UE开发中的设计模式(三) —— 对象池模式

在FPS游戏中，射击会生成子弹，在命中敌人后子弹会被销毁，那么会导致子弹对象频繁地创建和销毁，会造成运行效率降低且会产生内存碎片问题，而对象池模式可以很好地解决这个问题。

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问题提出

正如引言所说，FPS游戏中射击会频繁地创建和销毁子弹，导致效率降低且产生大量的内存碎片。

同时，按照设计模式的原则，我们需要遵守开放封闭原则，我们希望对象池除了应用在子弹创建和销毁中，还可以应用在其他场景下，即复用我们的对象池抽象类与对象池中对象的抽象类，且对于新增场景，只需要增加相应的对象池实现类与对象池中对象的实现类，而不需要修改抽象类中的代码。

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概述

根据上文我们提到的需要，对象池模式的UML类图设计如下。

• Abstract Object Pool 抽象的对象池类，其保存了对象池的大小，以及所有的抽象的目标对象。用户可以通过 GetObject 从对象池中获取一个可用的对象。
• Concrete Object Pool 具体的对象池类，根据要保存的对象类型，创建特定的对象数组，并进行相应的初始化。
• Abstract Pool Actor 抽象的目标类，inUse 标记其是否被使用，我们从对象池中取出一个目标使用，需要通过 SetInUse(true) 来进行相应的设置，比如对于子弹我们要让其可见、开启碰撞、设置初速度等，当目标被还给对象池(可能是主动还，可能是超时还)，需要通过 SetInUse(false) 来还原为初始设置，比如让子弹不可见、关闭碰撞、设置0速度等。
• Concrete Pool Actor 具体的目标类，需要重写 SetInUse、构造函数和析构函数，因为不同的目标类，他需要初始化的东西不同，析构释放的资源也可能不同。

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问题解决

下面我们应用对象池解决上面子弹的问题

（1） 创建一个 BP_PooledActor 的目标抽象类其有属性 inUse，TimeToLive、TimeToLiveTimer 后两个属性用于超时返还到对象池中。

自定义事件 CS_SetInUse 如果传入真，关闭碰撞、关闭Tick、隐藏于游戏，设置一个定时器来超时返还。

（2）创建一个 AC_ObjectPool 组件，其有属性 PoolSize、TimeToLive、ObjectPool、PooledActorClass ，ObjectPool 是一个数组保存目标，PooledActorClass 保存目标类的类型。

自定义事件 CS_InitializePool 用来初始化对象池，根据 PoolSize 创建目标对象加入对象池

定义函数 F_FindFirstAvailable 用于找到可用的目标对象

定义函数 F_SpawnFromPool 用于用户从对象池中获取目标对象

（3）创建 FirstPersonProjectile 子弹类，其父类为 BP_PooledActor
重写 CS_SetInUse，加入设置投射组件速度和激活/关闭粒子系统

在 Hit 事件中，CS_SetInUse(false) 返还给对象池。

（4）在角色类中，加入 AC_ObjectPool 组件，那么就可以在开火的时候使用子弹对象池中的子弹了

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总结

优点：

• 减少频繁创建和销毁对象的开销，提高系统性能。
• 控制资源的最大使用量。

缺点：

• 需要正确管理对象的状态重置，避免状态泄露。
• 增加了复杂性，需要谨慎管理对象生命周期。
• 需要我们评估一个合理的资源的最大使用量，过大会导致额外的内存开销，过小可能会导致错误(需要更复杂的处理手段)

适用场景：
对象池适用于我们需要频繁创建和销毁一个对象，且创建销毁开销较大的场景，以帮助我们减少创建销毁的次数，提升性能，同时减少内存碎片。

上面提到的对象池用法比较初级，更深入地对象池使用还有根据对象池使用情况，动态地增减对象池中的对象。