【DOTS学习笔记】DOTS中的ECS架构与概念术语

---

前言

---

本文是Metaverse大衍神君的《DOTS之路》系列课程的学习笔记

Entity-Component-System

---

• 实体组件系统（ECS）架构
  • 遵循组合优于继承的原则
  • 面向数据设计
  • 弱耦合
  • 常被应用在游戏开发上

游戏引擎架构演变

• 基于对象继承的架构
  • 早期的游戏引擎或游戏架构多以此方式来组织
  • UE3之前的版本就是用这种架构

• 基于Actor-component对象组合架构
  • Actor为容器，具体功能为具体的component来负责
  • 对象几乎没有多态，做到了对象间的解耦
  • Unity、UE3之后的版本都是这种架构

• 基于ECS的面向数据设计架构
  • ECS架构的本质组合的数据数组而非对象数组
  • Entity
    • 虽然名为实体，但并非对象
    • 也不是一个容器
    • 是一个对象索引的id或标识符
    • 不包含任何数据与逻辑
  • Component
    • 它才是容器
    • 但并非对象容器，仅是一个数据容器
    • 其中不包含任何逻辑
  • System
    • 负责对数据进行操作
    • 对具有特定组件的特定实体执行的操作

DOTS1.0中的ECS

• ECS架构一直在演变
• 应用场景不同，各家实现和工作流有差异
• DOTS1.0中的ECS与老版本变化较大，不要看老资料
• 开放心态去接受

DOTS下关于ECS的专有名词

• Archetypes(原型)

  • 依然不是个对象，依然是一个标识符
  • 表示的是所有具有相同Component的组合的实体类型
  • 如图EntityA与EntityB的组件完全相同则他们共享一个原型
  • 而EntityC比EntityA和EntityB缺少了RigidBody这个Component所以它属于另外一个原型
  • 这里可以将原型理解为不同的Entity在内存上的layout布局
  • 如下图所示的26个Entity被分为了8种原型
    
    

• Archetype Chunk

  • 每个Archetype所标记的内存会被分成固定大小连续的非托管内存块，被称为Chunk
  • Chunk中包含共享同一原型的实体组件数组
  • 默认设置下，每个Chunk为16kb
    • 如果实体组件数组填充不满的情况下，也要有留白
  • 存在的目的
    • 方便数据做并行计算
    • 方便做缓存的Prefetch
    • 在数据对齐的同时又可以匹配缓存的Cache Line
    • 无论使用主线程查询、工作线程并行查询还是按Chunk查询时
      • 都可以利用其在Component的数组纵向维度上分块对齐的方式来做Slice切片
  • 总之，它是面向缓存友好的重要概念

• World

  • 是一系列Entity的组合
  • 每一个Entity在一个World中是唯一的，统一受到World中的EntityManager结构的管理

• EntityManager

  • 负责创建、销毁、修改世界中的实体

• Structural Change

  • 所有导致需要重新组织内存块或内存块内容的操作都称为Structural Change
    • 改变结构
    • 改变内容
    • 这两种改变都只能在主线程中做，不能在工作线程中做
    • 是资源密集类型的操作，效率很差
    • 例如:
      • 添加或删除一个Entity对应的组件导致所属原型发生变化就属于Structural Change
      • 创建或销毁Entity实体，设置Shared Component的值也会被视为Structural Change
  • 要尽量避免
  • 当我们明确我们一定不会有Structural Change的操作时
    • 可以在编辑时做Baked操作
      • 虽然会降低运行时的逻辑灵活性
      • 但会提高运行时效率
        
        
        

Entities and Components术语

• Entity
• Component
• World
• EntityManager
• Archetype
• Chunk
• Structural change
• Backing
  • SubScene
  • Baker
  • Authoring component
  • Baking system
• Query
  • Shared component filter
  • Version filtering
• QueryBuilder
• SystemAPI
  • SystemAPI.Query
• ISystem
• BlobAssets
• SystemBase
• Entities.ForEach(EFE)
• Prefab entity(a.k.a. Entity prefab)
• Lookup
• Singleton component
• EntityStorageInfo
• EntityCommandBuffer(ECB)
  • Temporary Entities
  • EntityCommand