初探unity中的ECS

ECS是一种软件架构模式，就像MVC一样。ECS最早在游戏《守望先锋》中提及到的相关链接。ECS具体是指实体（entity）、 组件（component）和系统（system）：

实体：实体是一个ID，它是一个唯一的标识符，用于标识一个对象，它本身不包含任何数据，只是一个ID，它的作用是用于标识一个对象，它的数据是由组件来提供的。

组件：组件是一个数据结构，它包含了一些数据，用于描述一个对象的属性，组件是没有任何行为的，它只是一个数据结构。

系统：主要用户逻辑处理，进行状态迁移。系统中不保留数据，且是无状态的。

三者之间的关系如下图所示：

ECS在unity中出现的原因

在使用unity开发的时候，monobehaviour是我们最常用的，然而monobehaviour中的update是基于gameobject去更新的且无序的，这样很容易造成memory cache miss。而ECS是基于数据的，它将具有相同Component组合的Entity放在一起，这样可以更好的利用cache，提高性能。

archetype

通过上面的图和介绍我们知道通过将不同的Component组合和Entity一起组成了GameOjbect，Component不同组合的唯一性在ECS中被称为archetype。在ECS中，archetype是一个很重要的概念，它是用来管理内存的，每个archetype都有一个chunk列表，chunk是一种内存管理方式。

上图中EntityA和EntityB具有相同的Component组合，所以它们属于同一个Archetype M，而EntityC具有不同的Component组合，所以它们属于不同的Archetype N。

下图是一个chunk的内存排布：

component在chunk中的排布.

Archetype

ArchetypeChunkData Chunks;

ComponentTypeInArchetype* Types;

ArchetypeChunkData

Chunk** p;

Chunk

执行System

unity会自己实例化system,system里的方法默认都在主线程执行，可以通过一下几种方式来实现多线程

• Entities.ForEach
• Job.WithCode
• IJobEntity
• IJobEntityBatch
• C# Job System

各部分的创建

下面是一个简单的例子，创建一个CustomSystem，它会在每一帧中更新CustomData的值。ComponentData不一定要和MonoBehaviour一起使用，它可以单独使用，像一些CPU密集性的计算可以使用ComponentData来实现。下面的示例重点是为了说明各部分的创建过程，从LaunchECS中可以发现仅仅使用了World中的EntityManager来创建了一个Entity，系统的创建被注视掉了。这是因为unity会自己实例化system，所以我们不需要手动创建system。

public class Custom : MonoBehaviour
{
    private void Awake()
    {
        LaunchECS();
    }

    private void LaunchECS()
    {
        var world = World.DefaultGameObjectInjectionWorld;
        world.EntityManager.CreateEntity(typeof(CustomData));
        // world.CreateSystem();
    }
}

public struct CustomData : IComponentData
{
    public int Value;
}

public partial class CustomSystem : SystemBase
{
    [BurstCompile]
    protected override void OnUpdate()
    {
        var timeElapsedTime = World.Time.ElapsedTime;
        Entities.ForEach((ref CustomData customData) =>
        {
            customData.Value = (int)(100 * math.sin(timeElapsedTime));
        }).ScheduleParallel();
    }
}

游戏制作

ECS的大致情况我们已经了解了，那如何在项目中应用呢。下面是一个简单的例子，我们创建一个Cube，然后通过ECS来控制它的移动。

1. 将下面的代码放到名叫MoveMono的cs文件中，
2. 然后在场景中添加一个sub scene
3. 在sub scene中添加一个Cube，然后添加一个MoveMono组件，并设置Velocity的值。
   运行后，我们会发现Cube会按照我们设置的Velocity的值进行移动。

[GenerateAuthoringComponent]
public struct MoveData : IComponentData
{
    public float3 Velocity; 
}
    
public partial class MoveSystem : SystemBase
{
    [BurstCompile]
    protected override void OnUpdate()
    {
        var deltaTime = World.Time.DeltaTime;
        Entities.ForEach((ref Translation translation, in MoveData moveData) =>
        {
            translation.Value += moveData.Velocity * deltaTime;
        }).ScheduleParallel();
    }
}

上面代码中使用了GenerateAuthoringComponent，这个属性将会自动生成一个名为MoveMono的MonoBehaviour，所有虽然我们并没有显示的创建MoveMono，但是我们可以给GameObject添加组件是可以看到MoveMono.

除了GenerateAuthoringComponent属性以外还有其他方式去将ComponentData和MonoBehaviour关联起来，还可以有其他方式。我们将在后面的gameplay文章中介绍。