华企号 互联网综合 虚幻4引擎垃圾回收原理

虚幻4引擎垃圾回收原理

虚幻引擎的GC是追踪式、非实时、精确式,非渐近、增量回收(时间片)。

垃圾回收算法分类:

分类

项目

描述

引用计数/追踪式GC

引用计数

通过额外的计数来对单个对象的引用次数进行计算,当引用计数为零时,回收对象

 

追踪式

扫描系统对象引用网络,寻找被引用的对象,留下的对象即为需要回收的垃圾对象

保守/精确

保守式

不需要额外信息来进行辅助识别指针字段,根据一些特性推断出可能为指针的区域,根据这些指针判断对象已被引用,从而释放“绝对不可能被引用”的对象,不求全部回收,但求不错删

 

精确式

需要额外信息来进行辅助识别指针字段,但是能够精确识别每一个被引用的对象

实时/非实时

实时

实时GC不需要中断用户程序进行

 

非实时

非实时GC会要求中断用户程序运行来进行垃圾回收

渐进/非渐进

渐进

逐步完成搜索与回收

 

非渐进

一次完成搜索和回收操作

UClass包含了类的成员变量信息,类的成员变量包含了“是否是指向对象的指针”,因此具备选择精确式GC的客观条件。

利用反射系统,完成对每一个被引用的对象的定位。故采用追踪式GC。

虚幻在回收过程中,没有搬迁对象,应该是考虑到对象搬迁过程中修正指针的庞大成本。

选择了一个非实时但是渐进式的垃圾回收算法,将垃圾回收的过程分步、并行化,以削弱选择追踪式GC带来的暂停等消耗。

 

垃圾回收函数 CollectGarbage

锁定
回收
解锁
虚幻的GC入口是CollectGarbage()
COREUOBJECT_API void CollectGarbage(EObjectFlags KeepFlags, bool bPerformFullPurge = true);
void CollectGarbage(EObjectFlags KeepFlags, bool bPerformFullPurge)
{
// No other thread may be performing UOBject operations while we’re running
GGarbageCollectionGuardCritical.GCLock();

// Perform actual garbage collection
CollectGarbageInternal(KeepFlags, bPerformFullPurge);

// Other threads are free to use UObjects
GGarbageCollectionGuardCritical.GCUnlock();
}
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锁定/解锁
借助GGarbageCollectionGuardCritical.GCLock/GCUnLock函数,在垃圾回收期间,其他线程的任何UObject操作都不会工作,从而避免出现一边回收一边操作导致各种问题。

回收
回收过程对应函数CollectGarbageInternal中的FRealtimeGC::PerfomReachablilityAnanlysis函数,可以看做两个步骤:标记和清除。不过,增加了簇和增量清除,簇是为了提高回收效率,增量清除是为了避免垃圾回收时导致的卡顿。

 

标记过程:全部标记为不可达,然后遍历对象引用网络来标记可达对象。

清除过程:直接检查标记,对没有被标记可达的对象,调用ConditionalBeginDestroy函数来请求删除。

 

标记过程的实现原理:
全部标记为不可达:虚幻引擎的MarkObjectsAsUnreachable函数就是用来标记不可达的。借助FRawObjectIterator遍历所有的UObject,然后设置标记为Unreachable即可。

MarkObjectsAsUnreachable(ObjectsToSerialize, KeepFlags);
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遍历对象引用网络来标记可达对象:

FGCReferenceProcessor ReferenceProcessor;
TFastReferenceCollector<FGCReferenceProcessor, FGCCollector, FGCArrayPool> ReferenceCollector(ReferenceProcessor, FGCArrayPool::Get());
ReferenceCollector.CollectReferences(ObjectsToSerialize, bForceSingleThreaded);
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这里有几个重要的对象TFastReferenceCollector、FGCReferenceProcessor、以及FGCCollector,分别介绍一下。

 

TFastReferenceCollector:用于可达性分析。
如果是单线程就调用ProcessObjectArray()函数,遍历UObject的记号流(token stream)来查找存在的引用,如果没有记号流,调用UClass::AssembleReferenceTokenStream()函数就是用生成记号流(token steam,其实就是记录了什么地方有UObject引用),用CLASS_TokenStreamAssembled来保存。

如果是多线程,创建几个FCollectorTask来处理,最终还是调用ProcessObjectArray()函数来处理。

 

UClass::AssembleReferenceTokenStream()函数
如果没有创建token stream,那么就会遍历当前UClass的所有UProperty,对每个UProperty调用EmitReferenceInfo()函数,这是一个虚函数,如果它有父类,那么就会调用父类的AssembleReferenceTokenStream()函数,并把父类添加到数组的前面,最后加上GCRT_EndOfStream到记号流中,并设置CLASS_TokenStreamAssembled来保存。

 

FGCReferenceProcessor
处理由TFastReferenceCollector查找得到的UObject引用。

如果Object->IsPendingKill()的返回值为true且允许引用消除,那么把Object的引用设置为NULL

否则,调用ThisThreadAtomicallyClearedRFUnreachable()清除不可达标记,标记为可达,如果这个UObject是簇的根,调用MarkReferencedClustersAsReachable函数,把当前簇引用的其他簇标记为可达。

 

基于簇的垃圾回收
其中跟Cluster相关的几个函数在UObjectBaseUtility中,如下图所示:

 

用于加速Cook后的对象的回收,所以编辑器下不会使用簇来GC。能够作为簇根的为UMaterial和UParticleSystem,基本上所有的类都可以在簇中。当垃圾回收阶段检查到一个簇根不可达,整个簇都会被回收,加速回收的效率,节省了再去处理簇的子对象的时间。

 

FGCCollector
继承自FReferenceCollector,HandleObjectReference()和HandleObjectReferences()都调用了FGCReferenceProcessor的HandleObjectReference()方法来进行UObject的可达性分析。

 

清除过程的实现原理:
为了减少卡顿,虚幻增加了增量清除的概念(IncrementalPurgeGarbage()函数),就是一次删除只占用固定的时间片,一段段进行销毁的触发。

需要注意的是,由于会在两次清除时间内产生新的UObject,故在每次进入清除时,需要检查GObjCurrentPurgeObjectIndexNeedsReset,如果为true,那么重新创建一个FRawObjectIterator用于遍历所有的UObject。
通过GObjCurrentPurgeObjectIndex来循环遍历所有的FUObjectItem(记录了UObject相关的信息,比如ClusterIndex,Flags等),如果对象不可达且IsReadyForFinishDestroy()为true,那么我们就调用ConditionalFinishDestroy();
而如果IsReadyForFinishDestroy()为false,那么把它添加到GGCObjectPendingDestruction中去。待到下一次增量清除时,如果GGCObjectPendingDestructionCount不为0且IsReadyForFinishDestroy()为true,那么我们就调用ConditionalFinishDestroy()。
当然如果有时间限制,到了时间限制,也会退出。

 

作者: 华企网通王鹏程序员

我是程序员王鹏,热爱互联网软件开发和设计,专注于大数据、数据分析、数据库、php、java、python、scala、k8s、docker等知识总结。 我的座右铭:"业精于勤荒于嬉,行成于思毁于随"
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