Unity DOTS框架学习系列四

前言

本文主要介绍Unity的多线程式数据导向型技术堆栈(DOTS)，将具体阐述DOTS的核心机制与概述。Unity DOTS（Data-Oriented Technical Stack）是一个面向数据的技术堆栈，旨在提供极致的性能优势。它主要包括ECS（Entity Component System）、Job System和Burst Compiler三部分。ECS负责数据存储，Job System负责逻辑运算，而Burst Compiler提供高速编译。这三者相结合，才能达到最高效的运算效果‌。

一、ECS机制与概述

Entity：实体，是游戏中对象的唯一标识符，不包含任何数据或行为，仅作为组件的容器；
Component：组件数据，包含实体的数据和行为，如位置、速度、生命值等。组件是可复用的，可以在多个实体之间共享；
System：代码算法，负责管理和处理组件，执行游戏逻辑，如移动、攻击、碰撞检测等。

EntityQuery

‌Unity DOTS中的EntityQuery机制是用于在Entity Component System（ECS）中查询实体的一种方式。‌ 通过EntityQuery，开发者可以高效地筛选出符合特定条件的实体集合，以便进行进一步的处理。EntityQuery基于ArchType和Component进行匹配，从而实现对实体的快速查询和筛选‌。

EntityQuery的概述包括以下几个方面：

1. 查询条件‌：EntityQuery可以根据实体的ArchType和Component来定义查询条件。ArchType定义了实体所拥有的组件的组合，而Component则包含了实体的具体数据。通过定义这些条件，可以精确地筛选出需要处理的实体‌。
2. ‌性能优化‌：EntityQuery利用ArchType的信息来优化查询性能。由于实体和组件在内存中是连续存储的，通过ArchType可以快速定位到符合条件的实体集合，从而提高查询效率‌。
3. ‌使用场景‌：EntityQuery适用于需要对大量实体进行筛选和处理的场景。例如，在一个大型游戏中，可能需要查询所有持有特定武器或处于特定位置的敌人实体，以便进行攻击或策略调整。EntityQuery提供了高效的方式来执行这些查询操作‌。

面向数据的编程

我们学C语言的时候，听到过一句名言,程序=数据结构+算法。Entity解决了数据存储的问题，System就是算法。算法所需要的数据，来源于Entity中的Component。DOTS提供机制，System可以访问到entity中的组件数据,拿到这些数据后再做逻辑迭代计算与处理。默认System是运行在Unity的main thread上的，为了发挥多核优势，把可以用多线程处理的任务使用多线程，Unity 还提供了JobSystem机制，通过多线程的线程池来迭代计算JobSystem,不放main thread上提升程序的效率。

总结如下

DOTS中会有一个World对象，每个Word对象会有一个EntityManager负责Entity的管理，内部使用了高效的基于ArchType与Chunk机制的内存分配。所有的system会加入到World里面来进行统一迭代，System可以访问Entity中的Component数据。同时JobSystem可以让我们的算法迭代基于多线程处理。

二、Joy System机制与概述

Job System的核心机制

Job System是DOTS中的一个重要组成部分，它允许开发者通过多线程并行的方式处理来优化项目逻辑。在Unity中，Job System通过IJobParallelFor(或其他IJob接口)来实现，这些接口允许开发者定义如何处理实体和组件数据。Job System的多线程特性使得数据处理可以同时进行，从而显著提高性能‌。

使用Job System的基本步骤

1. ‌定义数据结构‌：在ECS中，首先需要定义实体和组件。实体是游戏中的对象，而组件则是实体的属性或行为。
2. ‌创建Job‌：通过实现IJob接口来定义一个Job。这个接口包含一个执行方法，该方法定义了如何处理实体和组件数据。
3. 调度Job‌：使用EntityCommandBuffer来记录对实体的操作，并通过EntityCommandBufferSystem来调度这些操作。最终，这些操作会被编译成高效的并行计算任务。

实例说明‌

假设我们需要更新游戏中所有敌人的位置，可以创建一个IJobParallelFor来遍历所有敌人实体，并更新它们的位置。这个Job会被调度并执行，利用多核CPU的能力并行处理，从而提高性能‌。

三、Burst Compiler工具链

‌Unity DOTS中的Burst Compiler是一个可以将C#代码编译为高效本地代码的编译器，从而提高游戏的性能和效率。‌ Burst Compiler是Unity DOTS（数据导向技术栈）的一部分，旨在通过优化代码执行来提升游戏性能‌。
传统：.net代码---->il2cpp---->cpp代码，然后再用编译器来编译；
Burst：.net代码LLVM---->native code，使用了单指令多数据集（MMS）

Burst Compiler的主要功能包括

• ‌数据导向优化‌：Burst Compiler强调数据的连续性和局部性，通过优化代码的执行效率来提升游戏性能。
• ‌自动代码转换‌：它可以将C#代码自动转换为高效的本地代码，利用SIMD指令和多线程技术来优化性能。
• ‌动态代码生成‌：Burst Compiler使用动态代码生成技术，根据C#代码生成本地代码，支持多版本生成以适应不同平台‌。

使用Burst Compiler时，开发者需要注意以下几点：

• ‌属性标注‌：在C#代码中使用BurstCompile属性标注方法，指示Burst Compiler编译这些代码。

• ‌避免复杂操作‌：Burst Compiler主要适用于简单的数学计算和数组遍历等操作，复杂逻辑可能不适合用Burst Compiler处理。

• ‌配置启用‌：在Unity编辑器的Player Settings中启用Burst Compiler，确保其在游戏中生效‌。

壁纸分享

总结

您可能会认为自己还没有为DOTS做好准备，并且可能会担心Unity过渡到全面使用DOTS时自己就会落后。Unity已经承诺会在用户需要时仍为非DOTS工作流程提供支持。这样就为您提供了充足的时间来准备DOTS，因为最终我们希望所有用户都能在某个时候过渡到DOTS。
下篇中，将具体讲解如何使用DOTS的SubScene，让你的项目如鱼得水。
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