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SpriteKit 效能調校：三個讓遊戲不再掉幀的改動

Feynman

19 Jun 2026 • 閱讀時間 6 分鐘

ConjuGate 在只有玩家和敵人的時候跑得很順。加了砲塔、無人機、散射之後，畫面開始掉幀，手機開始發燙。

我在三個地方找到了瓶頸，修完之後掉幀消失，耗電量也降了下來。這篇把三個問題和對應的解法寫下來。

問題一：每秒 68 次 alloc

ConjuGate 的武器系統有普通子彈、散射、雷射、無人機、砲塔。砲塔加無人機全開的時候，一秒大約發射 68 顆子彈。每顆子彈都是 BulletNode(style:) 新建一個 SKSpriteNode instance。

一秒 68 次 alloc + init，Swift 的 ARC 要追蹤 68 個新物件的 reference count，SpriteKit 要把 68 個新 node 加進 scene graph。子彈飛出畫面之後被 removeFromParent() 移除，ARC 把它 dealloc。然後下一幀又 alloc 68 個新的。

GC 壓力直接反映在畫面上：每隔幾秒會有一次明顯的卡頓，大約 2-3 幀的時間。

解法：Object Pool

子彈飛出畫面之後不要 dealloc，放進一個陣列裡。下次要發射的時候，先看陣列裡有沒有回收的子彈，有的話拿出來重新設定屬性，沒有的話才 alloc 新的。

private var bulletPool: [BulletNode] = []

private func obtainBullet(style: BulletStyle) -> BulletNode {
    if let bullet = bulletPool.popLast() {
        bullet.configure(as: style)
        return bullet
    }
    return BulletNode(style: style)
}

private func recycleBullet(_ bullet: BulletNode) {
    bullet.removeFromParent()
    bulletPool.append(bullet)
}

遊戲跑幾秒之後，pool 裡累積了大約 30-40 顆回收的子彈，之後不再有新的 alloc。68 次/秒的 alloc+dealloc 變成 0 次/秒。卡頓消失。

改動很小：把所有 BulletNode(style:) 換成 obtainBullet(style:)，把所有 bullet.removeFromParent() 換成 recycleBullet(bullet)。邏輯不變，只是物件的生命週期從「用完即丟」變成「回收再用」。跟餐廳洗盤子一樣。

問題二：HUD 每幀重繪

SpriteKit 的 update() 每幀呼叫一次。在 60 FPS 下，每秒呼叫 60 次。我在 update 裡面更新 HUD：分數、倍率、時間、血量、特殊技能條。

問題是，大部分的幀裡這些值根本沒變。分數可能 5 秒才變一次，血量可能整場遊戲才變兩次。但每一幀我都在重新設定 hudScore.text、重新建立 SKColor、重新觸發 glyph recalculation。

60 FPS × 5 個 HUD 元素 = 每秒 300 次無意義的 text 設定和 SKColor allocation。

解法：Dirty Flag

每個 HUD 元素記住上一次的值，只有值變了才更新。

private var lastHudScore: Int = -1
private var lastHudMult: Double = -1
private var lastHudTime: Int = -1
private var lastHudHearts: Int = -1

// 在 update() 裡面
if run.score != lastHudScore {
    lastHudScore = run.score
    hudScore.text = String(format: "%05d", run.score)
}

let timeInt = Int(ceil(run.timeLeft))
if timeInt != lastHudTime {
    lastHudTime = timeInt
    hudTime.text = "\(timeInt)s"
    hudTime.fontColor = run.timeLeft < 10
        ? SKColor(red: 0.886, green: 0.282, blue: 0.239, alpha: 1)
        : SKColor(red: 0.949, green: 0.718, blue: 0.251, alpha: 1)
}

特殊技能條也一樣，xScale 和 color 只有在值變了的時候才設定：

let fillScale = specialActive > 0 ? 1.0 : specialMeter
if hudSpecialFill?.xScale != fillScale {
    hudSpecialFill?.xScale = fillScale
}

分數一秒變一次的話，HUD 更新從每秒 300 次降到每秒 5 次左右。省下的不只是 CPU，還有 SKColor allocation 和 glyph recalculation 的記憶體壓力。

問題三：60 FPS 在手機遊戲裡太奢侈

ConjuGate 是一個垂直跑酷 + 答題的遊戲，畫面上的動作沒有格鬥遊戲那麼快。60 FPS 和 40 FPS 在這種遊戲節奏下，玩家感受不到差異。但 CPU 和 GPU 的工作量差了 33%，直接反映在電池消耗上。

解法：降到 40 FPS + real delta time

SwiftUI 的 SpriteView 沒有暴露 preferredFramesPerSecond 的設定。我用 UIViewRepresentable 包了一個自訂的 SKView：

struct GameSKView: UIViewRepresentable {
    let scene: GameScene

    func makeUIView(context: Context) -> SKView {
        let view = SKView()
        view.preferredFramesPerSecond = 40
        view.ignoresSiblingOrder = true
        view.presentScene(scene)
        return view
    }

    func updateUIView(_ uiView: SKView, context: Context) {}
}

降 FPS 之後有一個關鍵的改動：delta time 不能再寫死 1.0 / 60.0。原本的 update loop 假設每幀間隔固定 16.67ms，降到 40 FPS 之後實際間隔是 25ms，所有速度都會變慢 33%。

改成用 real delta time：

private var lastUpdateTime: TimeInterval = 0

override func update(_ currentTime: TimeInterval) {
    let dt: TimeInterval
    if lastUpdateTime == 0 {
        dt = 1.0 / 40.0
    } else {
        dt = min(currentTime - lastUpdateTime, 0.1)
    }
    lastUpdateTime = currentTime
    // 所有移動、計時都用 dt
}

min(..., 0.1) 是一個 cap：如果某一幀因為系統排程延遲了 500ms，dt 不會超過 0.1 秒，避免物件瞬間跳過半個畫面。

額外的小優化

除了三個主要問題，還有幾個小改動也有幫助：

子彈出畫面的判定邊距從 20px 縮到 5px。原本子彈飛出畫面 20px 才移除，代表畫面外同時有更多看不見的子彈在跑 update。縮到 5px，同時存在的子彈數量減少了大約 15%。
浮動文字的淡出速度加快 1.5 倍，alpha 低於 0.05 就移除。半透明的 node 會觸發 blending，alpha 很低但還沒到 0 的 node 是浪費 GPU 的 overdraw。

Conjugator 的 static cache

ConjuGate 的 Conjugator 負責把一個日文單字變換成各種活用形。QuizScheduler 在 rebuildPool 的時候會對每個單字呼叫一次 Conjugator.conjugate(word)，出題的時候又呼叫一次。同一個單字，同樣的計算做了兩遍。

80 個單字 × 2 次 = 160 次重複計算。加了一個 static dictionary 做 cache 之後，第二次呼叫直接從 cache 拿，省掉了一半的 conjugation 計算。

效果

所有改動加起來：

砲塔 + 無人機全開的場景不再掉幀
手機發燙程度明顯降低（從 60 FPS 降到 40 FPS 省了 33% 的 CPU/GPU 工作量）

三個問題裡面，object pool 的效果最明顯，因為它直接消除了每秒 68 次的 alloc/dealloc cycle。dirty flag 和降 FPS 的效果比較不容易用肉眼看到，但在電池消耗和長時間遊玩的穩定性上有差。

如果你的 SpriteKit 遊戲也有掉幀問題，先用 Instruments 的 Allocations 看每秒有多少次 alloc。大部分情況下，per-frame allocation 是最大的瓶頸。

ConjuGate 是一個用 SpriteKit 寫的 iOS 遊戲，在打怪的過程中學日文動詞變化。這篇是「費曼的實習生」系列，記錄遊戲開發中的效能調校經驗。