为啥Unity的帧同步会因为渲染压力而导致卡顿？

帧同步游戏为何会在渲染压力下卡顿？

帧同步，作为实时对战游戏中一种常见的同步方案，以其简洁的实现和较低的网络带宽需求而受到青睐。然而，一个令人困惑的现象是：即使网络延迟很低，逻辑运算也足够高效，帧同步游戏依然会在渲染压力增大时出现明显的卡顿现象。这背后的原因并非简单的“渲染慢了”，而是涉及帧同步机制本身对渲染的影响，以及Unity引擎的渲染流程特性。要理解这个问题，我们需要深入分析帧同步的原理、渲染管线与帧同步的交互方式，以及渲染压力对整体同步的影响。

首先，我们来回顾一下帧同步的基本原理。帧同步的核心在于确保所有客户端执行相同的指令，产生相同的游戏状态。每个客户端在每一帧都会接收到来自服务器（或者由某个客户端承担）的指令，然后本地模拟游戏世界的发展。由于所有客户端都执行相同的指令，理论上应该得到完全一致的结果。然而，这个“完全一致”的理想状态存在一个前提，那就是：所有客户端必须在同一时刻开始模拟，并在相同的时长内完成每一帧的逻辑运算和渲染。如果某个客户端因为性能瓶颈，无法在规定的时间内完成一帧的渲染，就会导致整个同步过程出现问题。

在Unity引擎中，游戏循环主要分为以下几个阶段：Input、Physics、Update、LateUpdate、Rendering。对于帧同步游戏来说，逻辑运算（处理服务器指令，更新游戏状态）通常发生在Update阶段或者专门的逻辑更新循环中。而Rendering阶段则负责将游戏状态渲染到屏幕上。理想情况下，每一帧的逻辑运算和渲染都应该在固定帧率的时间片内完成，例如，在60帧的情况下，每一帧的时长约为16.67毫秒。如果Rendering阶段的耗时超过了这个时间片，就会出现帧率下降，也就是我们所说的卡顿。

那么，渲染压力是如何影响帧同步的呢？答案在于帧同步的“同步”本质。如果一个客户端由于渲染压力导致帧率下降，它会花费更长的时间来渲染每一帧。这意味着，这个客户端完成一帧的时间会超过标准的帧时长。如果游戏逻辑的更新依赖于渲染的完成（例如，在渲染完成后才开始下一帧的逻辑运算），那么这个客户端的逻辑更新速度也会受到影响。为了保证同步，其他客户端可能需要等待这个“慢客户端”完成渲染，才能继续执行下一帧的逻辑。这种等待会导致所有客户端都出现卡顿，即使它们自身的渲染压力并不大。

更复杂的情况是，渲染压力并非稳定持续的。在游戏过程中，可能会出现短暂的渲染高峰，例如特效爆发、大量模型同时出现等。这些短暂的渲染高峰会导致客户端在某些帧出现明显的延迟。即使后续的渲染压力恢复正常，这些延迟仍然会对同步造成影响。因为帧同步的客户端通常会采取一定的容错机制，例如丢帧或者回滚，来处理由于网络延迟或其他原因造成的不同步。但是，频繁的丢帧或者回滚会带来更糟糕的用户体验，导致游戏出现跳跃、闪烁等问题。

此外，Unity引擎的渲染管线特性也会加剧渲染压力带来的问题。Unity默认的渲染管线（包括内置渲染管线和URP）都是基于单线程渲染的。这意味着，所有的渲染任务，包括计算、排序、提交DrawCall等，都在主线程上执行。如果主线程被渲染任务阻塞，就会影响到游戏逻辑的更新和其他重要的操作。虽然URP和HDRP提供了Scriptable Render Pipeline (SRP) 以及CommandBuffer，允许开发者自定义渲染流程并进行一定的优化，但仍然难以完全避免主线程渲染带来的瓶颈。特别是当场景中存在大量的复杂模型、高分辨率纹理、复杂的光照效果时，主线程的渲染压力会变得非常巨大。

另一个容易被忽略的因素是GPU的性能。即使CPU能够快速地将渲染指令提交给GPU，如果GPU的性能不足，无法及时地处理这些指令，也会导致渲染延迟。GPU渲染瓶颈通常表现为帧率下降，以及更高的GPU占用率。在高分辨率、高画质设置下，GPU的压力会更加明显。因此，在设计帧同步游戏时，需要充分考虑目标用户的设备性能，合理地设置画面质量和特效级别，以避免GPU成为性能瓶颈。

综上所述，帧同步游戏在渲染压力下出现卡顿，并非单纯的渲染速度问题，而是帧同步机制与渲染流程相互影响的结果。为了解决这个问题，可以采取以下几种策略：