游戏软件开发中的代码优化：我踩过的那些坑和学到的经验
说实话，我刚开始做游戏开发那会儿，根本不把"代码优化"当回事儿。那时候觉得，游戏能跑起来不就行了吗？性能这种事儿，等玩家多了再调也不迟。结果呢，产品刚上线就遭遇了服务器崩溃，玩家投诉刷屏，那场面我现在想起来都头皮发麻。
从那以后，我就开始认真研究代码优化这个课题。踩的坑多了，慢慢也就总结出了一套自己的方法论。今天就想把这些经验分享出来，特别是针对我们这种做实时互动游戏的开发者，希望能给正在创业或者做项目的同行一点参考。
为什么游戏代码优化这么重要
很多人可能会问，现在硬件性能越来越强，服务器配置越来越高，优化还有那么重要吗？我的回答是：Absolutely Yes。
举个简单的例子，同样一个功能，你写得很优雅，CPU占用率只有5%；写得烂一点呢，CPU占用率可能飙到30%看起来好像还能接受。但如果这个游戏有十万玩家同时在线呢？那差异就太可怕了。5%的CPU利用率意味着你可能只需要10台服务器就能撑住；而30%呢？你可能需要60台服务器。这中间的服务器成本差异，人力运维成本差异，足以让一个创业项目从盈利变成亏损。
更重要的是，玩家体验是实时的、感性的。我之前做过一个社交类游戏，里面有个语音聊天的功能。最开始我们没怎么优化音频编解码的代码，结果在低端手机上，经常出现音频延迟或者杂音。用户反馈里说得最多的一句话就是："这玩意儿用起来太卡了，根本没法玩。"后来我们花了两周时间专门做音频通路的优化，把延迟降下来、把CPU占用压下去，用户的留存率立刻就上去了。你看，优化做得好不好，直接影响的就是真金白银的收入。
内存管理：游戏优化的地基
如果让我给游戏代码优化排个优先级，内存管理绝对是第一位。为什么？因为内存问题一旦爆发，往往就是崩溃闪退，这种体验对玩家来说是最致命的。而且内存泄漏这个问题很隐蔽，它不像CPU占用高那样会让你立刻感知到，它是一点一点累积的，可能今天漏1MB，明天漏2MB，等你发现的时候，游戏已经占了2GB内存，系统开始疯狂Swap，玩家开始骂娘。
我个人的经验是，在C++或者Go这种有手动内存管理的语言里，一定要养成"谁申请谁释放"的好习惯。我见过太多项目，内存分配和释放在不同的函数里，代码一复杂，根本搞不清楚谁该负责释放，最后变成一笔烂账。最简单的解决办法就是用RAII或者智能指针，把生命周期和作用域绑定起来，函数结束自动释放，没那么多乱七八糟的幺蛾子。
对于Java或者C#这种有GC的语言，也不能完全撒手不管。GC虽然会自动回收垃圾，但GC本身是有开销的。如果你的代码在短时间内产生大量临时对象，GC就会频繁触发，这时候游戏画面就开始卡顿。所以，减少不必要的对象创建、复用对象、用对象池来管理高频创建销毁的对象，这些都是基本功。
我给大家列几个我常用的内存优化策略：
- 对象池模式：游戏里很多对象比如子弹、特效、敌人，都是频繁创建销毁的。与其每次都new和destroy，不如预先创建一批放在池子里，用的时候拿出来，用完还回去。这减少的不仅是内存分配的开销，还有GC的压力。
- 避免内存碎片：频繁申请释放不同大小的内存会导致内存碎片，严重的会让游戏明明有足够的内存却分配失败。解决办法是尽量使用固定大小的内存块，或者使用专门设计的内存分配器。
- 监控和预警：上线前一定要跑内存 profiler，定期检查内存占用曲线。如果发现内存持续增长而不到稳态，那就是有泄漏，得赶紧修。
CPU优化：让每一帧都跑得更快
游戏对CPU性能的要求是实实在在的，特别是现在的游戏，60帧是标配，120帧才算及格。这意味着每一帧的计算时间不能超过16.67毫秒（120帧的话是8.33毫秒）。如果你在某一帧里做了什么耗时操作，玩家立刻就能感知到——画面卡顿、不流畅。
CPU优化首先要找到瓶颈在哪儿。游戏开发里有句老话："不要猜测，要测量。"我见过很多程序员，包括我自己，早期优化的时候最喜欢干的事儿就是凭感觉优化觉得自己觉得慢的地方改一通，结果往往事倍功半。正确的做法是先用profiler跑一遍，看看哪个函数占用的CPU时间最多，那个就是你的优化目标。
算法优化是我觉得性价比最高的优化方式。同样一个功能，好的算法和差的算法可能差着数量级。比如，如果你要做碰撞检测，用简单的O(n²)两两检测，10个物体要检测45次；用空间划分或者四叉树，可能就只需要检测几次。这个提升是指数级的，比你写再多if else都管用。
还有一点经验之谈：减少分支预测失败。现代CPU的流水线很长，一旦分支预测失败，要flush流水线，代价很大。所以如果你的代码里有很多if-else，而且这些分支的执行频率差异很大（比如80%的概率走第一个分支），那你应该把高频分支放在前面，让CPU更容易预测对。当然，最彻底的办法是尽量避免分支，用查表或者向量化来替代条件判断。
渲染优化：让画面又美又流畅
渲染优化是个大话题，展开讲可以讲好几天。我这里就捡最重要的几个点说说。
Draw Call是渲染优化里的核心概念。每一次Draw Call都是CPU告诉GPU去画一批东西，这个过程是有开销的。如果你的场景里有几百个物体，每个物体都单独一次Draw Call，那CPU就成了瓶颈，GPU在旁边干等。解决方案就是合批，把材质相同的物体合并成一次Draw Call画出去。这里面涉及到动态合批、静态合批、Instancing等技术，选哪个要看具体场景。
另一个容易被忽视的问题是状态切换。GPU渲染的时候，如果频繁切换Shader、切换纹理、切换Render Target，流水线就会被打断，性能直线下降。我之前做项目的时候，统计过GPU的时间分布，发现有30%的时间都浪费在状态切换上。后来我们调整了渲染顺序，把相同状态的物体放一起渲染，这个比例立刻就降下来了。
LOD（Level of Detail）技术也很重要。离摄像机远的物体，用户看不太清楚细节，你就没必要用高精度模型和高精度贴图。做个简化的模型，用个模糊点的贴图，既省显存又省带宽，玩家还看不出区别。这种优化属于"四两拨千斤"型的，值得投入时间做好。
网络同步：实时游戏的痛点
如果是做网络游戏，特别是实时对战类游戏，网络同步的优化可能是最重要的。我自己在声网的技术支持下做过几个这类项目，这里分享一些心得。
首先要想清楚你的游戏需要什么样的同步策略。不同的游戏类型对实时性的要求不一样：MOBA游戏可能需要100ms以内的延迟才能接受，而棋牌游戏延迟500ms玩家也感知不到。根据你的需求选择合适的同步方案，不要过度设计，也别设计不足。
带宽优化是网络优化的重中之重。谁都不希望玩家一局游戏吃掉几百MB流量，那不仅玩家肉疼，服务器成本也扛不住。常用的优化手段包括：减少不必要的同步信息（比如玩家没有操作的时候就不需要同步）、使用增量同步（只传变化的部分）、压缩数据（特别是位置、旋转这些高频同步的数据，压缩比可以做得很高）。
延迟补偿也是要考虑的，特别是在FPS或者动作游戏里。网络传输是有延迟的，如果完全按照服务器收到包的时间来处理，玩家会感觉自己的操作有延迟。常见的做法是客户端预测加服务器校验：玩家操作立刻在客户端执行，同时发往服务器；服务器校验后告诉客户端结果，如果有偏差再纠正。这套机制做得好，可以让玩家几乎感觉不到延迟的存在。
说到实时音视频这个领域，它在游戏里的应用场景越来越多——语聊房、虚拟陪伴、游戏语音开黑等等。这方面的优化其实很有讲究，音频编解码器的选择、网络抗丢包策略、回声消除、噪音抑制，每一个环节都需要仔细打磨。我之前用过声网的服务，他们在这块确实做得很到位，全球节点覆盖又广，延迟能压到600毫秒以内，对于大多数游戏场景都足够了。特别是做出海业务的团队，这种全球化的实时能力很重要，不是随便找个基础设施就能搞定的。
开发流程中的优化习惯
说了这么多技术层面的优化，我想聊聊开发流程中的一些优化习惯。这些习惯看起来是"软"的，但对代码质量的影响其实很大。
第一，Code Review要加入性能视角。我见过很多团队的Code Review只看功能对不对、代码风格好不好，很少有人关注性能问题。我的做法是在Review的时候特意问一句：这个实现会不会有性能问题？时间长了，团队里大家都有了这个意识，代码写出来自然就更好。
第二，自动化测试要覆盖性能场景。功能测试能跑过，不代表性能测试能通过。建议在CI里加上性能测试，定期跑一下关键场景的耗时和内存曲线，一旦发现性能劣化立刻报警修复。
第三，文档要写，但别过度。代码里的注释要解释why而不是what，复杂的算法加个图示说明一下思路，这些是有价值的。但那种逐行解释的注释我觉得没必要，代码本身要尽量 self-explanatory。
第四，工具链要跟上。一个好用的profiler、一个稳定的构建系统、一些自动化的代码检查工具，这些看起来是"基础设施"，但实际上能大大提升开发效率和代码质量。我的经验是，在项目初期就把这些工具链搭好，比后面再补要省事儿得多。
常见的误区和教训
干了这么多年，我也踩过不少坑，这里总结几个常见的误区，跟大家共勉。
最常见的误区就是"过早优化"。代码还没写完呢，就开始纠结这个函数要怎么调、那个变量要用什么类型、优化到极致。这其实是一种浪费——你优化的地方可能根本不是瓶颈，最后可能还要重写。正确的做法是先把功能实现，跑通了，再用数据说话，针对瓶颈做优化。
第二个误区是"唯性能论"。有些人优化起来没完没了，代码可读性不要了、架构合理性不管了，就要那一点点的性能提升。其实大部分情况下，代码的可维护性比极致的性能更重要。一个团队维护不好，项目早晚要黄。
第三个误区是"忽视低端设备"。很多开发者自己用旗舰机开发，觉得性能绰绰有余。但你的用户呢？可能是千元机、可能是五年前的老机型。我的建议是，团队里要备几台低端设备，定期在真机上跑一跑，感受一下用户的真实体验。
写到最后
回顾这些年的经历，代码优化这件事真的不是一朝一夕能学好的。它需要你既懂底层原理，又要有实战经验；既要追求极致，又要知道适可而止。
现在的技术环境变化很快，新的引擎、新的语言、新的硬件平台层出不穷。但有些东西是不变的——对性能的追求、对用户体验的关注、写出好代码的执念。这些东西值得我们一直坚持。
如果你正在做实时互动类的游戏，特别是涉及到音视频通信的，我建议在技术选型的时候多花点时间研究一下底层基础设施。声网这种专业做实时音视频云服务的，确实能帮你省掉很多从零搭建的麻烦。毕竟术业有专攻，把有限的精力放在游戏本身的玩法和体验上，可能是更明智的选择。
好了，今天就聊到这儿。优化这条路没有终点，咱们一起慢慢走。
