Unity新版ECS框架简介：ECS有什么不同？

07月

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文/ Karm1ng

了解过ECS的开发者都知道ECS与Unity原本的开发理念相差很大，需要所有Unity开发者重新去学习和适应新的开发框架的代价还是很大的，Unity为何要做出这么大跨度的尝试呢？

Unity正在尝试解决什么问题？

以前我们基于Unity的GameObject/MonoBehaviour机制，可以非常简单为创作游戏编写代码，但最终往往让代码陷入难以阅读，维护和优化的境地。这是一系列因素联合导致的：

面向对象模型
由Mono编译的非最优机器码
GC机制
单线程开发

Entity-Component-System 登场

Entity-Component-System 是一种编写代码的方式，简称ECS，近年因OW被广泛熟知，ECS主要关注开发中一个很基本的问题：如何组建并处理游戏中的数据和行为。

后续文章我们会更具体的讲解ECS的概念，本章我们简单介绍ECS在Unity中的使用。

采用ECS不但在设计上可以更好的进行游戏编程，还可以利用Unity提供的JobSystem和Brush编译器充分发挥多核处理器的性能。

Unity2017以后已经发布了JobSystem，基于JobSystem可以在C#代码中更好的实现多线程批处理技术，JoySystem底层为多线程间的竞争提供的安全保障。

对于开发者而言，更重要的是要使用一种新的思维方式和编码方式来充分利用JobSystem。

ECS有什么不同？

MonoBehavior -我们的老战友

MonoBehavior 既包含数据也包含行为。下面这段代码演示了Rotator组件每帧都要对Transform组件进行旋转操作。

然而MonoBehaviour 是继承于数个类的，且每个类包含了他们自己的数据，除了Transform，上面代码中没有用到任何他们中的数据。这其实浪费了很多不必要的内存，因此我们在设计一个系统时，需要考虑哪些数据是我们真正需要的。

ComponentSystem -迈入新的一步

在ECS模型中，Component（组件）只包含数据。

ComponentSystem 则包含行为，一个 ComponentSystem 更新所有与之组件类型匹配的GameObject。

混合ECS：使用与 ComponentSystem 现有的 GameObject components 一起工作

目前，现有的Unity工程基本都是基于MonoBehaviourGameObjectcomponents，如果想与现有GameObjectcomponents一起使用ECS，混合ECS将是个不错的选择。上面的例子演示了我们可以简单的遍历访问即包含Rotator又包含Transform组件的实体对象。

ComponentSystem 是怎么访问Rotator和Transform的？

为了能像上面例子中那样可以遍历所有匹配组件类型的实体，这些实体必须由 EntityManager 创建。

ECS 框架提供了一个叫 GameObjectEntity 的组件，在OnEnable时，GameObjectEntity会在GameObject上创建一个含有所有组件的实体(Entity)。所以ComponentSystems 可以获取完整的GameObject及其所有组件。

因此在目前的情况下，如果你需要在ComponentSystems访问一个GameObject，则必须在该GameObject上添加一个GameObjectEntity组件。

如何将现有代码转为混合ECS？

我们要把MonoBehaviour.Update转换为ComponentSystems.OnUpdate的方式，可以继续将所有的数据保存在MonoBehaviour中，这是一种很简单向ECS的过渡方式。

因此场景数据仍然存在于GameObjects components中，可以继续使用GameObject.Instantiate以创建实例等。

混合ECS的优点:

数据与行为的分离的方式，会让代码整体看起来更清晰
系统对许多对象是可以进行批量操作的，避免了一些无意义的调用。(见上面deltaTime优化)
我们可以继续使用现有的Inspectors, Editor tools等工具

混合ECS的缺点:

实例化时间并没有得到优化
加载时间并没有得到优化
数据是随机访问的，没有线性内存访问的高效性
没有发挥多核功能
没有SIMD

因此，使用ComponentSystem, GameObject 和 MonoBehaviour 结合是编写ECS代码的一个简易的改变。混合ECS提供了一些简单的性能改进，但是它并没有充分发挥ECS的所有性能优势。

纯ECS: 使用IComponentData Jobs全面提升性能

通常让游戏具有更好的性能是选择ECS的一个重要原因，但如果我们利用CPU的SIMD特性来编写所有代码，其实最终的性能和基于ECS编写的是差不多的。

结合ECS与C# JobSystem将提供SIMD的可能性，以发挥CPU最大性能。

C# JobSystem 只支持structs和NativeContainers，并不支持托管数据类型。所以，在C# JobSystem中，只有IComponentData数据可以被安全的访问。

另外，EntityManager内部保证了ComponentData(组件)数据的线性内存布局，这是C# JobSystem中可以高效的使用IComponentData最重要的依据。