从零开始的游戏开发 —— ECS架构和DOTS简述

ECS架构

ECS架构就是实体，组件，系统架构，从守望先锋开始为人所熟知，越来的，人们开始注意到ECS的强大之处，越来越多的游戏使用到了ECS的架构，Unity在2019年版本里正式发布了pakeage来支持ECS架构。

目前包含以下几个包

• c# Job System：一个能够安全快速利用多核处理器的 System
• Burst：一个新的基于 LLVM 的后端编译器，能够生成高度优化后的机器码
• Entites：ECS架构的核心库，使用面向数据的方式能够更容易的提供 Job System 和 Burst 所需要的良好数据结构
• Unity Physics：基于 DOTS 构建的新的物理系统当前依旧是很早期状态
• Unity NetCode：基于 ECS 构建的带有客户端预测的服务器模型，可以用于创建多人游戏
• DSPGraph：新的混音系统，c#编写，使用了 Job System,能够使用 Burst 编译，
• Unity Animation：DOTS的动画系统，当前并不能用于商业生成

组件

组件是ECS中最基础的单位，不同于Unity的组件，该组件只存放数据，不处理逻辑，因此可以用结构体来存放数据。结构体相比于类的一个特点是他存放与栈中，而类存放在堆中，这个特点决定了结构体的存取速度更快，并且不需要手动GC。

实体

实体可以看成是组件列表，同样的，实体并不进行任何的逻辑处理，实体可以看成的一个ID，其上所有的组件都共享这个ID，通过这个ID可以标识两个不同的组件。

系统

系统主要负责的是逻辑的处理，对应组件的系统通过获取所有组件，来对每个组件进行操作，同时也可以通过实体来找到特定的组件，组件的存放方式决定了使用系统来批量处理组件的优越性。

总

总的来说，ECS相比与其他的架构的优越性在于并行处理大量数据，这可以提高服务器响应的时间，也可以提高客户端的计算效率，将更多的资源放在计算其他无法并行计算的数据上，但是相应的，如果数据量较小的话，使用ECS架构并不能很好的体现他的优越性，甚至不如其他的架构。

Test

这里使用两个对比的场景来测试ECS的效率，关于如何在Unity中使用DOTS可以阅读：http://www.u3dc.com/archives/3509

 

以上是没有使用DOTS的情况下，创建了100个Cube并旋转时的帧数，可以看到基本上在700帧左右。（很多重叠在一起，但确实是有100个Cube）

 

以上使用了DOTS，在另一个场景中创建了100个Cube，并同时进行旋转，可以看到帧数大概在400帧左右。

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第二组测试我们创建了3000个Cube，可以看到帧率从之前100个Cube 700帧降低到150帧左右

使用DOTS的情况下，创建3000个Cube，帧率仅仅从100个Cube 400帧降低到350帧左右

从这个对比可以看出DOTS在处理少量数据的情况下并没有优势，其优势在于处理大量的数据。现在的游戏需要处理的数据越来越多，如开放世界里的树木，大量的子弹等，数据的趋同性可以很好的使用DOTS来提高效率。