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name: godot-performance

description: 排查和优化卡顿掉帧时用。先测再改：Debugger Profiler、Visual Profiler、Monitors、Performance.get_monitor、add_custom_monitor。热点的内置解法：MultiMesh、RenderingServer 与 PhysicsServer 直接调用、对象池、VisibleOnScreenEnabler、set_process(false)、物理插值 physics_interpolation、WorkerThreadPool、ResourceLoader 线程加载、着色器编译卡顿 pipeline ubershader、每帧字符串与分配。Godot performance profiling, stutter, frame drops, optimization.

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# Godot 性能

先测再改：定位瓶颈，选内置方案，再测一次确认。不管具体渲染特效，也不管 GDScript 与 C# 的语法写法，着色器去 godot-shaders-vfx，3D 剔除与 LOD 去 godot-3d，语法去 godot-gdscript 与 godot-csharp。

目标 4.7，最低 4.4。

## 先查内置

| 现象 | 用这个 | 别自己写 |

|---|---|---|

| 数千个相同物体 | `MultiMeshInstance2D`、`MultiMeshInstance3D` 加 `MultiMesh` | 每个物体一个 Sprite 或 MeshInstance 节点 |

| 数千颗 2D 子弹或粒子 | `RenderingServer` 的 canvas item 与 `PhysicsServer2D`，或一个节点的 `_draw()` 画全部，或 `MultiMesh` 加数组存状态，至少做对象池 | 每颗子弹一个 Area2D 加 Sprite2D 节点 |

| 屏幕外的敌人或装置仍在运行 | `VisibleOnScreenEnabler2D`、`VisibleOnScreenEnabler3D` | 手写矩形相交判断 |

| 只用于事件响应的节点 | 去掉空的 `_process`，`set_process(false)` | 空 `_process` 留着 |

| 周期逻辑 | `Timer` 节点 | `_process` 里累加计时 |

| 移动抖动 | 物理插值 | 在 `_process` 里手动推进物理体 |

| 大批量计算 | `WorkerThreadPool.add_group_task()` | 自建 `Thread` 池 |

| 远处网格太多 | `visibility_range` 与 `OccluderInstance3D`，见 godot-3d | 脚本逐帧算距离 |

| 进关卡或换场景卡顿 | `ResourceLoader.load_threaded_request()` 加轮询 | 玩法中途同步 `load()` |

| 特效第一次出现卡一下 | 预热场景，看 Pipeline 监视器 | 运行时第一次才实例化特效 |

| 频繁创建销毁同类节点 | 对象池 | 每次 `instantiate()` 再 `queue_free()` |

| 找固定目标 | 分组加缓存引用，或信号 | 每帧遍历全部对象做字符串比较 |

| 项目自己的指标 | `Performance.add_custom_monitor()` | `print` 刷屏 |

| 调试文本 | `OS.is_debug_build()` 里按需更新 | 每帧对整个状态求哈希只为显示 |

## 先测

步骤：确认是 CPU 还是 GPU，再用对应工具定位到函数或渲染阶段，改一处，再测。

| 工具 | 位置 | 看什么 |

|---|---|---|

| Profiler | Debugger 面板 | 脚本函数、物理、音频耗时，选 Self 而不是 Inclusive 找耗时的函数体 |

| Visual Profiler | Debugger 面板 | 渲染各阶段的 CPU 与 GPU 耗时，不含脚本与物理 |

| Monitors | Debugger 面板 | FPS、节点数、孤儿节点、绘制调用、显存、物理碰撞对数、Pipeline 编译数 |

| Video RAM | Debugger 面板 | 每个资源占用的显存 |

| ObjectDB Profiler | Debugger 面板 4.6+ | 对象快照与差异，查泄漏 |

| 手动计时 | 代码 | `Time.get_ticks_usec()` 前后相减，跑 1000 次取平均 |

- Profiler 默认不运行，手动点 Start，运行时会拖慢游戏。Profiler 不支持 C# 脚本，C# 用手动计时或 IDE 的性能工具

- 判断是否填充率受限：关 V-Sync，命令行用 `--disable-vsync`，对比大窗口与小窗口的 FPS，小窗口明显更快说明受限于像素

- 命令行 `--print-fps` 打印帧率，`--gpu-profile` 打印帧内最耗时的 GPU 任务

- Visual Profiler 的结果随视口大小变化，对比前后要用同样的窗口

- 编辑器里运行带额外开销，以导出构建为准

### 自定义监视器

```gdscript

extends Node

var _bullets: int = 0

func _ready() -> void:

Performance.add_custom_monitor("game/bullets", get_bullet_count)

func _exit_tree() -> void:

Performance.remove_custom_monitor("game/bullets")

func get_bullet_count() -> int:

return _bullets

```

- id 里的斜杠分类，没有斜杠或多于一个斜杠归到 Custom。回调返回值不支持负数

- 同一个 id 重复添加报错，场景重载前先 `remove_custom_monitor()`

- `add_custom_monitor()` 第四个参数 `type` 是 4.6+，取 `Performance.MONITOR_TYPE_QUANTITY` `MONITOR_TYPE_MEMORY` `MONITOR_TYPE_TIME` `MONITOR_TYPE_PERCENTAGE`。MEMORY 传字节，TIME 传秒，PERCENTAGE 传 0 到 1 的小数

- 游戏内叠加显示用 `Performance.get_monitor(Performance.TIME_FPS)` 与 `Performance.get_custom_monitor("game/bullets")`，放在 `OS.is_debug_build()` 里

更多监视器常量、Profiler 用法、CPU 与 GPU 判断见 [references/profiling.md](references/profiling.md)。

## 关掉不需要的回调

```gdscript

extends Node2D

func _ready() -> void:

set_process(false)

set_physics_process(false)

func activate() -> void:

set_physics_process(true)

func _physics_process(delta: float) -> void:

position.x += 100.0 * delta

```

- 定义了 `_process` 或 `_physics_process` 的节点默认开启回调，`_ready()` 里按需关闭

- `hide()` 只停绘制，回调仍在跑。要停整棵子树用 `process_mode = Node.PROCESS_MODE_DISABLED`

- 区域或关卡整体不用时，`remove_child()` 摘出场景树，有时比暂停或隐藏省得多，需要时再 `add_child()`。摘出的节点要自己保存引用并在不再需要时 `free()`

- 大量互不依赖的节点处理可把根节点的 `process_thread_group` 设为 `PROCESS_THREAD_GROUP_SUB_THREAD`，子线程处理期间不能访问组外节点，跨组用 `call_deferred()` 或 `call_deferred_thread_group()`

### 屏幕外自动停用

```ini

[node name="Enemy" type="CharacterBody2D" parent="."]

[node name="Enabler" type="VisibleOnScreenEnabler2D" parent="Enemy"]

rect = Rect2(-64, -64, 128, 128)

```

目标节点由 `enable_node_path` 指定，默认 `..` 即父节点。区域进入屏幕时按 `enable_mode` 启用，离开时设为 `PROCESS_MODE_DISABLED`。`enable_mode` 默认 `ENABLE_MODE_INHERIT`，可选 `ENABLE_MODE_ALWAYS` 与 `ENABLE_MODE_WHEN_PAUSED`。只要信号不要自动开关时用 `VisibleOnScreenNotifier2D` 的 `screen_entered` 与 `screen_exited`。它们依赖渲染剔除，Enabler 或 Notifier 自身 `visible` 为 `false` 时不工作。3D 同名类用 `aabb`，不计入遮挡，除非开了遮挡剔除。

## MultiMesh

```gdscript

extends MultiMeshInstance2D

func _ready() -> void:

var quad := QuadMesh.new()

quad.size = Vector2(8.0, 8.0)

var mm := MultiMesh.new()

mm.transform_format = MultiMesh.TRANSFORM_2D

mm.use_colors = true

mm.mesh = quad

mm.instance_count = 2000

mm.visible_instance_count = 0

multimesh = mm

func show_count(count: int) -> void:

multimesh.visible_instance_count = count

for i in count:

multimesh.set_instance_transform_2d(i, Transform2D(0.0, Vector2(i * 10.0, 0.0)))

multimesh.set_instance_color(i, Color.WHITE)

```

- 先设 `transform_format`、`use_colors`、`use_custom_data`，最后设 `instance_count`，之后改格式无效

- 一次分配最大数量，用 `visible_instance_count` 控制显示数量

- 不能按实例做视锥剔除，整体全画或全不画。分散的实例按区域拆成多个 MultiMesh，并设置 `custom_aabb` 避免每次重算包围盒

- 每个实例的动画用 shader 里的 `INSTANCE_ID` 与 `INSTANCE_CUSTOM`，状态用 `set_instance_custom_data()` 传入

- 一次性写全部实例用 `PackedFloat32Array` 类型的 `buffer`，比逐个 `set_instance_*` 快，数组可在线程里填好再赋值。布局见 [references/hotspots.md](references/hotspots.md)

- 2D 实例用 `set_instance_transform_2d()`，3D 用 `set_instance_transform()`

## 直接用 Server

数千个每帧都要处理的对象，场景树的节点开销成为瓶颈时，绕过节点直接调服务器。完整示例与对象池见 [references/hotspots.md](references/hotspots.md)。

- `RenderingServer.canvas_item_create()` 加 `canvas_item_add_texture_rect()` 画 2D 精灵，`canvas_item_set_transform()` 每帧更新位置。碰撞用 `PhysicsServer2D.body_create()` 加 `body_add_shape()` 加 `body_set_space()`，`body_set_state()` 设位置。官方示例是 Bullet Shower 演示项目，用 body 加一个节点的 `_draw()` 画全部子弹

- 服务器对象用 `RID` 引用，没有引用计数，必须 `free_rid()`，漏掉就是泄漏

- 开了物理插值时，服务器创建的 canvas item 摆好位置后调 `RenderingServer.canvas_item_reset_physics_interpolation()`，否则出现时有瞬移

- 服务器可在线程里调用。`PhysicsServer2D` 与 `PhysicsServer3D` 要开 `physics/2d/run_on_separate_thread` 或 `physics/3d/run_on_separate_thread`，开启后 API 只能在物理处理期间访问。`RenderingServer` 的 `rendering/driver/threads/thread_model` 默认 Safe，Separate 标为实验性

- 状态存进 `PackedVector2Array` 等紧凑数组，不为每个对象建 `RefCounted`

- 先试 MultiMesh 与对象池，它们够用就不要上服务器

- 对象池：节点用完 `remove_child()` 放进数组，复用时重置状态再 `add_child()`，池里的节点是孤儿，退出时手动 `free()`

## 物理 tick 与插值

```ini

[physics]

common/physics_ticks_per_second=30

common/physics_interpolation=true

```

- `physics/common/physics_ticks_per_second` 默认 60，降低能直接减少物理与 `_physics_process` 的 CPU，代价是模拟更粗

- 开启 `physics/common/physics_interpolation`（默认 `false`）后渲染在物理帧之间插值，低 tick 率也平滑。2D 自 4.3，3D 自 4.4

- 移动和游戏逻辑放 `_physics_process()`，在 `_process()` 里移动会抖，间接移动也算，如移动父节点、Tween、AnimationPlayer。Tween 用 `set_process_mode(Tween.TWEEN_PROCESS_PHYSICS)`，AnimationPlayer 设 `callback_mode_process` 为 `ANIMATION_CALLBACK_MODE_PROCESS_PHYSICS`，二者默认都跟随 idle。必须在 `_process()` 里动的节点把 `physics_interpolation_mode` 设为 `PHYSICS_INTERPOLATION_MODE_OFF`

- 摆放或瞬移后先设变换，再 `reset_physics_interpolation()`，顺序反了会拖尾

- tick 率越低输入延迟越大，需要时调高

- 3D 的相机或自定义插值可读 `Node3D.get_global_transform_interpolated()`（4.4+），2D 没有对应方法，用 `Engine.get_physics_interpolation_fraction()` 自己算

- 改 tick 率会改变 `linear_damp` 一类阻尼的手感，要重调

- `physics/common/max_physics_steps_per_frame` 默认 8，限制单帧最多模拟步数，防止卡顿越滚越大。tick 率调到 60 以上较多时同步调高，否则游戏会变慢

- 碰撞体用简化形状，区域外的物体移出物理或复用

- `_physics_process()` 里大量查询复用 `PhysicsRayQueryParameters2D` 对象，不每次新建

## 线程

```gdscript

extends Node

var _results: Array[float] = []

var _task_id: int = -1

func start(count: int) -> void:

_results.resize(count)

_task_id = WorkerThreadPool.add_group_task(_compute, count, -1, false, "compute")

func _compute(index: int) -> void:

_results[index] = sqrt(float(index))

func _process(_delta: float) -> void:

if _task_id != -1 and WorkerThreadPool.is_group_task_completed(_task_id):

WorkerThreadPool.wait_for_group_task_completion(_task_id)

_task_id = -1

print(_results[0])

func _exit_tree() -> void:

if _task_id != -1:

WorkerThreadPool.wait_for_group_task_completion(_task_id)

```

- 优先 `WorkerThreadPool`，线程在启动时已创建。自建 `Thread` 创建开销大，在 Windows 上更明显，需要时在加载阶段创建好，且结束时必须 `wait_to_finish()`

- 场景树不是线程安全的，线程里只能 `call_deferred()`、`set_deferred()`。不在树里的节点可以在线程里创建和组装，加入场景树用 `add_child.call_deferred(node)`

- GDScript 的 Array 与 Dictionary 允许多线程读写元素，改变大小要加 `Mutex`

- 线程里避免需要同步 GPU 的操作，如创建纹理、读取图像数据

- 任务内容太轻，线程调度开销大于收益。先用 Profiler 确认是计算量大

- `AStar2D`、`AStar3D`、`AStarGrid2D` 不是线程安全的，一个实例只给一个线程用

## 加载卡顿

```gdscript

extends Node

const LEVEL_PATH := "res://levels/level_1.tscn"

var _progress: Array = []

func _ready() -> void:

set_process(false)

func start_load() -> void:

ResourceLoader.load_threaded_request(LEVEL_PATH, "PackedScene", true)

set_process(true)

func _process(_delta: float) -> void:

var status := ResourceLoader.load_threaded_get_status(LEVEL_PATH, _progress)

match status:

ResourceLoader.THREAD_LOAD_IN_PROGRESS:

print(_progress[0])

ResourceLoader.THREAD_LOAD_LOADED:

set_process(false)

var scene := ResourceLoader.load_threaded_get(LEVEL_PATH) as PackedScene

get_tree().change_scene_to_packed(scene)

_:

set_process(false)

push_error("load failed")

```

- `load_threaded_request()` 之后立刻 `load_threaded_get()` 会阻塞到加载完，等于同步加载。用 `load_threaded_get_status()` 轮询，`THREAD_LOAD_LOADED` 后再取

- `use_sub_threads` 为 `true` 加载更快，但可能拖慢主线程

- `progress` 数组返回一个元素，值 0 到 1，可驱动进度条

- 加载在后台，`instantiate()` 大场景仍在主线程，大场景实例化也会卡。拆成小场景分帧添加，或在一个线程里实例化再 `add_child.call_deferred()`，不要多个线程同时碰同一个资源

- `@export` 的 `Resource` 会随场景一起加载，大关卡场景引用用 `@export_file` 存路径，用时线程加载

- 直接改共享资源的属性会污染 `ResourceLoader` 缓存，需要独立副本用 `duplicate()`

## 着色器编译卡顿

Forward+ 与 Mobile 渲染器自 4.4 起用 ubershader 与加载时预编译管线，Compatibility 渲染器没有。

- 效果第一次出现卡一下，打开 Monitors 里的 Pipeline 编译类监视器，如 `Performance.PIPELINE_COMPILATIONS_SURFACE`。游戏中数字突增就是在那一刻编译

- 运行中才实例化的特效，在关卡加载时把它的场景实例化一次，隐藏或放在屏幕外即可，引擎因此预编译管线。关掉挂在它上面的脚本

- 用到的渲染特性如反射探针、SDFGI、VoxelGI、TAA、SSAO 尽早出现在场景里，运行中途开关会触发重编译。MSAA 级别运行中改也会卡，不同视口用不同 MSAA 级别同样会卡

- Compatibility 渲染器：加载关卡时把每种网格和特效在相机前显示一帧，用全屏 `ColorRect` 盖住

- `rendering/rendering_device/pipeline_cache/enable` 默认 `true`，把管线缓存写盘，二次运行更快。想模拟首次运行体验才关，并清理驱动缓存

- 导出预设里的 Shader Baker 4.5+ 把着色器中间码打进 PCK，缩短首次启动，不解决运行中的编译卡顿。默认关闭，只对 Forward+ 与 Mobile 有效，且 `--headless` 导出不支持

## 每帧分配与字符串

- `_process` 里每帧创建 Array、Dictionary、字符串、Callable，会产生分配压力。缓冲区放成员变量复用，`clear()` 即可

- `str()`、`%`、字符串拼接每帧给 Label 赋值，数值没变就不更新

- `get_tree().get_nodes_in_group()` 每次返回新数组，不要每帧调用。目标固定时缓存引用，`get_first_node_in_group()` 在 `_ready()` 里取一次

- 对 N 个对象的每一个线性扫描 M 个对象，是 N 乘 M。先建 Dictionary 或按分组索引，一次性算好再查

- 比较名字用 `StringName` 字面量 `&"boss"`，不对每个对象做 `String` 比较

- 调试信息、哈希、统计只在 `OS.is_debug_build()` 为真且面板可见时计算。它在编辑器和调试模板里为真，release 模板里为假

- C# 的分配问题见 godot-csharp：`StringName` 缓存、LINQ、`GetChildren()`

## 陷阱

- 优化前后数据没有对比，改动可能是噪声。固定场景、固定窗口大小、多次取平均

- 小窗口测试判断填充率前要先关 V-Sync，否则 FPS 被刷新率封顶

- 空的 `_process()` 也会被每帧调用，删掉而不是留 `pass`

- 对象池里的节点隐藏后碰撞和计时器仍在运行

- `queue_free()` 的节点到帧末才释放，Monitors 的节点数不会立刻下降

- 孤儿节点监视器 `Performance.OBJECT_ORPHAN_NODE_COUNT` 持续增长说明节点摘出场景树后没有释放，`Node.print_orphan_nodes()` 列出它们

- `RenderingServer` 与 `PhysicsServer2D` 创建的 RID 不随节点释放

- 每帧线程里直接访问场景树，报错不一定每次出现，竞态难复现

- 帧率封顶在刷新率附近，优化效果要看毫秒帧时间，不看 FPS

## 参考

- [references/profiling.md](references/profiling.md) 监视器清单、Profiler 用法、CPU 与 GPU 判断、命令行选项

- [通用优化](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/general_optimization.html)

- [CPU 优化](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/cpu_optimization.html)

- [GPU 优化](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/gpu_optimization.html)

- [使用 Server](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/using_servers.html)

- [MultiMesh](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/using_multimesh.html)

- [线程安全 API](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/thread_safe_apis.html)

- [管线编译卡顿](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/performance/pipeline_compilations.html)

- [物理插值](https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/physics/interpolation/physics_interpolation_introduction.html)