Object Pool คืออะไร

ช่วงนี้ผมกำลังเตรียมเปลี่ยน project ไปทำเกมเลยนึกได้ว่าเคยเรียนเรื่องนี้ คิดว่าน่าจะเป็นโพสแรกที่ดีสำหรับการเปิดตัวบล็อกอันใหม่

สารบัญ

สร้าง ลบ สร้าง ลบ

เวลาทำเกมก็มักจะมีบางอย่างที่อาจจะต้องสร้างจำนวนมาก ๆ หรือต้องสร้าง ๆ ลบ ๆ บ่อย ๆ สมมติว่าผมกำลังทำเกมยิง 2D ง่าย ๆ ที่คนเล่นบังคับยานอวกาศให้ยิงกระสุน

ตัวอย่าง Screenshot เกม Game Shooter จาก Kenney.nl

เวลาเรายิงกระสุนครั้งนึง มันก็มักจะมี object ของตัวกระสุนโผล่มาในแต่ละครั้ง ถ้าเรายิง 300 นัด ก็มี 300 objects ถ้าเรามีกระสุนเยอะมาก ๆ เกมของเราก็จะเริ่มใช้ความจำเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

นอกจากนี้เราก็ไม่อยากให้กระสุนที่ยิงไปสุดขอบจักรวาลอยู่ในเกมเพราะมันไม่มีประโยชน์ กระสุนที่ยิงจนเกินเขตไปแล้วจะไม่ไปชนอะไรอยู่แล้ว เราจะเก็บมันไว้ทำไม วิธีแก้ง่าย ๆ ก็คือลบ object กระสุนที่พ้นเขตไป เท่านี้กระสุนที่ไร้ประโยชน์ก็ไม่ทำให้เกมเรากิน memory แล้ว

แต่มันก็ไม่จบแค่นั้น การสร้าง object อันนึงก็ไม่ใช่ว่าจะได้มาฟรี ๆ อย่างน้อยก็ต้องหาที่อยู่ใน RAM ให้กับมัน แถมการลบก็ต้องไปบอกว่า memory ตรงนั้นใช้ได้แล้วนะ ถ้าเราทำบ่อย ๆ ก็เหมือนกับว่าเรา check in และ check out โรงแรมกันวันละสิบ ๆ กว่ารอบ และเขียนว่าแขกคนนี้เข้าพัก แขกคนนี้ออกตลอดเวลาแบบไม่พักไม่เว้นกันเลย CPU ควรจะได้ทำอะไรที่มีประโยชน์มากกว่านี้

Reuse สิครับรออะไร

ถ้าเกิดว่าเราจะมี object เยอะ ๆ แล้วจากนั้นก็สร้างมันเตรียมไว้ในกล่อง พอจะใช้ก็หยิบมา ใช้เสร็จเก็บคืน นี่คือไอเดียของ Object Pool

Object Pool ใช้ที่ไหนได้บ้าง

Object Pool เป็น design pattern ที่ค่อนข้างพบได้บ่อยในวิดีโอเกม อย่างเช่นการสร้างกระสุนที่ผมกล่าวไว้ก่อนหน้า เพราะว่ามีโอกาสที่ได้ใช้บ่อย

นอกจากนี้ก็จะพบในพวก Thread pool ที่ใช้สำหรับการเอา thread ที่มีอยู่แล้วมาประมวลผลงาน หรือ connection pool ที่เอาไว้เก็บ connection ของ database

ตัวอย่าง

อันนี้เป็นตัวอย่าง Object Pool ในภาษา Python ผมเอาโค้ดจาก ChatGPT มาปรับแต่งให้ถูกต้องมากขึ้นเล็กน้อย

class ObjectPool:
    def __init__(self, initial_amount):
        self.pool = []
        for _ in range(initial_amount):
            self.__create_object()
        self.in_use = set()

    # Client should not create objects.
    def __create_object(self):
        # For demonstration, create simple numbered objects
        obj = len(self.pool) + 1
        self.pool.append(obj)
        return obj

    def acquire_object(self):
        obj = self.pool.pop() if self.pool else self.__create_object()
        self.in_use.add(obj)
        return obj

    def release_object(self, obj):
        if obj in self.in_use:
            self.in_use.remove(obj)
            self.pool.append(obj)

in_use มีไว้ track ว่า object ตัวไหนถูกใช้งานอยู่บ้าง การสร้าง Object Pool จะมีการสร้าง objects เตรียมไว้แล้วตามจำนวนที่ต้องการ

การใช้ Object Pool ทำได้โดย เมื่อเราสร้าง Object Pool ที่มี object เตรียมไว้แล้ว เราสามารถ acquire_object เพื่อเอา object ที่อยู่ใน Pool ออกมา เมื่อใช้ object เสร็จแล้วก็จะใช้ release_object เพื่อส่ง object เข้าสู่ pool ถ้า acquire_object ตอนที่มันไม่ได้อยู่ใน pool ตัว object pool จะสร้าง object ให้ใหม่

โดยปกติแล้ว Object ที่ใช้กับ Object Pool จะต้องมีการ reset ค่า เช่น กระสุนก็จะโดนปรับไม่ให้เคลื่อนที่ และ object ก็ควรจะเป็นอะไรที่เหมือนกันอีกด้วย

Object Pool จริง ๆ

Object Pool เป็นอะไรที่ค่อนข้างทั่วไปทำให้มี library หลาย ๆ ตัวมี object pool ไว้ใช้งาน การ implement ตัว object pool เองอาจจะไม่ค่อยดีนักเพราะอาจจะมี case บางอย่างที่เราไม่ได้นึกถึง เช่น การทำให้ object pool thread safe เป็นต้น ถ้าเป็นไปได้ การใช้ Object Pool ที่มากับ library ของสิ่งที่เราจะทำเช่น ObjectPool ของ Unity อาจจะเหมาะสมกว่า