GC 스파이크를 제거하기 위해 Godot 4용 Native C++ 오브젝트 풀을 제작했습니다 (15k 오브젝트, 60FPS)

안녕하세요 여러분!

탄막 슈팅(bullet hells), 거대한 군집(massive swarms), 밀집된 파티클 로직(dense particle logic)과 같이 오브젝트가 많은 장르를 작업하는 많은 분과 마찬가지로, 저 또한 수천 개의 엔티티(entities)를 처리할 때 GDScript의 한계에 부딪혔습니다. 빈번한 instantiate() 및 queue_free() 호출은 필연적으로 Godot의 가비지 컬렉터(Garbage Collector, GC)를 트리거하며, 이는 부드러운 게임플레이를 망치는 짜증 나는 마이크로 스터터(micro-stutters, 미세 끊김)를 유발합니다.

제 프로젝트의 문제를 해결하기 위해, 저는 내부 구조를 파고들어 고성능 오브젝트 풀링(object pooling)에 완전히 집중한 네이티브 C++ GDExtension인 ZeroAllocPool을 작성했습니다.

기술적 분석:

• 아키텍처 (Architecture): 전체가 네이티브 C++로 처리되는 정적 인덱스 프리 리스트 풀 (Static Index Free-List Pool) 구조를 활용합니다.
• 런타임 할당 제로 (Zero Runtime Allocations): 메모리는 초기화 단계에서 선형적으로 미리 할당됩니다. 게임플레이 중 힙 단편화(heap fragmentation)가 발생하지 않습니다.
• 진정한 O(1) 복잡도 (True O(1) Complexity): obtain()을 통해 사용 가능한 오브젝트 인덱스를 가져오거나 release()를 통해 반환하는 작업은 상수 시간(constant time)이 소요되며, 순차적인 배열 탐색을 완전히 우회합니다.
• 프로덕션 준비 완료 (Production Ready): 디버그(Debug, 경계/오류 검사 포함)와 릴리스(Release, 최대 속도 최적화) 바이너리 간의 깔끔한 분리를 통해 컴파일됩니다.

성능 데모:

저는 15,000개의 활성 노드(nodes)를 생성하는 스트레스 테스트를 준비했습니다. 첨부된 클립에서 볼 수 있듯이, 표준적인 고빈도 할당은 엔진의 프레임을 ~20 FPS까지 떨어뜨립니다. C++ 네이티브 풀로 전환하면 프레임 레이트가 즉시 버터처럼 부드럽고 고정된 60 FPS로 안정화됩니다.

저는 이것을 Godot 4.6+용 드롭인 애드온(drop-in addon)으로 공식 패키징했습니다. 만약 여러분의 게임이 동적 메모리 관리(dynamic memory management)로 인해 병목 현상이 발생하고 있다면, 편하게 확인해 보세요!

아키텍처에 대한 여러분의 의견을 듣고 싶으며, GDExtension 바인딩(binding) 과정에 대한 질문에도 기꺼이 답변해 드리겠습니다!

링크: [https://elbranda.itch.io/zeroallocpool-native-c-performance-optimization-for-godot-4]