SimsCity 4 и Cities: SkyLine. Население

Все видели в SimCity и Cities:Skyline и подобных им, что в городе можно клацнут
по пешеходу / машине и вам высветится интерфейс, в котором есть: Имя персонажа, место жительства, место работы и куда он направляется.
Насколько я понимаю, эти жители, просто объекты одного, а может и нескольких классов
и создать такое же не тяжело. А когда города под 100к человек??.. Так вот вопрос к опытным программистам: мне кажется это очень "тяжелая" для ресурсов ноша. 100к + объектов? и нормальные системные требования? быть не может..
В чем подвох? Или лучше сказать моя недальновидность. 
    

Ответы

Ответ 1

То, что в городе 100к объектов, не значит, что создаются объекты для них всех.
100к объектов, которые, скажем, весят по 200 байт - это 20 мегабайт. Вместится. Проблемы
правда, будут с GC, скорей всего. Но, думаю, можно настройки generations подкрутить так, чтоб не было больших фризов при сборке.


По существу же, сомнительно, что все 100к объектов всегда в памяти. Я как минимум несколько способов вижу оптимизации:

1) Разбиение на зоны/локации. Грузить объекты только в рамках этой зоны. Вспомнит
старые игры, при переходах между локациями было окно загрузки. Если мне память не изменяет, то в той же WoW'ке в своё время при переходах между локациями оно было. Это сейчас уже они оптимизировали, что не приходится ждать и создаётся иллюзия бесшовного мира.

2) Использовать пулы объектов. Чтоб не грузить лишний раз GC, да и просто, чтоб н
тратить ресурсы на создание объектов, используются пулы. Скажем, изначально создат
пул из 100 объектов-пустышек. По мере надобности заполнять их свойства нужными данным
(когда человек/здание/машина в зоне видимости). Когда объект выходит из зоны видимости, очищать объект и запихивать назад в пул. Потом этот объект из пула уже возьмёт другой персонаж игрового мира. Я такие пулы использовал для объектов, которые часто создаются: пули, заклинания и т.п.

Я могу привести код из текущего нашего проекта. Я там использую org.apache.commons.pool2 для создания пула подключений к базе данных:

Например, метод, который грузит мета данные для сервиса из базы:

public void loadMetaInfo(){
        LOG.debug("load meta info");
        DB db = null;
        try{
            db = mDB.getResource(); // получаем подключение из пула
            String reqId =  getRequestId();
            db.send(new CommandRequest(Command.INFO.toString(), reqId), this);
            mRequests.put(reqId, new CacheItem("load info"));
        }
        catch(Exception ex){
            LOG.error("loadMetaInfo: db_problem");
        }
        finally{
            if(db != null)
                db.close();  // после окончания работы возвращаем объект в пул, 
                             // чтоб им могли воспользоваться другие клиенты
        }
    }


3) Как заметили в комментариях, для оптимизация работы с памятью можно предотвращат
создание экземпляров классов, имеющих общую сущность, используя паттерн Приспособлене
(Flyweight pattern). Почитать про него (да и про многие другие паттерны) можно на этом сайте. По сути, это похоже на п.2. Типичный пример использования этого шаблона - Buffer pools. 

Паттерн Приспособленец (Flyweight)

Это структурный шаблон проектирования, позволяющий использовать разделяемые объект
сразу в нескольких контекстах. Данный паттерн используется преимущественно для оптимизации работы с памятью.

Скажем, если мы хотим написать редактор текстовый. Для простоты положим, что используютс
только буквы русского алфавита. Создавать объект на каждую букву - накладно очень. Можн
определить словарь, состоящий из 33 объектов, которые мы будет переиспользовать. В итоге, к примеру, для текста из 330 букв мы уменьшили число создаваемых объектов в 10 раз. Если речь о книге, то там речь уже на тысячи идёт. 

Ключевым моментом является разделение состояния на внутренне и внешнее. Внутренне
состояние от контекста не зависит. В примере с символами внутреннее состояние описывается кодом символа из таблицы кодировки. Так как внутреннее состояние не зависит от контекста, то оно может быть разделяемым и поэтому выносится в разделяемые объекты.

Внешнее состояние зависит от контекста и является изменчивым. В применении к символа
внешнее состояние может представлять положение символа на странице (строка + колонка). То есть код символа может быть использован многими символами, тогда как положение на странице будет для каждого символа индивидуально.

Применительно к вашему вопросу. У каждого объекта внутренним состоянием может задаватьс
размер объекта, его материал, какие-то физические величины, параметры коллайдера. Внешнее же состояние: имя персонажа, место жительства, место работы и куда он направляется.

Можно показать принцип работы UML диаграммой с Wiki:


Применительно к вашему вопросу накидаю по-быстрому примерную реализацию на Java
Проверить код сейчас нет возможности, но, как мне кажется, главное - уловить суть.

Скажем, у нас персонажи двух типов: толстые и худые. Тогда будет что-то такое.

Базовый класс, определяющий объект-персонаж:

public abstract  class Character{

    protected String mTitle;

    protected String getTitle() {
        return mTitle;
    }

    protected void setTitle(String mTitle) {
        this.mTitle = mTitle;
    }

    protected int getWidth() {
        return mWidth;
    }

    protected void setWidth(int mWidth) {
        this.mWidth = mWidth;
    }

    protected int getHeight() {
        return wHeight;
    }

    protected void setHeight(int wHeight) {
        this.wHeight = wHeight;
    }

    protected int mWidth;

    protected int wHeight;

    public abstract void printCharacter();      
}


Две его реализации:

public class FatCharacter extends Character {

    public FatCharacter(){
        setTitle("Я толстяк");
        setWidth(20);
        setHeight(40);
    }


    @Override
    public void printCharacter() {
        System.out.println("Title: " + getTitle() + ", width:" + getWidth() + "
height: " + getHeight());
    }

}

public class ThinCharacter extends Character {

    public ThinCharacter(){
        setTitle("Я худой");
        setWidth(10);
        setHeight(40);
    }

    @Override
    public void printCharacter() {
        System.out.println("Title: " + getTitle() + ", width:" + getWidth() + "
height: " + getHeight());
    }

}


Фабрика, собственно, которая отвечает за создание объектов:

public class FlyweightFactory {

    public static enum Code{ Thin, Fat};

    private Map mCharacters = new EnumMap(Code.class);

    public Character getCharacter(Code characterCode){
        Character character = mCharacters.get(characterCode);

        // если такого объекта ещё нету, то создаём
        if (character == null){
            switch (characterCode){
                case Fat : 
                    character = new FatCharacter();
                    break;
                case Thin : 
                    character = new ThinCharacter();
                    break;  
            }

            // добавляем в пул
            mCharacters.put(characterCode, character);
        }
        return character;
    } 

}


Использовать так:

Character character = factory.getCharacter(Code.Fat);
character.printCharacter();