오브젝트 풀링

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개요

이 기술은 성능 최적화 기법으로, 생성된 오브젝트를 재사용하여 빈번한 메모리 할당과 해제를 피합니다. 메모리 풀과 유사하게, 완전히 초기화된 오브젝트 객체를 재사용하는데 중점을 둡니다. 지속적으로 생성과 소멸하는 오브젝트에 이상적입니다.

⚠️ 참고: 이 기법은 재사용으로 CPU 오버헤드를 줄여 성능을 개선하지만, 사전 할당으로 메모리 사용이 늘어날 수 있습니다.

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구조 설계도

• 흰색 테두리: 처리 흐름
• 노란색 테두리: 오브젝트 집합체

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실제 적용 사례들

1. 프로젝트: Infinite Runners

Infinite Runners는 예전에 만든 프로젝트로, 오브젝트 풀링 설명하기 위해 사용했습니다.

Infinite Runners의 MapGenerator 클래스는 배열 기반 풀 구조를 사용해 오브젝트 풀링으로 맵을 무작위로 재사용하며 다양한 맵 시퀀스를 제공합니다.

MapGenerator 클래스 - 실행 흐름

• 이 함수들은 게임이 시작될 때 한번만 호출되어 맵 풀을 생성 및 구성합니다:
  • Start() → CreateMapPool() → InitializeFreeIndices() → SpawnMapsAtStart()
• 이 함수들은 게임 플레이 중 호출됩니다:
  • OnTriggerEnter(Collider other) → ReplaceMap(int oldIdx)

MapGenerator 클래스 - 코드 분석

private void CreateMapPool()
{
	m_MapPool = new GameObject[m_MapPoolSize];
	
	for (int i = 0; i < m_MapPoolSize; i++)
	{
		GameObject obj = Instantiate(m_MapPrefabs[i % m_MapPrefabs.Length], Vector3.zero, Quaternion.identity, transform);
		obj.SetActive(false);
	
		m_MapPool[i] = obj;
	
		MapBehaviour mapBehaviour = obj.GetComponent<MapBehaviour>();
		mapBehaviour.SetPoolIdx(i);
	}
}

모든 맵 오브젝트는 한번만 생성되어 배열에 저장되며, 기본적으로 비활성화된 상태로 설정됩니다. 각 맵은 MapBehaviour 컴포넌트를 통해 고유한 풀 인덱스를 할당받아 추적됩니다.

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private void InitializeFreeIndices()
{
	m_FreeIndices = new List<int>(m_MapPoolSize);
	
	for (int i = 0; i < m_MapPoolSize; i++)
	{
		m_FreeIndices.Add(i);
	}
}

이 함수는 미리 생성된 맵 오브젝트의 모든 인덱스를 리스트에 담아, 현재 재사용 가능한 맵을 추적하는 역할을 합니다.

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private void SpawnMapsAtStart()
{
	for (int i = 0; i < m_SpawnAmount; i++)
	{
		int randListIdx = GetRandomFreeIdx();
		int poolIdx = m_FreeIndices[randListIdx];
		m_FreeIndices.RemoveAt(randListIdx);
 
		m_NextSpawnPoint += new Vector3(0.0f, 0.0f, m_GroundLength);
		m_MapPool[poolIdx].transform.position = m_NextSpawnPoint;
 
		m_MapPool[poolIdx].SetActive(true);
	}
}

풀에서 m_SpawnAmount만큼의 맵을 무작위로 선택해 순차적으로 배치하고 활성화하여 시작 환경을 만듭니다.

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private void OnTriggerEnter(Collider other)
{
	if (other.CompareTag("Map"))
	{
		MapBehaviour mB = other.gameObject.GetComponent<MapBehaviour>();
		if (mB != null)
		{
			ReplaceMap(mB.GetPoolIdx());
		}
		else
		{
			Destroy(other.gameObject);
		}
	}
}

이 함수는 충돌체가 트리거 존에 들어올 때 호출됩니다. 충돌체가 "Map" 태그와 MapBehaviour 컴포넌트를 갖고 있으면 해당 풀 인덱스를 ReplaceMap()에 전달하고, 그렇지 않으면 오브젝트를 제거합니다.

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private void ReplaceMap(int oldIdx)
{
	int randListIdx = GetRandomFreeIdx();
	int newIdx = m_FreeIndices[randListIdx];
	m_FreeIndices[randListIdx] = oldIdx;
 
	m_NextSpawnPoint = m_MapPool[oldIdx].transform.position + new Vector3(0.0f, 0.0f, m_GroundLength * m_SpawnAmount);
	m_MapPool[newIdx].transform.position = m_NextSpawnPoint;
 
	m_MapPool[newIdx].SetActive(true);
	m_MapPool[oldIdx].SetActive(false);
}

이 함수는 사용 가능한 인덱스를 선택해 풀에서 새 맵을 재배치하고 활성화하며, 기존 맵을 비활성하고 해당 인덱스를 나중에 재사용할 수 있도록 풀에 되돌려 넣습니다. 이를 통해 잦은 인스턴스화를 피하면서 풀에 재사용 가능한 맵을 유지합니다.

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2. 프로젝트: Spaceship Battle

Spaceship Battle는 예전에 만든 프로젝트로, 오브젝트 풀링 설명하기 위해 사용했습니다. 저장소 보기

SpaceShip Battle의 BulletManager 클래스는 큐 기반 풀 구조를 사용해 오브젝트 풀링으로 총알을 재사용합니다. 이는 위의 프로젝트 Infinite Runners와 달리 무작위 선택이 필요하지 않기 때문입니다.

풀 미적용 vs. 풀 적용 - 성능 비교

위 이미지에서 볼 수 있듯이, FPS 차이는 왼쪽의 풀 미적용 상태가 성능이 훨신 낮고, 오른쪽의 풀 적용 상태가 훨씬 더 높은 성능을 보여줍니다.

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맺는 말

오브젝트 풀링은 강력한 기법으로, 런타임에 자주 생성되고 소멸되는 오브젝트를 효율적으로 관리합니다. 그러나 너무 많은 오브젝트를 사전에 생성하면 상당한 메모리 낭비로 이어질 수 있습니다. 따라서 런타임 중에 필요한 오브젝트 수를 신중히 예측하고, 그에 맞춰 적절한 풀 크기를 설정하여 과한 메모리 할당을 방지하는 것이 중요합니다. 마지막으로, 제 두 프로젝트의 오브젝트 풀링 적용 사례에서 볼 수 있듯이, 상황에 따라 풀에 맞는 적합한 자료 구조를 선택하는 것도 매우 중요합니다.