理的顺序，应该先清理动画缓存，然后清理精灵帧，最后是纹理。按照引用层级由高到低，以保证保释引用有效。

引擎会在设备出现内存警告时自动清理缓存，但是这显然在很多情况下已经为时已晚了。一般情况下，我们应该在切换场景时清理缓存中的无用纹理，因为不同场景间使用的纹理不同的。如果确实存在着共享的纹理，将其加入一个标记数组来保持其引用计数，以避免被清理。

void removeAnimationByName(const char *name); //移除一个指定的动画

实际上，如果考虑到两个场景间使用的动画基本不会重复，可以直接清理整个动画缓存。

void removeUnusedSpriteFrames(); //清理无用缓存

void removeUnusedTextures();  //清除不使用的纹理

如何优化内存使用

内存优化原理

为优化应用内存使用，开发人员首先应该知道什么最耗应用内存，答案就是纹理！纹理几乎会占据90%应用内存。所以尽量最小化应用的纹理内存使用，否则应用很有可能会因为低内存而崩溃。本文介绍Cocos2d-x游戏通用的两条内存优化原理指导。

切勿过度优化

这是一个通用的优化规则。在优化过程中，应该做一些权衡取舍。因为有时候图像质量和图像内存使用是处于两级的状态。千万不要过度优化！

内存优化水平

在此将ccos2d-x内存优化分为三个等级。每个等级都有不同的说明，策略也有点不一样。

客户端等级

这是最重要的的优化等级。因为我们要在Cocos2d-x引擎顶层编译游戏，引擎自身会提供一些优化选项。在这个等级我们可以进行大部分优化。简而言之，我们可以优化纹理、音频、字体及粒子的内存使用。

·        首先看纹理优化,为了优化纹理内存使用，必须知道什么因素对纹理内存使用的影响最大。主要有3个因素会影响纹理内存，即纹理格式（压缩还是非压缩）、颜色深度和大小。我们可以使用PVR格式纹理减少内存使用。推荐纹理格式为pvr.ccz。纹理使用的每种颜色位数越多，图像质量越好，但是越耗内存。所以我们可以使用颜色深度为RGB4444的纹理代替RGB8888，这样内存消耗会降低一半。此外超大的纹理也会导致内存相关问题。所以最好使用中等大小的纹理。

·        音频优化,3个因素会影响音频文件的内存使用，即音频文件数据格式、比特率及采样率。推荐使用MP3数据格式的音频文件，因为Android平台和iOS平台均支持MP3格式，此外MP3格式经过压缩和硬件加速。背景音乐文件大小应该低于800KB，最简单的方法就是减少背景音乐时间然后重复播放。音频文件采样率大约在96-128kbps为佳，比特率44kHz就够了。

·        字体和粒子优化,在此有两条小提示：使用BMFont字体显示游戏分数时，请尽可能使用最少数量的文字。例如只想要显示单位数的数字，你可以移除所有字母。至于粒子，可以通过减少粒子数来降低内存使用。

引擎等级

如果你不是一个OpenGLES及游戏引擎高手，可以略过这部分。因为Cocos2d-x是一个开源游戏引擎，如果你在引擎等级中做了什么优化，请告知我们！欢迎任何改进和代码。

C++语言等级

在这个等级中，建议是编写无内存泄露代码。遵循Cocos2d-x内置的内存管理原则，尽量避免内存泄露。

提示和技巧

1.    一帧一帧载入游戏资源

2.    减少绘制调用，使用“CCSpriteBatchNode”

3.    载入纹理时按照从大到小的顺序

4.    避免高峰内存使用

5.    使用载入屏幕预载入游戏资源

6.    需要时释放空闲资源

7.    收到内存警告后释放缓存资源.

8.    使用纹理打包器优化纹理大小、格式、颜色深度等

9.    使用JPG格式要谨慎！

10.  请使用RGB4444颜色深度16位纹理

11.  请使用NPOT纹理，不要使用POT纹理

12.  避免载入超大纹理

13.  推荐1024*1024 NPOT pvr.ccz纹理集，而不要采用RAWPNG纹理

推荐阅读

SteffenItterheim's cocos2d memory optimization tutorials Apple'sdeveloper guide for reducing memory usage

cocos2dx里面，sprite本身不消耗多少内存，只是关联的材质文件消耗内存。假设有10个sprite关联同一个材质，也不会有10倍消耗。

关于图片占用的材质内存，我觉得还有好几种优化手段：
1、对于背景图，因为不需要考虑透明问题。载入材质时可以使用 RGB565 格式（5位红色，6位绿色，5位蓝色），每一个像素消耗的内存是16bit = 2byte。比默认的 RGBA8888 消耗的内存少一半。
2、大尺寸的图可以适当缩小，显示时拉伸放大。比如960x640的图可以缩小为768x512，消耗的内存减少一半。
3、有些sprite不需要那么多的色彩，可以用 RGBA4444 格式载入，一个像素也只消耗2byte，减少一半。可以用 TexturePacker 这样的工具处理原始 32bitpng 图片，生成 RGBA4444 格式的材质文件。
4、多个小图合并到一起，做成 sprite sheet，可以显著降低内存使用，性能也会好一点。
5、超大背景图裁剪成多个小块，需要显示哪个区域才载入对应的块。程序上复杂不少，但总比内存不足崩溃掉好。

以上优化方法，我个人实践下来效果还是很明显的。

1。OpenGL一般都用2的N次方贴图尺寸，所以制作贴图时使它尽量接近2的N次方值，比如128＊128。如果有个切片组成的贴图尺寸是130＊100，那就尝试重新排布切片，使它控制在128＊128以内，这样能减少一半内存。
2。可以使用小图放大来贴，但我建议是对于背景图这样，对清晰度要求不高时，将尺寸按整数倍缩小贴图，然后贴图时采用Nearest临近差值算法，这样效果可以接受，效率又高。
3。将切片合成贴图时，要注意将使用时机和频率相当的切片放在一起，这样可以做到当前加载进内存的贴图，都是使用频率最高的。而当前不用的贴图要及时释放掉。游戏玩家一般都可以接受等待进度条加载一些东西。
4。游戏前期可以用模拟器测试，后期一定要真机＋Instruments测试，Xcode的Instruments功能很强，可以检测Leak，OpenGL优化建议，Allocation等。
5。游戏注意避免在logic循环或者render循环中反复分配内存，造成恶性增长。
6。PNG要用PS针对Web压缩一下，可以缩小文件尺寸，虽然不会减少运行时内存分配，但可以减少贴图加载的IO时间

内存管理

cocos2d::Vector<T>类只包含一个成员数据：

std::vector<T> _data;

_data的内存管理是由编译器自动处理的，如果声明了一个cocos2d::Vector<T>类型，就不必费心去释放内存。 注意：使用现代的c++，本地存储对象比堆存储对象好。所以请不要用new操作来申请cocos2d::Vector<T>的堆对象，请使用栈对象。如果真心想动态分配堆cocos2d::Vector<T>，请将原始指针用智能指针来覆盖。 警告：cocos2d::Vector<T>并不是cocos2d::Object的子类，所以不要像使用其他cocos2d类一样来用retain/release和引用计数内存管理。

最佳做法

·        考虑基于栈的cocos2d::Vector<T>优先用于基于堆的

·        当将cocos2d::Vector<T>作为参数传递时，将它声明成常量引用：constcocos2d::Vector<T>&

·        返回值是cocos2d::Vector<T>时，直接返回值，这种情况下编译器会优化成移动操作。

·        不要用任何没有继承cocos2d::Object的类型作为cocos2d::Vector<T>的数据类型。

cocos2d::Map<K,V>类只包含一个数据成员：

typedef std::unordered_map<K, V> RefMap;

RefMap _data;

_data的内存管理是由编译器处理的，当在栈中声明cocos2d::Map<K,V>对象时，无需费心释放它占用的内存。但是如果你是使用new操作来动态分配cocos2d::Map<K,V>的内存的话，就得用delete来释放内存了，new[]操作也一样。

注意：使用现代的c++，本地存储对象比堆存储对象好。所以请不要用new操作来分配cocos2d::Map<K,V>的堆对象，请使用栈对象。

如果真心想动态分配堆cocos2d::Map<K,V>，请将原始指针用智能指针来覆盖。

警告：cocos2d::Map<K,V>并不是cocos2d::Object的子类，所以不要像使用其他cocos2d类一样来用retain/release和引用计数内存管理。

警告：cocos2d::Map<K,V>并没有重载[]操作，不要用下标[i]来取cocos2d::Map<K,V>对象中的元素。

内存管理

cocos2d::Value的内存由它的析构函数来释放，所以使用cocos2d::Value时请尽量用推荐的最佳做法。

cocos2d::Value包含下面的数据成员：

union

{

    unsigned char byteVal;

    int intVal;

    float floatVal;

    double doubleVal;

    bool boolVal;

}_baseData;

std::string _strData;

ValueVector* _vectorData;

ValueMap* _mapData;

ValueMapIntKey* _intKeyMapData;

Type _type;

代码段中，_baseData, _strData和_type是由编译器和它们的析构函数负责释放内存的，而cocos2d::Value的析构函数则负责释放指针成员（_vectorData, _mapData和intKeyMapData）。

注意：cocos2d::Value不能像其它cocos2d类型一样使用retain/release和refcount内存管理

CCArray继承至CCObject（CCObject主要是为了自动内存管理而创建的），并且提供了一系列接口