NGUI的原理机制:深入剖析UIPanel,UIWidget,UIDrawCall底层原理

发表于2016-07-31
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  NGUI的原理机制:深入剖析UIPanel,UIWidget,UIDrawCall底层原理
  这是我去搜狐畅游面试时,面试官问的一个问题。问NGUI的机制原理是什么?就是这个插件是根据什么写出来的。当时没答上来,下面是我从转载过来的,可以研究研究。 
  之前项目中用的NGUI的版本是3.0.7 f3,开始的时候感觉没有什么问题,直达最近项目UI的完成度比较高时,就突然出现掉帧很严重的现象,即使只有一个UI打开(其他都是active = false的情况下),打开profier,发现UIPanel LateUpdate 竟然占了CPU使用率的50%左右,这太恐怖了,虽然之前看到过有吐槽NGUI的机制的,但是我觉得为了保证通用牺牲一些性能还是在所难免的,但是没想到这个版本竟然这么废。
  之前虽然研究过NGUI的UIWidget, UIDrawCall,UIGeometry和 UIPanel等基础脚本(NGUI所见即所得之UIWidget , UIGeometry & UIDrawCall,NGUI所见即所得之UIPanel),也大概清楚了NGUI的绘制原理。但对具体的逻辑还是不够清楚,有点凤毛麟角。为了更好的改进NGUI的性能以及更加规范使用NGUI,只有把NGUI的底层吃透。
  由于在之前的文章介绍了UIGeometry,UIDrawCall和UIWidget之间的关系,以及UIPanel的管理机制,所以本文主要剖析底层的原理,主要要弄清楚一下问题:
   1、transform ,大小(size)的变化的底层绘制影响
   2、颜色(包括透明度)变化的底层绘制影响
  3、enable 和 disable 状态变化底层的处理
  4、UIDrawCall 和 UIPanel 机制的细节
  未免读者理不顺,先简单说下UIGeometry,UIDrawCall和UIWidget的关系:UIWidget是UI的基础组件(UILabel,UISprite)的基类,含有组件的基本信息(width,Height,color等),UIGeometry是UIWidget的几何数据,记录了顶点坐标,贴图的UVs和颜色等信息,UIDrawCall是将多个UIWidget的UIGeometry组合起来一起绘制,具体的UIWidget如果共用一个UIDrawCall由UIPanel控制,要想了解更多可以点击上面的链接的文章查看。
  虽然从人的求知欲角度,我们的疑问是按照上面 1-4 排列的,但是下面却是从 4开始介绍,只要把4理解透了3,2,1就自然迎刃而解了。
UIDrawCall
  UIGeometry相对简单,这里就不再浪费篇幅介绍了,UIDrawCall是绘制的基础组件,还是有必要仔细介绍下。
  1、成员变量
  仅对几个比较重要又搞不明白的变量进行解析:
  a)List mActiveList 和 mInactiveList : 为什么会有两个List,mAcitveList 保持当前激活的UIDrawCall, mInactiveList主要是用于回收UIDrawCall.Destroy()的UIDrawCall,以达到循环利用避免内存的反复申请和释放,减少GC的次数。这个机制前面介绍的 vp_Timer采用这个策略。
  b)Material mMaterial 和 mDynamicMat:不是讲究节约内存么,怎么会有两个Material,mMaterial就是我们图集的材质Material,mDynamicMat是实际采用的Material,因为UIPanel 的 Clipping有 AlphaClipp 和 SoftClip 这两个是要通过切换Shader来实现的,所以需要对应动态创建一个Material,这个就是mDynamicMat的存在。
  c)bool mRebuildMat 和 isDirty:这两者表示UIDrawCall所处的状态,当改变UIDrawCall的 Material 和 Shader ,mRebuildMat就变为 true,就会引起 RebuildMaterial()的调用。isDirty若为 true ,表示UIDrawCall要进行重写“填充”,调用Set函数。
  C#代码 
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public Material baseMaterial
   {
       get{return mMaterial;}
       set
       {
           if (mMaterial != value)
           {
               mMaterial = value;
               mRebuildMat = true;
           }
       }
   }
   public Shader shader
   {
       get{ return mShader;}
       set
       {
           if (mShader != value)
           {
               mShader = value;
               mRebuildMat = true;
           }
       }
   }
  2、几个重要的函数
  a)CreateMaterial, RebuildMaterial 和 UpdateMaterial,这是三个后面包含前面,总之就是完成材质的创建或更新。
  b)Set (BetterList verts,BetterList norms,BetterList tans,BetterList uvs,BetterList cols),根据verts,norms,tans,uvs,cols重新构建Mesh,MeshRender。  
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mMesh.vertices = verts.buffer;
mMesh.uv = uvs.buffer;
mMesh.colors32 = cols.buffer;
if (norms != null) mMesh.normals = norms.buffer;
if (tans != null) mMesh.tangents = tans.buffer;

  c)OnEnable,Ondisable 和 OnDestroy:销毁了mDynamicMat,可以看出Material比Mesh更简单,不用太考虑内存问题,然后OnDestroy()没有发现调用。 
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void OnEnable () { mRebuildMat = true; }
 
    void OnDisable ()
    {
        depthStart = int.MaxValue;
        depthEnd = int.MinValue;
        panel = null;
        manager = null;
        mMaterial = null;
        mTexture = null;
 
        NGUITools.DestroyImmediate(mDynamicMat);
        mDynamicMat = null;
    }
 
    void OnDestroy ()
    {
        NGUITools.DestroyImmediate(mMesh);
    }
  d)Create , Clear 和 Destroy:Create 先从mInactiveList中取出一个,在附上属性达到重复利用,Destroy是将没用的UIDrawCall从mActiveList移到mInactiveList中:  
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static UIDrawCall Create (string name)
    {      
                //省略其他处理
        if (mInactiveList.size > 0)
        {
            UIDrawCall dc = mInactiveList.Pop();
            mActiveList.Add(dc);
            if (name != null) dc.name = name;
            NGUITools.SetActive(dc.gameObject, true);
            return dc;
        }
                //省略其他处理
        // Create the draw call
        mActiveList.Add(newDC);
        return newDC;
    }
    static public void Destroy (UIDrawCall dc)
    {
        if (dc)
        {
            if (Application.isPlaying)
            {
                if (mActiveList.Remove(dc))
                {
                    NGUITools.SetActive(dc.gameObject, false);
                    mInactiveList.Add(dc);
                }
            }
            else
            {
                mActiveList.Remove(dc);
                NGUITools.DestroyImmediate(dc.gameObject);
            }
        }
    }
  UIPanel
  之前就介绍过UIPanel,也画了UIPanel主要函数的调用栈(点击查看),这里也简单罗列下LateUpdate的函数调用:
  LateUpdate
  UpdateSelf
  UpdateTransformMatrix : 调整 worldToLocal 矩阵用于调整其管理的UIWidget的transform,并进一步调整顶点信息,还调整clipOffset的变量
  UpdateLayers : 更新LayerMask
  UpdateWidgets : 调整UIWidget
  UIWidget.UpdateGeometry : 调整UIWidget的几何(顶点等)信息
  OnFill(geometry.verts, geometry.uvs, geometry.cols): 如果颜色(透明度)和大小等改变就重新填充顶点信息
  geometry.ApplyTransform : transform发生改变,调整UIGeometry中顶点的位置(矩阵计算)
  FillAllDrawCalls  or FillDrawCall : 重新构建所有UIDrawCall (当UIWdiget的depth发生变化),否则只调整有UIWidget的UIDrawCall
  UpdateDrawCalls : 调整UIPanel管理的UIDrawCall 的 transform 和 clip 等属性
越来越觉得NGUI的代码组件结构越来越清晰,虽然篇幅很长(有1600多行)但理解还是可以很简单的。
  UIWidget
  UIWidget有一个变量 mChange 和一个函数 MarkAsChange() 很重要,这两个标记UIWidget是否变化需要进行调整的状态。
   1、当 Anchor , Pivot , Alpha 以及 UILabel 和 UISprite 的一些状态的改变 mChange = true ,即会调整Geometry信息
   2、MarkAsChange 会执行 drawCall.isDirty = true; 这样就会导致其所属的 UIDrawCall 需要重写构建 
  针对前面 1-3 的疑问进行如下总结:
  UIWidget(UILabel , UISprite)的任何变化(transform , drawSize , width , heigth , color , pivot ,anchor 等)变化都会引起绘制该UIWidget进行重新构建——对Mesh的顶点进行刷新,尤其是depth的变化会使得所有UIDrawCall 进行重写调整,这是非常耗性能的。
  总结:
  NGUI的好处就是:合并Mesh和图集节省DrawCall,由于影响Mesh的因素太多了,所以会“牵一发而动全身”,NGUI采取的一个通用的策略,没有对不同的情况做不同的处理,都是采用某个UIDrawCall全部刷新甚至是全部UIDrawCall的刷新,这也是大家吐槽的“重中之重”。
  D.S.Qiu认为针对不用的情况还是会有不少优化的,比如改变alpha值,可以不需要重新调整顶点verts,而只需要单独调整cols的alpha通道,改变depth也不需要全部调整UIDrawCall,这样明显是没有做到严格的管理的。
  对此,D.S.Qiu提出2点使用NGUI制作UI的建议:
  1、尽量是UIWidget静动分离,即静止的尽量合成单独一个UIPanel,会变化的就放在另外一个UIPanel
  2、尽量控制UIPanel和UIDrawCall的数量,充分利用图集的空间,对“夹层”的情况可以通过图集的调整,使得UIDrawCall变得更少。





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