Assets, Objects 그리고 직렬화

Assets, Objects 그리고 직렬화      [원본 링크]

확인 완료한 버전 2017.3 - 난이도: 고급

이 문서는 유니티 AssetBundles 및 Resources 가이드의 2번째 챕터 입니다.

이 챕터에서는 유니티의 직렬화 시스템의 깊은 내부 구조와 유니티 에디터와 런타임에서 Objects 사이의 견고한 참조를 유지하는 방법을 설명합니다. Objects와 Assets의 기술적 차이점에 대해서도 다룹니다. 여기서 다루는 내용은 유니티에서 Assets의 효율적인 로드, 언로드 방식을 이해하는 기본이 됩니다. 적절한 Asset 관리는 로딩 시간을 짧게 유지하고 메모리 사용을 줄이는데 중요합니다.

1.1 Assets와 Objects

유니티에서 데이터를 올바르게 관리하는 방법을 이해하려면, 유니티가 어떤 방법으로 데이터를 식별하고 직렬화 하는지를 알아야 합니다. 첫 번째 요점은 Assets와 UnityEngine.Objects의 차이 입니다.

Asset은 디스크에 있는 파일로 유니티 프로젝트의 Assets 폴더에 저장되어 있습니다. 텍스처, 3D 모델, 또는 오디오 클립 등 이 일반적인 타입의 Assets 입니다. materials와 같은 일부 Assets는 유니티 고유 형태의 데이터를 포함하고 있습니다. FBX파일과 같은 Assets는 기본 형태로 처리되어야 합니다.

UnityEngine.Object나 Object 와 같이 대문자 'O' 집합인 것들은 리소스의 특정한 인스턴스를 설명하는 직렬화 된 데이터의 집합입니다. 이것은 유니티 엔진이 사용하는 mesh, sprite, AudioClip, AnimationClip 등 어떤 타입이든 될 수 있습니다. 모든 Objects는 UnityEngine.Object 기본 클래스의 하위 클래스입니다.

대부분 Object 유형들은 내장되어있지만 2개의 특수 유형이 있습니다.

1. ScriptableObject 는 개발자가 고유 데이터 유형을 정의 할 수 있도록 편리한 시스템을 제공합니다. 이 유형들은 유니티에서 기본적으로 직렬화, 직렬화 해제가 가능하며 유니티 에디터의 Inspector창에서 조작이 가능합니다.

2. MonoBehaviour 는 MonoScript를 연결하는 래퍼를 제공합니다. MonoScript는 유니티가 특정 어셈블리와 네임스페이스 내에서 특정 스크립팅 클래스에 대한 참조를 유지하는데 사용하는 내부 데이터 타입입니다.MonoScript는 실제 실행 코드를 포함하지 않습니다.

Assets와 Objects에는 일대다 관계가 있습니다.이는 Asset파일이 하나 이상의 Objects를 포함한다는 것 입니다.

1.2 Object간 참조

모든 UnityEngine.Objects는 다른 UnityEngine.Objects에 대한 참조를 가질 수 있습니다. 이런 각각의 Objects들은 같은 Asset 파일에 있거나 다른 Asset 파일에서 가져올 수 있습니다. 예를 들어 material Object는 하나 이상의 texture Object를 참조 할 수 있습니다. 이 texture Objects들은 보통 하나 이상의 texture Asset 파일(png 또는 jpg)에서 가지고 옵니다.

직렬화 될 때, 이 참조들은 '파일 GUID'와 '로컬 ID' 로 2개의 데이터로 구성됩니다. 파일 GUID는 대상 리소스가 저장된 Asset 파일을 식별합니다. 로컬 고유인^[각주:1] 로컬 ID는 Asset 파일이 다수의 Object를 포함 할 수 있기 때문에 Asset 파일에 있는 각 Object를 식별합니다.

파일 GUID들은 .meta 파일 안에 저장됩니다. .meta 파일들은 유니티에 Asset이 최초로 추가될 때 생성되며 Asset이 저장된 같은 경로에 저장됩니다.

위에서 설명한 식별, 참조 시스템은 텍스트 편집기에서 볼 수 있습니다: 새로운 유니티 프로젝트를 만들고 에디터 설정을 변경하여 meta파일을 노출시키고 Asset을 text로 직렬화 하도록 합니다. material을 만들고 texture를 프로젝트에 추가합니다. 씬 안에 큐브를 만들어 material을 적용한 뒤 씬을 저장합니다.

텍스트 편집기를 사용하여  material과 연관된 .meta 파일을 엽니다. "guid"라고 표시된 줄이 파일 최상단에 나타납니다. 이 줄은 material Asset의 파일 GUID 입니다. 로컬 ID를 찾으려면 material 파일을 텍스트 편집기로 엽니다. material Object의 정의는 다음과 같습니다.

--- !u!21 &2100000

Material:

 serializedVersion: 3

 ... more data …

위의 예제에서, &가 앞에오는 숫자가 material의 로컬 ID 입니다. 이 material Object가 파일 GUID "abcdefg"로 식별되는 Asset안에 위치하면, material Object는 파일 GUID "abcdefg"와 로컬 ID 2100000로 고유하게 식별됩니다.

1.3 왜 파일 GUID와 로컬 ID 인가?

유니티의 파일 GUID와 로컬 ID가 필요한 이유는 무엇인가? 답은 견고함 그리고 플랫폼 독립적인 유연한 워크 플로우 제공을 위해서 입니다. 

파일 GUID는 파일의 특정 위치의 추상화를 제공합니다. 특정 파일과 특정 파일 GUID가 연관되어 있다면, 파일의 디스크 상의 위치는 상관 없어집니다. 파일을 참조하는 모든 Object들이 업데이트 될 필요 없이 자유롭게 파일을 옮길 수 있습니다. 

Asset 파일은 다수의 UnityEngine.Object 리소스가 포함 될 수 있기 때문에 각 Object들을 명확히 구분하기 위해서 로컬 ID가 필요합니다.

만약 Asset 파일과 연관된 파일 GUID가 손실된 경우 해당 Asset 파일을 참조하는 모든 Object들의 참조 또한 손실됩니다. 따라서 .meta파일은 연관된 Asset 파일과 같은 이름으로 같은 경로에 있어야 합니다. 유니티는 삭제되거나 잘못 배치된 .meta 파일을 다시 생성하는것을 기억하세요.

유니티 에디터는 알려진 파일 GUID들에 대한 특정 파일 경로 맵을 가지고 있습니다. Asset이 로드되거나 추가될 때 마다 맵의 항목이 기록됩니다. 맵 항목은 Asset의 특정 경로와 Asset의 파일 GUID를 연결합니다. 유니티 에디터가 열려있다면 .meta 파일이 손실되어도 Asset의 경로가 바뀌지 않았을 경우 에디터는 동일한 파일 GUID 유지를 보장합니다.

만약 유니티 에디터가 닫혀있는 동안 .meta파일이 손실되거나 경로가 변경된 Asset의 .meta파일이 함께 이동하지 않았다면 Asset을 참조하는 모든 Object들의 참조가 손실됩니다.

1.4 합성 Assets와 importer

Assets와 Objects 부분에서 언급했듯이 비 고유 Asset 타입들은 유니티로 임포트 되어야 합니다. 이 작업은 asset importer가 수행합니다. 일반적으로 자동호출 되지만 AssetImporter API를 통해 스크립트에서 노출됩니다. 예를 들어, TextureImporter API는 PNG파일과 같은 개별적인 texture Asset들을 가져올 때 사용하는 접근 설정을 제공합니다.

임포트 작업의 결과는 하나 이상의 UnityEngine.Objects 입니다. 이것들은 유니티 에디터에서 부모 Asset 하위의 여러 Asset들로 보여집니다. 예를들어 스프라이트 아틀라스로 가져온 texture Asset 아래에 내포된 다수의 sprite 들이 있습니다. 소스 데이터가 같은 Asset 파일에 저장된 Object들은 파일 GUID를 공유합니다. 각 Object는 texture Asset 내에서 로컬 ID로 구분됩니다.

이 임포트 과정은 소스 Asset들을 유니티 에디터에서 대상으로 한 플랫폼에 적합한 형식으로 변환시킵니다. 이 과정에는 texture 압축 과 같은 무거운 작업이 포함될 수 있습니다. 이 작업은 시간이 많이 소요될 수 있기 때문에, Library 폴더에 캐시되어있습니다. 따라서 다시 에디터를 실행할 때 Asset들을 임포트 하지 않습니다.

임포트 과정의 결과는 Asset들의 파일 GUID 처음 2자리로 명명된 폴더에 저장됩니다. 이 폴더는 Library/metadata/ 폴더에 저장됩니다. Asset의 개별 Object들은 Asset의 파일 GUID와 동일한 이름을 가진 단일 바이너리 파일로 직렬화 됩니다.

이 프로세스는 모든 비고유 Asset에 적용됩니다. 고유 Asset은 재 직렬화가 필요하지 않거나 변환 과정이 길지 않습니다.

1.5 직렬화와 인스턴스

파일 GUID와 로컬 ID는 견고하지만, GUID 비교는 느리고 런타임 시 더욱 성능을 요구합니다. 유니티는 내부적으로 파일 GUID와 로컬 ID들을 단순한 세션-고유의 정수 형태 캐시로^[각주:2] 변환하여 유지합니다. 이는 인스턴스 ID로 부르며, 새로운 Object가 캐시에 등록될 때 마다 단순하게 증가시키며 할당됩니다.

캐시는 주어진 인스턴스 ID, 파일 GUID 및 Object들의 소스 데이터가 정의된 로컬 ID와 메모리에 있는 Object의 인스턴스 (있는 경우) 간의 매핑을 유지합니다. 이를 통해 UnityEngine.Objects는 서로간의 참조를 견고하게 유지할 수 있습니다. 인스턴스 ID의 참조를 해석하면 인스턴스 ID가 나타내는 로드된 Object를 빠르게 반환할 수 있습니다. 만약 대상 Object가 아직 로드되지 않았을 경우 파일 GUID와 로컬 ID를 통해 Object의 소스 데이터의 확인이 가능하고 유니티가 적시에 Object를 로드시킬 수 있습니다.

시작 시, 인스턴스 ID 캐시는 리소스 폴더에 포함 된 모든 Object뿐 아니라 프로젝트에서 즉시 필요한 (내장된 씬들에서 참조하는) 모든 Object에 대한 데이터로 초기화 됩니다. 캐시에 추가되는 것들은 런타임 시 새로운 Asset이 임포트 되거나^[각주:3] AssetBundle에서 Object가 로드 될 경우가 있습니다. 인스턴스 ID가 캐시에서 제거되는 경우는 특정 파일 GUID나 로컬 ID에 대한 접근을 제공하는 AssetBundle이 언로드 될 때 입니다. 이 경우 인스턴스 ID와 특정 파일 GUID와 로컬 ID 사이의 매핑은 메모리 절약을 위해 삭제됩니다. 만약 AssetBundle이 다시 로드 된다면 다시 로드 된 AssetBundle에서 Object를 로드 할 때 마다 새로운 인스턴스 ID가 만들어집니다.

AssetBundle의 언로드에 대한 더 자세한 설명은 AssetBundle 사용 패턴 문서의 로드 된 Assets의 관리 부분을 참조하세요.

특정 플랫폼에서, 특정 이벤트로 인해 Object가 메모리에서 강제로 지워질 수 있습니다. 예를 들어, IOS에서 앱이 일시적으로 멈춤다면 그래픽 Asset들은 그래픽 메모리에서 언로드 될 수 있습니다. 이때 Object가 언로드 된 AssetBundle로 부터 비롯된 경우 유니티는 Object의 소스 데이터를 다리 소르 할 수 없습니다. 이 Object에 대한 어떠한 참조도 유효하지 않습니다. 이 경우 씬은 보이지 않는 메시나 자홍색 texture로 보이게 됩니다.

구현 참고 사항: 런타임 시 위의 제어 흐름은 확실하지 않습니다. 파일 GUID와 로컬 ID들의 비교는 런타임에서 무거운 로딩 작업 시 성능이 충분하지 않을 수 있습니다. 유니티 프로젝트를 만들 때, 파일 GUID와 로컬 ID는 결정적으로 단순한 형식으로 매핑됩니다. 하지만 개념은 동일하게 유지되며 런타임 시 파일 GUID와 로컬 ID에 대한 생각은 유용할 수 있습니다. 이것은 Asset 파일 GUID가 런타임 중 쿼리 될 수 없는 이유이기도 합니다.

1.6 MonoScripts

MonoBehaviour는 MonoScript에 대한 참조가 있으며 MonoScript는 특정 스크립트 클래스를 찾는데 필요한 정보를 담고 있다는 것을 이해하는 것은 중요합니다. Object 유형은 실행 가능한 어떠한 스크립트 클래스 코드도 가지고있지 않습니다.

MonoScript는 3개의 문자열을 가지고 있습니다.: 어셈블리 이름, 클래스 이름, 네임스페이스

프로젝트를 빌드하는 동안 유니티는 Assets 폴더안에 있는 모든 느슨한 스크립트 파일들을 모노 어셈블리로 컴파일합니다. Plugins 하위 폴더 외부에 있는 C# 스크립트들은 Assembly-CSharp.dll에 저장됩니다. Plugins 폴더 내부의 스크립트들은 Assembly-CSharp-firstpass.dll에 저장됩니다. 유니티 2017.3에서는 커스텀 관리 어셈블리 정의 기능을 도입하였습니다.

이 어셈블리들은 사전 빌드 된 어셈블리 DLL과 같이 유니티 어플리케이션 최종 빌드에 포함됩니다. 또한 MosoScript가 참조하는 어셈블리들이기도 합니다. 다른 리소스들과 달리 유니티 어플리케이션에 포함된 모든 어셈블리들은 어플리케이션 시작 시 로드 됩니다.

이 MonoScript Object는 AssetBundle(또는 씬이나 프리팹)이 어떠한 MonoBehaviour 컴포넌트에도 실제 실행 가능한 코드를 포함하지 않고있는 이유이기도 합니다. 이것은 MonoBehaviours가 다른 AssetBundles에 있어도 다른 MonoBehaviours가 특정 공유 클래스를 참조 가능하게 합니다.

1.7 리소스 수명주기

로딩 시간을 줄이고 어플리케이션의 메모리 공간을 관리하려면, UnityEngine.Objects의 리소스 수명주기를 이해하는것이 중요합니다. Object들은 특정 시간이나 정의된 시간에 메모리에 로드/언로드 됩니다.

Object가 자동으로 로드 되는 경우:

1. 참조되는 Object에 인스턴스 ID가 매핑 되는 경우

2. Object가 현재 메모리에 로드 되어있지 않았을 경우

3. Object의 소스 데이터가 찾아지는 경우

Object는 Object를 생성하거나 리소스 로딩 API(AssetBundle.LoadAsset)를 사용하여 스크립트에 명시적으로 로드 할 수도 있습니다. Object가 로드되면 유니티는 각 참조의 파일 GUID와 로컬 ID를 인스턴스 ID로의 변환을 시도합니다. Object는 로드됩니다. 다음 2가지 조건에 해당되면 인스턴스 ID가 처음 참조 될 때 필요할 경우 Object가 로드 됩니다.

1. 인스턴스 ID가 아직 로드 되지 않은 Object를 참조 할 경우

2. 인스턴스 ID 캐시에 유효한 파일 GUID와 로컬 ID가 등록 된 경우

이것은 보통 참조 자체가 로드된 직후에 일어납니다.

만약 파일 GUID와 로컬 ID가 인스턴스 ID를 가지고 있지 않거나 인스턴스 ID가 언로드 된 Object를 참조하는 유효하지 않은 파일 GUID나 로컬 ID를 참조한다면 참조는 유지되지만 Object는 로드되지 않습니다. 이것은 유니티 에디터에서 Missing 참조로 나타납니다. 어플리케이션 실행중이나 씬 뷰에서는 Missing Object는 그것의 타입에 따라 다른 방식으로 표현됩니다. 예를들어 메시는 보이지 않고 texture는 자홍색으로 보입니다.

Object는 3가지 특정 시나리오에서 언로드 됩니다.

● Object들은 사용되지 않는 Asset 정리가 발생하면 자동으로 언로드 됩니다. 이 과정은 씬이 파괴적으로 변경되거나 (SceneManager.LoadScene이 비가산적으로 호출 될 때), 또는 스크립트에서 Resources.UnloadUnesedAssets API를 호출하면 트리거 됩니다. 이 과정은 참조되지 않는 Object들만 언로드 합니다. Mono 변수가 Object에 대한 참조를 유지하지 않고, Object에 대한 참조를 가진 다른 활성화된 Object가 없는 경우에만 언로드 됩니다. 또한 HideFlags.DontUnloadUnusedAsset 및 HideFlags.HideAndDontSave 표시 된 항목들은 언로드 되지 않음을 기억하세요.

● Resources 폴더에서 가져온 Object들은 Resources.UnloadAsset API를 통해 명시적으로 언로드 가능합니다. 이러한  Object의 인스턴스 ID는 계속 유효하며 유효한 파일 GUID와 로컬 ID를 유지합니다. 만약 Mono 변수나 다른 Object가 Resources.UnloadAsset 으로 언로드 된 Object를 참조하고 있다면 참조가 불릴 경우 해당 Object는 즉시 다시 로드 됩니다.

● AssetBundle에서 가져온 Object는 AssetBundle.Unload(true) API를 호출하여 즉시 언로드 됩니다. 이것은 Object 인스턴스 ID의 파일 GUID와 로컬 ID를 즉시 무효화 하고 실시간으로 참조중인 참조는 손실된 참조로 변합니다. C# 스크립트에서는 언로드 된 Object의 메서드나 속성에 접근을 시도하면 NullReferenceException이 발생합니다.

만약 AssetBundle.Unload(false)가 불리면, AssetBundle에서 불러와 작동중인 Object는 파괴되지 않지만, 유니티는 인스턴스 ID의 파일 GUID와 로컬 ID에 대한 참조를 무효화 합니다. 만약 그것들이 후에 메모리에서 언로드 되면 언로드 된 Object에 대한 참조가 남아있더라도 유니티에서 해당 Object를 다시 로드하는것은 불가능해집니다.^[각주:4]

1.8 큰 계층 로드

프리팹 직렬화와 같은 유니티 GameObjects 계층을 직렬화 할 때, 전체 계층이 완전히 직렬화 되는것을 기억해야 합니다. 즉, 계층의 모든 GameObject와 컴포넌트는 직렬화된 데이터에 개별적으로 표현됩니다. 이는 계층의 GameObjects들을 인스턴스화 하고 불러오는데 필요한 시간에 흥미로운 영향을 줍니다.

GameObjects 계층을 만들 때, CPU 시간은 여러가지 방향으로 사용됩니다.

● 소스 데이터 읽기 (저장소, AssetBundle, 다른 GameObjects 등)

● 새로운 Transform 사이에서 부모-자식 관계 설정

● 새로운 GameObjects나 컴포넌트의 인스턴스화

● 새로운 GameObjects나 컴포넌트를 메인 스레드에서 깨울 때

위 4가지 중 아래 3가지의 시간 비용은 기존 계층에서 복제되거나 저장소에서 로드되는지에 관계 없이 일반적으로 변하지 않습니다. 하지만, 소스 데이터를 읽어오는 시간은 컴포넌트나 GameObjects가 계층에서 직렬화 되는 수에 따라 선형적으로 증가합니다. 그리고 데이터 소스의 속도에 따라 배가 됩니다.

모든 플랫폼에서 장치의 저장소에서 데이터를 로드 하는것 보다 메모리에서 불러오는것이 훨씬 빠릅니다. 또한 사용 가능한 저장소의 특성은 플랫폼마다 매우 다양합니다. 따라서 플랫폼의 느린 저장소에서 프리팹을 불러오면 직렬화된 프리팹 데이터를 저장소에서 읽어오는데 걸리는 시간은 프리팹을 인스턴스화 하는데 걸리는 시간을 빠르게 초과 할 수 있습니다. 즉, 로딩 작업의 비용은 저장소 I/O 시간에 종속됩니다.

앞서 언급했듯이, monolithic 프리팹을 직렬화 하면 모든 GameObjects와 컴포넌트들의 데이터가 별도로 직렬화 되고 이 데이터는 중복 될 수 있습니다. 예를 들어 UI 화면의 30개의 동일한 요소들은 30번 직렬화 되어 큰 이진 데이터가 생기게 됩니다. 로드시에는 30번 복제 된 요소의 각 GameObjects 및 컴포넌트들에 대한 데이터는 새로 인스턴스화 된 Object로 전송되기 전에 읽어져야 합니다. 이 파일 읽기 시간은 큰 프리팹의 인스턴스화에 걸리는 시간에 큰 영향을 줍니다. 큰 계층은 모듈 단위로 인스턴스화 하여 런타임 중에 합쳐야 합니다.

유니티 5.4 노트 : 유니티 5.4는 메모리의 transform 표현 방법을 변경했습니다. 각 루트 transform의 하위 계층은 작고 연속된 메모리 영역에 저장됩니다. 새로운 GameObject를 인스턴스화 할 때 다른 계층 안으로 재배치 될 예정이라면, GameObject.Instantiate 의 부모 인수를 허용하는 새 오버로드 형태의 사용을 고려해보세요. 이것을 사용하면 새 GameObject에 대한 루트 transform 계층 할당이 이루어지지 않습니다. 테스트 결과 이 경우 인스턴스화 작업에 필요한 시간이 5~10% 단축되었습니다.

1. AA 로컬 ID는 Asset 파일 내의 다른 모든 로컬 ID에서 유일합니다. [본문으로]
2. 내부적으로 이 캐시를 PersistentManager라고 부릅니다. [본문으로]
3. 런타임 중 생성 된 Asest의 예는 다음과 같은 스크립트에서 만들어진 Texture2D Object가 있습니다. var myTexture = new Texture2D(1024, 768); [본문으로]
4. 런타임 중 언로드가 일어나지 않고 Object가 메모리에서 제거되는 가장 일반적인 경우는 유니티가 그래픽 컨텍스트의 제어 권한을 상실하는 경우 입니다. 이는 보통 모바일 앱이 일시 중지되어 백그라운드로 강제 실행되는 경우 발생합니다. 이 경우 모바일 OS는 일반적으로 GPU 메모리에서 모든 그래픽 리소스를 제거합니다. 앱이 다시 활성화 되면, 유니티는 GPU가 씬을 다시 랜더링 하기 전에 필요한 모든 텍스처, 쉐이더, 메쉬를 다시 로드해야 합니다. [본문으로]