[기초] Unity3D에서 LRU Cache 구현 및 활용하기

1. 개요

게임 개발에서는 자주 사용하는 데이터를 효율적으로 관리하는 것이 중요합니다. 특히 메모리가 한정된 환경에서는 캐시(Cache)를 활용하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 오늘은 C#을 사용하여 LRU(Least Recently Used) Cache를 Unity3D 프로젝트에서 구현하고 활용하는 방법을 소개합니다. LRU Cache는 가장 최근에 사용된 데이터를 우선적으로 유지하고, 오래된 데이터를 제거하는 캐싱 기법입니다.

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2. 개념설명

2.1 LRU Cache란?

LRU Cache는 다음과 같은 특징을 갖습니다:

• 최소 최근 사용(Least Recently Used): 가장 오래 사용되지 않은 항목을 캐시에서 제거합니다.
• 빠른 데이터 접근: 해시맵(HashMap)과 연결 리스트(Linked List)를 조합하여 O(1) 시간 복잡도로 데이터 접근 및 갱신이 가능합니다.
• 크기 제한: 캐시 크기를 제한하여 메모리 사용량을 조절합니다.

2.2 Unity에서의 필요성

• 애셋 관리: 자주 사용하는 텍스처, 오디오 파일 등을 캐시에 저장하여 로딩 시간을 줄입니다.
• 데이터 최적화: 네트워크 요청 결과나 연산 결과를 캐시해 불필요한 계산을 방지합니다.

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3. 활용예

3.1 LRU Cache 구현

아래는 C#으로 LRU Cache를 구현한 예제입니다:

using System;
using System.Collections.Generic;

public class LRUCache<TKey, TValue>
{
    private readonly int capacity;
    private readonly Dictionary<TKey, LinkedListNode<KeyValuePair<TKey, TValue>>> cache;
    private readonly LinkedList<KeyValuePair<TKey, TValue>> order;

    public LRUCache(int capacity)
    {
        if (capacity <= 0) throw new ArgumentException("Capacity must be greater than 0.");
        this.capacity = capacity;
        cache = new Dictionary<TKey, LinkedListNode<KeyValuePair<TKey, TValue>>>();
        order = new LinkedList<KeyValuePair<TKey, TValue>>();
    }

    public TValue Get(TKey key)
    {
        if (!cache.ContainsKey(key))
            throw new KeyNotFoundException($"Key '{key}' not found in cache.");

        var node = cache[key];
        order.Remove(node);
        order.AddFirst(node);
        return node.Value.Value;
    }

    public void Put(TKey key, TValue value)
    {
        if (cache.ContainsKey(key))
        {
            var node = cache[key];
            order.Remove(node);
        }
        else if (cache.Count >= capacity)
        {
            var lastNode = order.Last;
            cache.Remove(lastNode.Value.Key);
            order.RemoveLast();
        }

        var newNode = new LinkedListNode<KeyValuePair<TKey, TValue>>(new KeyValuePair<TKey, TValue>(key, value));
        order.AddFirst(newNode);
        cache[key] = newNode;
    }

    public bool ContainsKey(TKey key) => cache.ContainsKey(key);
}

3.2 Unity에서의 사용

아래는 Unity 프로젝트에서 LRU Cache를 활용하는 간단한 예제입니다:

using UnityEngine;

public class LRUCacheExample : MonoBehaviour
{
    private LRUCache<string, Texture2D> textureCache;

    void Start()
    {
        textureCache = new LRUCache<string, Texture2D>(5); // 최대 5개의 텍스처를 캐싱

        // 예제: 텍스처 로드 및 캐싱
        var texture1 = LoadTexture("Assets/Textures/Texture1.png");
        textureCache.Put("Texture1", texture1);

        // 캐시된 텍스처 사용
        if (textureCache.ContainsKey("Texture1"))
        {
            Texture2D cachedTexture = textureCache.Get("Texture1");
            Debug.Log("Cached Texture Loaded: " + cachedTexture.name);
        }
    }

    private Texture2D LoadTexture(string path)
    {
        // 예제용 간단한 텍스처 로드 함수
        return Resources.Load<Texture2D>(path);
    }
}

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4. 주의점 혹은 특이점

4.1 주의점

• 메모리 관리: 캐시에 저장된 데이터가 메모리 누수를 유발하지 않도록 주의해야 합니다.
  • Unity에서는 사용하지 않는 리소스를 Resources.UnloadUnusedAssets 또는 Destroy로 정리합니다.
• 멀티스레드 환경: 캐시를 멀티스레드 환경에서 사용할 경우 동기화 처리가 필요합니다.

4.2 특이점

• 크기 제한 설정: 용량을 너무 작게 설정하면 캐시 히트율이 낮아지고, 너무 크게 설정하면 메모리 낭비로 이어질 수 있습니다.
• Unity 특화 사용 사례: AssetBundle, Addressable Assets와 함께 사용할 때 성능 최적화에 특히 유용합니다.

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5. 결론

Unity3D에서 LRU Cache를 구현하면 게임 데이터 관리와 성능 최적화에 큰 도움을 줄 수 있습니다. 오늘 소개한 예제는 기본적인 LRU Cache 개념과 Unity에서의 활용 방법을 다루었습니다. 이를 기반으로 더 복잡한 캐싱 전략을 설계하고, 프로젝트의 성능을 한 단계 향상시켜 보세요!