[ゲームプログラミング] Data Locality パターン

パターンの一行要約

頻繁にアクセスするデータを連続したメモリに配置し、キャッシュ効率を向上させるパフォーマンス指向のパターンです。

Unityでの典型的な使用例

弾やパーティクルなど、毎フレーム大量のオブジェクトを更新する場合。
CPUのボトルネックを軽減する必要がある場合。

構成要素（役割）

Hot Data: 頻繁にアクセスする値
Contiguous Storage: 連続した配列
Loop: 単純な繰り返し処理

Unityサンプル（C#）

以下のコードは、上で説明したシナリオに基づいた簡略化されたUnityのサンプルです。

using UnityEngine;

public struct ProjectileState
{
    public Vector3 Position;
    public Vector3 Velocity;
}

public static class ProjectileSimulation
{
    public static void Simulate(ProjectileState[] projectileStates, float deltaTime)
    {
        for (int projectileIndex = 0; projectileIndex < projectileStates.Length; projectileIndex++)
        {
            projectileStates[projectileIndex].Position += projectileStates[projectileIndex].Velocity * deltaTime;
        }
    }
}

利点

連続したメモリアクセスによってキャッシュミスが減り、大規模な計算のスループットが向上します。
BurstやJobsなどのデータ指向システムと組み合わせると、特に強力になります。

注意点

構造をパフォーマンスに最適化しすぎると、可読性やドメインの明瞭さが損なわれることがあります。
配列の同期やインデックス管理を誤ると、データ不整合のバグが発生しやすくなります。

相互作用図

連続したメモリブロックを順次処理し、キャッシュ効率を高める流れを示します。

flowchart LR

  frame["Frame Start"]
  chunk_loop["for (i = 0..N)"]
  cache_hit["Cache-friendly access"]
  result["Bulk update complete"]

  subgraph soa["SoA Buffers"]
    positions["positions[]"]
    velocities["velocities[]"]
    hp["hp[]"]
  end

  frame --> chunk_loop
  chunk_loop -->|read i| positions
  chunk_loop -->|read i| velocities
  chunk_loop -->|read i| hp
  positions --> cache_hit
  velocities --> cache_hit
  hp --> cache_hit
  cache_hit --> result