GcFreeCollections: colecciones sin GC para .NET y Unity

Tijuana, B.C. -

¿Alguna vez sentiste que tu juego se “congelaba” justo en medio del combate, o que un servicio web tardó el doble en responder sin razón aparente? Lo más probable es que el culpable sea el Garbage Collector de .NET, que en el peor momento decide detener todos los hilos para limpiar la memoria.

El dolor de los GC spikes en aplicaciones en tiempo real

En un frame típico de 60 fps, cada milisegundo cuenta. Cuando el GC ejecuta una Stop‑The‑World, el motor pierde tiempo, la tasa de frames cae a 30 fps y el usuario percibe un “hick”. Lo mismo ocurre en servidores de alta concurrencia: una petición que debería tardar 10 ms se alarga a 100 ms y el latido del sistema se vuelve impredecible.

¿Qué propone GcFreeCollections?

La librería, disponible para .NET 8+ y Unity, reemplaza las colecciones habituales (List, Dictionary, HashSet, etc.) por versiones GC‑free. La idea es simple: en lugar de crear un objeto, usarlo y dejar que el GC lo recoja, se toma una instancia de un pool, se utiliza y, al terminar, se devuelve al pool.

Ventajas clave

• Zero allocations después del “calentamiento” inicial.
• Operaciones Clear() en O(1) gracias al Hot‑first Clear.
• Seguimiento de leaks en modo DEBUG.
• Herramienta HotPath.Enter() que avisa si alguna línea inesperada genera memoria.
• Compatibilidad con LINQ sin crear objetos temporales.

Tipos de colecciones y su comportamiento

PooledList<T>

Se comporta como List<T> pero sin asignaciones al añadir elementos una vez que la capacidad está “calentada”. El pool puede crecer automáticamente, pero esa expansión ocurre una sola vez.

PooledDictionary<TKey,TValue> y PooledHashSet<T>

Reemplazan sus homólogos de la BCL. La diferencia más visible es la reducción drástica de memoria: en pruebas con 1 000 entradas, el Dictionary consumió 31 KB mientras que el PooledDictionary apenas 88 B.

PooledQueue, PooledStack, PooledPriorityQueue

Ideales para estructuras de datos temporales en bucles de actualización (Update/FixedUpdate) donde cada iteración crea y destruye cientos de objetos.

PooledStringBuilder y PooledMemoryStream

Permiten concatenar texto o trabajar con flujos binarios sin generar la típica sobrecarga de StringBuilder y MemoryStream. En casos de cadenas largas, la diferencia de velocidad es mínima, pero el ahorro de memoria es constante.

Benchmarks que hablan por sí solos

Los tests se ejecutaron en un Intel i5‑11400F, Windows 11, .NET 8 y BenchmarkDotNet. Los resultados más llamativos:

• PooledList redujo la asignación de 4 056 B a 56 B y ganó 1.11× de velocidad.
• En Dictionary, la versión pool ahorró 352× de memoria y mantuvo un rendimiento comparable.
• El HashSet pasó de 58 KB a 72 B, con una mejora de 3.20× en tiempo.
• El PooledQuery (pipeline LINQ) redujo la asignación a 112 B y fue 1.28× más rápido.

Herramientas de depuración integradas

En modo DEBUG, cada objeto extraído del pool registra su origen. Al llamar a LogLeaks() obtienes una lista de instancias que nunca fueron devueltas, con la traza de pila que indica el punto exacto del olvido.

El método HotPath.Enter() envuelve bloques críticos y lanza una excepción si dentro se produce alguna asignación inesperada.

¿Cuándo elegir GcFreeCollections y cuándo buscar alternativas?

Escenarios ideales

• Juegos o simulaciones donde cada frame cuenta.
• Servicios de baja latencia (micro‑servicios, trading, IoT).
• Herramientas de editor que procesan miles de archivos en tiempo real.
• Proyectos .NET puros que no dependen exclusivamente de Unity.

Opciones competidoras

• Unity Collections + Burst: máximo rendimiento nativo, pero solo dentro de Unity y con una API menos familiar.
• Roaring Bitmaps: excelente para conjuntos de enteros muy compactos, pero no sustituye a un Dictionary genérico.
• Implementaciones propias de pooling: flexibilidad total, pero requieren tiempo de desarrollo y pruebas exhaustivas.

Primeros pasos

Instalar la librería es tan sencillo como ejecutar:

dotnet add package GcFreeCollections

El repositorio oficial incluye ejemplos de uso y los benchmarks completos:

• NuGet: https://www.nuget.org/packages/GcFreeCollections
• GitHub: https://github.com/likeslines-maker/GcFreeCollections

Una vez añadido, basta con sustituir List<T> por PooledList<T> y seguir la misma lógica de uso. Recuerda envolver el ciclo de vida con using o llamar a Dispose() al final del frame para devolver la instancia al pool.

Conclusión

Si tu proyecto sufre de pausas inesperadas por el recolector de basura, GcFreeCollections ofrece una solución práctica y probada. No necesitas reescribir tu código ni abandonar la API familiar de .NET; solo cambias la implementación y recuperas frames, latencia y memoria. La herramienta de detección de fugas y el guardia de hot‑paths añaden una capa de seguridad que pocas librerías de pooling proporcionan.

Próximo paso: prueba la librería en un módulo crítico de tu juego o servicio y mide la diferencia. Si los resultados coinciden con los benchmarks, tendrás una base sólida para escalar sin temer al próximo “freeze”.