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[궁금시리즈] 2-9. Object Pool은 왜 GC 최적화의 핵심 기법일까?

3 minute read

게임을 만들다 보면 다음과 같은 코드를 자주 작성하게 된다.

void Fire()
{
    Bullet bullet = new Bullet();
}

총을 한 번 쏠 때마다 Bullet 객체를 생성한다. 평소에는 문제가 없어 보인다.

하지만 초당 100발, 1000발을 발사한다면 어떨까?

new

↓

new

↓

new

↓

GC

↓

new

↓

GC

객체 생성과 GC가 계속 반복된다.

이 과정은 CPU에 부담을 주고, 게임에서는 순간적인 프레임 드랍(GC Pause)의 원인이 될 수 있다. 그래서 게임 개발에서는 필요할 때마다 객체를 생성하는 대신, 미리 만들어 둔 객체를 재사용하는 방식을 많이 사용한다.

이것이 바로 Object Pool이다.

Object Pool이란?

Object Pool은

객체를 미리 생성해 두고 필요할 때 꺼내 쓰고, 사용이 끝나면 다시 반환하여 재사용하는 기법이다.

즉, 새로운 객체를 계속 만드는 것이 아니라 기존 객체를 재활용하는 것이다.

일반적인 객체 생성 방식

예를 들어 총알을 발사한다고 하자.

void Fire()
{
    Bullet bullet = new Bullet();
}

발사할 때마다

new Bullet()

↓

Heap 할당

↓

사용

↓

GC

가 반복된다.

총알이 많아질수록 GC도 자주 발생한다.

Object Pool 방식

처음 시작할 때

Bullet 100개 생성

을 해 둔다.

이후에는

Pool

↓

Bullet 하나 가져오기

↓

사용

↓

Pool에 반환

한다.

새로운 객체는 거의 생성되지 않는다.

메모리 구조

일반 방식

Fire

↓

new

↓

Heap 증가

↓

GC

↓

Heap 감소

Heap 크기가 계속 변한다.

Object Pool

처음 생성

↓

Heap 고정

↓

재사용

↓

재사용

↓

재사용

Heap이 안정적으로 유지된다.

간단한 구현

예를 들어

class BulletPool
{
    private Queue<Bullet> _pool = new();

    public Bullet Get()
    {
        if (_pool.Count > 0)
            return _pool.Dequeue();

        return new Bullet();
    }

    public void Return(Bullet bullet)
    {
        _pool.Enqueue(bullet);
    }
}

사용은

Bullet bullet = pool.Get();

// 사용

pool.Return(bullet);

처럼 이루어진다.

Unity에서는?

Unity에서도 Object Pool은 매우 자주 사용된다.

예를 들어

Instantiate(prefab);
Destroy(gameObject);

를 반복하면

매번

  • GameObject 생성
  • Component 생성
  • 메모리 할당
  • GC 대상 생성

이 반복된다.

대신

SetActive(true)

↓

사용

↓

SetActive(false)

로 재사용하면

Instantiate와 Destroy 호출 횟수를 크게 줄일 수 있다.

Unity 2021부터는?

Unity는 UnityEngine.Pool.ObjectPool 클래스를 제공한다.

즉, 직접 Object Pool을 구현하지 않아도 기본 기능을 사용할 수 있다.

간단한 프로젝트라면 기본 구현만으로도 충분한 경우가 많다.

언제 사용해야 할까?

다음과 같은 객체는 Object Pool의 대표적인 대상이다.

  • 총알(Bullet)
  • 몬스터
  • 파티클
  • 데미지 텍스트
  • 이펙트
  • UI 팝업
  • 네트워크 패킷 객체

즉, 짧은 시간 동안 반복적으로 생성되고 삭제되는 객체에 적합하다.

모든 객체를 Pool에 넣어야 할까?

그렇지는 않다.

예를 들어

Player player = new Player();

플레이어는 게임 내내 하나만 존재한다. Pool을 사용하는 의미가 거의 없다.

반대로

Bullet

Enemy

DamageText

처럼 매우 자주 생성되는 객체는 Pool 효과가 크다.

Object Pool의 장점

1. GC 발생 감소 객체를 재사용하므로 Heap 할당이 줄어든다.

2. 성능 향상 new와 GC 비용이 감소한다.

3. 프레임 안정성 GC Pause가 줄어 프레임 드랍이 감소한다.

4. 메모리 사용 예측 가능 미리 생성한 개수만큼 메모리를 사용하므로 메모리 사용량이 안정적이다.

Object Pool의 단점

장점만 있는 것은 아니다.   메모리를 미리 사용한다. 100개를 만들어 놓았는데 10개만 사용한다면 90개는 놀고 있다.

관리가 필요하다. 반환을 잊으면 Pool이 점점 비게 된다. 반대로 같은 객체를 두 번 반환하는 버그도 발생할 수 있다.

초기화가 중요하다. 객체를 재사용하기 때문에 이전 상태가 남아 있을 수 있다.

예를 들어

bullet.Damage = 100;

을 변경했다면 반환하기 전에

bullet.Reset();

같은 초기화가 필요하다.

Object Pool이 항상 빠를까?

아니다.

Object Pool도 비용이 있다.

다음과 같은 경우에는 굳이 사용할 필요가 없다.

  • 한 번만 생성되는 객체
  • 생성 비용이 매우 작은 객체
  • 생성 횟수가 거의 없는 객체

즉, 생성과 삭제가 반복되는 객체에서 가장 큰 효과를 얻는다.

마무리

Object Pool은 객체를 반복해서 생성하고 삭제하는 대신 재사용하여 GC 부담을 줄이는 대표적인 최적화 기법이다.

특히 게임처럼 실시간 성능이 중요한 환경에서는 총알, 파티클, UI 요소 등 반복 생성되는 객체를 Pool로 관리하는 것이 일반적이다.

하지만 모든 객체에 적용하는 것이 정답은 아니다. 생성 빈도와 생성 비용을 고려해 필요한 곳에만 사용하는 것이 가장 효과적인 최적화 방법이다.

다음 글에서는 **stackalloc과 Span는 왜 등장했을까?**를 알아보며 Heap 할당 자체를 줄이는 최신 메모리 최적화 기법을 살펴보겠다.

핵심 정리

  • Object Pool은 객체를 재사용하는 패턴이다.
  • 반복적인 new와 GC를 줄일 수 있다.
  • 총알, 파티클, 이펙트처럼 자주 생성되는 객체에 적합하다.
  • Unity에서는 SetActive()를 활용한 재사용과 ObjectPool를 지원한다.
  • 반환 전 객체 상태를 반드시 초기화해야 한다.
  • 모든 객체를 Pool로 관리하는 것은 오히려 비효율적일 수 있다.

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