Unity：ECS的核心概念

ECS架構(gòu)的核心是數(shù)據(jù)，這也是為什么Unity會將這一套技術(shù)棧命名為DOTS。System會讀取entity上面的component的數(shù)據(jù)流，并處理數(shù)據(jù)。實體在這里其實更像是索引，它本身并不包含任何數(shù)據(jù)和邏輯。

ECS包含三個部分：實體（entities）、數(shù)據(jù)（components）、行為（system）。具體看下圖：

這個圖中，System讀取了多個實體的Translation和Rotation組件，然后經(jīng)過計算處理，將結(jié)果更新到LocalToWorld組件中。

從圖中你可以看到，實體A和B還有Renderer組件，但是C并沒有。不過這并不會影響System的計算邏輯，因為這個系統(tǒng)不關(guān)心Renderer組件。

你還可以寫一個系統(tǒng)，需要處理Renderer組件，這樣系統(tǒng)就會忽略實體C。你還可以寫一個系統(tǒng)排除包含Renderer組件的實體，這樣系統(tǒng)就會忽略實體A和B。

下面對ECS中比較重要的幾個核心概念做一個梳理：

原型 Archetypes

多個組件的組合叫做一個原型。

比如一個3D物體可能會包含用于transform的組件，包括移動、旋轉(zhuǎn)、渲染，每個3D物體對應(yīng)一個實體，但是他們都有同樣的組件，所以ECS會把他們分類成是一類原型。

在上圖中，實體A和B的原型都是M，實體C的原型是N。

你也可以通過在運行時添加或者移除component來改變一個實體的原型。例如：如果將實體B的Renderer組件移除，實體B的原型就會變成N。

內(nèi)存塊 Memory Chunks

為什么要先講原型的概念呢，因為一個實體的原型是什么，決定了ECS會將實體的components也就是數(shù)據(jù)存在什么地方。ECS按塊分配內(nèi)存，每塊用一個ArchetypeChunk對象表示。

一個塊只包含一種原型，可以包含的多個實體的數(shù)據(jù)。如果一個塊的內(nèi)存滿了，ECS會分配一個新的塊來存儲新的實體的components。

如果你修改了實體的組件，那就相當(dāng)于修改了實體的原型，這時候ECS會將實體的組件數(shù)據(jù)移到另外一個塊中。

原型和內(nèi)存塊的關(guān)系是一對多的關(guān)系。這就意味著，如果想查詢給定的一組component類型的所有實體，只需要在這些原型中搜索即可。這樣會比在所有的實體中查找效率高很多。

ECS在存儲實體到內(nèi)存塊中沒有特殊的排序，當(dāng)創(chuàng)建一個實體或者實體的原型發(fā)生變化時，ECS會將它放到對應(yīng)原型的第一個還有空間的內(nèi)存塊中。內(nèi)存塊中的數(shù)據(jù)會緊密排列。如果一個實體要被移出當(dāng)前原型的內(nèi)存塊，這時候會有個空位，ECS會把這個內(nèi)存塊最后的實體數(shù)據(jù)移動到這個空位中。

注意：原型中的共享組件（后面會具體說這是個什么東東）的數(shù)據(jù)也會影響實體會被存在哪個內(nèi)存塊。同一個內(nèi)存塊中的所有實體的共享組件中的數(shù)據(jù)值都是相同的。如果你修改了共享組件中的數(shù)據(jù)，這個實體會被移到另外一個塊中，有點類似修改了實體的原型。

將共享組件的實體分到一個內(nèi)存塊中會提高處理他們的速度。比如Hybird Renderer（混合渲染）定義了RenderMesh組件來達成這個目的。

實體查詢

一個System根據(jù)什么來決定處理哪些實體呢？這時候會用到一個叫實體查詢(Entity Query)的東西。實體查詢首先需要一些組件類型，然后根據(jù)你傳入的組件類型的組合，在包含這些組件的原型中查詢符合要求的實體。查詢時可以指定下面三種類型：

All 必須包含All中所有的組件類型

Any 必須包含Any中至少一個組件類型

None 不能包含None中任意一個組件類型

一次實體查詢的結(jié)果會返回所有符合查詢要求的內(nèi)存塊，你可以使用IJobChunk來迭代遍歷所有的組件。（IJobChunk后面會講。）

Jobs 作業(yè)

之前說過，ECS配合Job使用才能發(fā)揮多線程的威力。ECS提供了SystemBase類，其中包含Entities.ForEach方法，還包含了IJobChunk的Schedule()和ScheduleParallel()方法，可以在子線程中處理數(shù)據(jù)。Entities.ForEach是最簡單的方法，只需要幾行代碼就能實現(xiàn)。IJobChunk可以用來處理比較復(fù)雜的情況。

ECS會在主線程調(diào)度Job，根據(jù)System的順序。當(dāng)job調(diào)度后，ECS會追蹤哪些job在讀寫哪些組件。需要讀權(quán)限的job需要等待前面寫權(quán)限的job執(zhí)行完，反之亦然。Job調(diào)度器會使用job依賴來決定哪些job可以并行，哪些必須串行。

System的組織

ECS通過World和group來組織system。默認情況下，ECS會創(chuàng)建一個默認的World，包含一些預(yù)定義的group組。它會找到工程中所有的System，實例化他們，并添加到預(yù)定義的group中。

你可以指定同一個group中system的Update的執(zhí)行順序。Group也是一種system，所以你可以將一個group添加到另外一個group中。如果你沒有指定順序，system的執(zhí)行順序會不太確定，并不會按照它們創(chuàng)建的順序。不過，同一個group中的所有system都會比下一個group中的system先執(zhí)行。

System的Update是在主線程中執(zhí)行的，不過可以使用Job將工作分配到子線程中。

ECS世界的可視化創(chuàng)建（authoring）

在Unity中沒辦法直接可視化地創(chuàng)建DOTS世界，但是，可以先用GameOjbect和MonoBehaviour來創(chuàng)建，然后通過轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將GameObject轉(zhuǎn)換成實體和組件。這個我們后面也會細講。

來源：Unity官方平臺

原文：https://mp.weixin.qq.com/s/Tvtqz51Np7vWeYwKcQtHdQ