本文的目標(biāo)是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)（15-30分鐘）帶你零基礎(chǔ)用?Unity ECS 實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)范例。

0. 前言

近幾個(gè)月 Unity DOTS?終于迎來(lái)了官方聲明的 “Fully Released”（存疑）的正式版，突然想最近重新?lián)炱饋?lái)看看與3年前有多大不同，果不其然資料仍然寥寥無(wú)幾，大多是19年20年的嘗鮮筆記。不過(guò)畢竟需求推動(dòng)供應(yīng)，ECS的“反人類”架構(gòu)確實(shí)難以在業(yè)余開發(fā)愛(ài)好者中推廣開來(lái)，嚴(yán)肅工作者只有追求極致優(yōu)化的大廠，比如試圖在移動(dòng)端渲染數(shù)千實(shí)體的那種國(guó)戰(zhàn)氪金手游。

盡管如此，我仍覺(jué)得同畫面承載上千上萬(wàn)單位非?？犰牛讵?dú)立游戲也可一展拳腳，比如類吸血鬼幸存者？總之是塊值得大家一起啃的骨頭，而且雖然我做出好活的可能性比較低，萬(wàn)一讀者中有高人呢？所以想趁最近沒(méi)事重構(gòu)一下3年前已經(jīng)過(guò)時(shí)的ECS嘗鮮文章，再次精簡(jiǎn)國(guó)內(nèi)外的一些碎片資源、以及不太好懂的官方文檔，以通俗易懂廢話少說(shuō)的方式解釋基礎(chǔ)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)麻雀雖小五臟俱全的ECS Demo。

（另外，立志從臭貓區(qū)up主轉(zhuǎn)回技術(shù)區(qū)）

關(guān)于ECS的概念、優(yōu)劣不再贅述，簡(jiǎn)而概之就是適用CPU吃緊的超量單位的大場(chǎng)景，但不適用個(gè)體有復(fù)雜邏輯的情況，例如AI、狀態(tài)機(jī)、物理、復(fù)雜動(dòng)作等（未深入了解，根據(jù)社區(qū)反饋總結(jié)），因?yàn)閷?shí)現(xiàn)起來(lái)繁瑣且資料不足。此外，即便正式版已經(jīng)出來(lái)，也請(qǐng)做好同樣場(chǎng)景 ECS 要麻煩的多的心理準(zhǔn)備！

本文基于穩(wěn)定版Unity 2022.3.7f1，由于 Unity DOTS 改動(dòng)很頻繁，網(wǎng)絡(luò)中絕大多數(shù)教程與最新版本有大量出入，直接照搬會(huì)有很多坑（Console 里會(huì)出現(xiàn)非常多的 "已廢除"警告），所以最新版入門避坑也是本文的另一個(gè)目標(biāo)。

1. 安裝

注意：根據(jù)官方論壇討論，當(dāng)前且未來(lái) DOTS 版本似乎僅支持 URP 或 HDRP，不再支持默認(rèn) RP。

Window -> Package Manager，安裝Entities和Entities Graphics，如果內(nèi)置的列表中找不到，在左上角+處URL添加：com.unity.entities、com.unity.entities.graphics。此外還須安裝Burst（默認(rèn)應(yīng)該已安裝）。

2.?ECS 基礎(chǔ)

本章將展示一系列?GameObject 與 ECS 實(shí)體的轉(zhuǎn)換和交互方式：

• 如何簡(jiǎn)單生成 ECS Entity（實(shí)體）

• 如何為實(shí)體添加儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的?ECS Component（組件）

• 如何通過(guò)腳本將 GameObject 轉(zhuǎn)化為 ECS 實(shí)體的 Authoring（編寫器）

• 如何將 Authoring 組件轉(zhuǎn)化為 ECS 組件的 Baker（烘焙器）

• 如何通過(guò) ECS System（系統(tǒng)）處理組件中的數(shù)據(jù)，使其進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)

• 如何使 GameObject 與 ECS 實(shí)體交互

2.1. 在場(chǎng)景中直接轉(zhuǎn)化 ECS?實(shí)體

本段進(jìn)行基本場(chǎng)景設(shè)置，并用簡(jiǎn)單方式將?GameObject 轉(zhuǎn)化為 ECS 實(shí)體。

首先創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試用新場(chǎng)景，再創(chuàng)建子場(chǎng)景（Subscene）進(jìn)行隔離，即右鍵 -> New Sub Scene -> Empty Scene...，所有在子場(chǎng)景中創(chuàng)建的 Game Objects 將會(huì)被自動(dòng)轉(zhuǎn)換為 Entities。

關(guān)于為什么使用子場(chǎng)景（翻譯自官方英文原文）：

使用子場(chǎng)景（subscene）是因?yàn)閁nity的核心場(chǎng)景系統(tǒng)與ECS不兼容，將 GameObjects 和 MonoBehaviour 組件添加進(jìn) subscene 并進(jìn)行烘焙（baking），可將他們轉(zhuǎn)化為實(shí)體（Entities）和 ECS 組件。

右鍵點(diǎn)擊新創(chuàng)建的 SubScene ，創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試用方塊 Cube （或任意用戶自己的 Prefab）。創(chuàng)建完注意?Inspector 的右上方有個(gè)小的空心圈，點(diǎn)擊后選擇 Runtime 便可顯示 ECS 實(shí)體已綁定的組件：

2.2. 添加 ECS Authoring、Component 、Baker

接下來(lái)為物體添加一個(gè)“移動(dòng)速度”組件，使實(shí)體可以進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)。

創(chuàng)建一個(gè) C# 文件（例如 Assets/Script/ECS/SpeedAuthoring.cs），Authoring 腳本用于引導(dǎo)?GameObject 轉(zhuǎn)化為 ECS 實(shí)體，Baker 在運(yùn)行時(shí)將 Authoring 組件的數(shù)據(jù)提取并轉(zhuǎn)換為ECS所需的 Component 數(shù)據(jù)。

注意：雖然每個(gè)類或結(jié)構(gòu)體一般單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)腳本文件，但項(xiàng)目到達(dá)一定規(guī)模后，會(huì)有大量的 ECS C# 文件（Authoring、Component、Baker等等），擠在一起難以管理，可以考慮將部分高度相關(guān)的多個(gè)文件合并為一個(gè)文件。

以下為 SpeedAuthoring.cs 中的代碼內(nèi)容：

首先我們將 Inspector 右上的小圈選擇回默認(rèn)（Automatic），對(duì) Cube 添加 Authoring 腳本，并寫入一個(gè)速度值：

再次選擇回 Runtime 模式，我們可以看到 Speed 組件及其數(shù)據(jù)成功被加入到了 Cube 的 ECS 組件里了：

2.3. 添加 ECS System

Unity DOTS 提供了兩種處理 ECS 實(shí)體和組件邏輯的方式：“托管類型” SystemBase 和“非托管類型”?ISystem。其中 SystemBase 繼承自 ISystem ，加入了很多便于開發(fā)的特性，但硬傷是托管類型無(wú)法被?Burst 優(yōu)化。ISystem 則兼容 Burst，相比 SystemBase 自然也快得多。

詳細(xì)比較請(qǐng)參考官方文檔：https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.entities@1.0/manual/systems-comparison.html

總之雖然 SystemBase 方便，還是建議著重學(xué)習(xí)使用 ISystem。根據(jù)社區(qū)論壇開發(fā)者實(shí)踐，一些場(chǎng)景會(huì)相差數(shù)毫秒的幀處理時(shí)間（例如可能直接從30幀提升至120幀）。

2.3.1 SystemBase

通過(guò) SystemBase 可以相對(duì)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)處理 ECS 實(shí)體中的數(shù)據(jù)。我們新建一個(gè) C# 腳本，命名為 MovingSystemBase.cs：

該腳本無(wú)需添加至任何 GameObject 中，因?yàn)?ECS System 默認(rèn)會(huì)將【所有】帶有 Local Transform 和 Speed 組件的實(shí)體都進(jìn)行移動(dòng)（x軸），運(yùn)行后應(yīng)能看到方塊會(huì)進(jìn)行移動(dòng)，如果復(fù)制多份會(huì)觀察到所有都會(huì)同時(shí)移動(dòng)。讀者可嘗試復(fù)制極多單位、修改移動(dòng)模式等，觀察與普通模式下的CPU負(fù)載差異，后續(xù)將進(jìn)一步通過(guò) ISystem 實(shí)現(xiàn)，一般最終都會(huì)達(dá)到數(shù)倍以上加速，故本文不再進(jìn)行量化的性能比較：

2.3.2?ISystem

接下來(lái)我們將上述邏輯通過(guò) ISystem 重新實(shí)現(xiàn)，并補(bǔ)充引入兩個(gè)新技術(shù)使代碼邏輯更清晰：Aspect?和 IJobEntity。

我們先刪除或注釋上一段的 MovingBaseSystem.cs，新建一個(gè) MovingISystem.cs。

首先 ISystem 無(wú)法直接使用 Entities.Foreach，我們需要另辟新徑。在此之前，我們先引入一個(gè) Aspect?去封裝多個(gè) ECS 組件數(shù)據(jù)與函數(shù)，否則當(dāng)組件越來(lái)越多時(shí)，代碼會(huì)十分難看。

2.3.2.1 創(chuàng)建一個(gè) Aspect

我們可以新建一個(gè) C# 腳本創(chuàng)建這個(gè) Aspect，但因?yàn)樵诒?Demo 中，該 Aspect 僅服務(wù)于 MovingSystem，為了方便我們也可以把該類放在 MovingISystem.cs 中。

該 Aspect 將包括 實(shí)體編號(hào)（Entity）、本地位移（Local Transform）、速度（Speed）、移動(dòng)函數(shù) Move()：

注意 RefRW 與 RefRO 標(biāo)記組件是可讀可寫還是只讀，盡可能使用只讀有利于性能提升。

2.3.2.2?創(chuàng)建一個(gè) ISystem

在 MovingISystem 中，利用剛剛創(chuàng)建的 MovingAspect，我們可以重構(gòu)移動(dòng)系統(tǒng)：

引入 Aspect 后，代碼十分整潔，只需通過(guò) SystemAPI 索引具備 MovingAspect 的實(shí)體即可。但目前所有邏輯都執(zhí)行在主線程，接下來(lái)我們將 foreach 中的內(nèi)容封裝為?IJob，交給?Burst?去做大批量的函數(shù)調(diào)用優(yōu)化。

2.3.2.3 創(chuàng)建一個(gè) IJobEntity

因?yàn)槲覀円獎(jiǎng)?chuàng)建的 Job?需要遍歷 Entity，所以繼承 IJobEntity。將剛剛的 MovingISystem 更改如下：

2.3.2.4 Burst 編譯

最后我們?cè)?System 和 Job 前添加屬性?[BurstCompile] 為 Burst 編譯器進(jìn)行標(biāo)識(shí)（如想驗(yàn)證 Burst 編譯前后的差異，可以在 Move 函數(shù)中將位移重復(fù)進(jìn)行 1000 或 10000 次進(jìn)行觀察），System 的完整代碼如下：

使用 Burst 編譯時(shí)需要注意幾點(diǎn)：

1. 并行導(dǎo)致的一切問(wèn)題這里都會(huì)出現(xiàn)，例如無(wú)法簡(jiǎn)單調(diào)用主線程或單例的函數(shù)等。

2. 一切托管類型（Managed?Type），即以傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠓绞骄帉懙念惡徒Y(jié)構(gòu)體，在這里均無(wú)法調(diào)用（例如 state.World），因?yàn)橥泄茴愋偷膬?nèi)存分配和釋放由.NET運(yùn)行時(shí)環(huán)境自動(dòng)管理。相對(duì)的，非托管類型（Unmanaged Type）是手動(dòng)管理內(nèi)存，可被 Burst 利用進(jìn)行優(yōu)化。

3. 以上會(huì)造成不少開發(fā)上的難度，但實(shí)際并非一切運(yùn)算都要通過(guò)并行和 Burst 進(jìn)行優(yōu)化，可積極利用 Unity 自帶的一系列 Profiler 去定位性能瓶頸，好鋼用在刀刃上。

3. ECS 與傳統(tǒng) MonoBehaviour 交互

使用純 ECS 構(gòu)建一個(gè)完整的游戲難度極大，所以我們需要關(guān)心?ECS 實(shí)體如何與傳統(tǒng)的 MonoBehaviour 類進(jìn)行交互。

我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于 MonoBehaviour 的?Speed Manager，用來(lái)全局控制所有 ECS Entity 的速度。創(chuàng)建一個(gè) SpeedManager.cs 并掛到主場(chǎng)景的一個(gè)空 GameObject 上：

我們向 ECS 實(shí)體管理者 EntityManager 獲取所有帶 Speed 組件的實(shí)體，并保存在一個(gè)臨時(shí)實(shí)體數(shù)組中，然后我們遍歷所有的 ECS 實(shí)體，Get 它們的組件并 Set 速度值。通過(guò)類似方法可以輕松從外部批量修改 ECS 實(shí)體的組件數(shù)值。

執(zhí)行游戲時(shí)，我們可以拖動(dòng) Speed Manager 中的 Global speed，觀察到所有的 ECS 實(shí)體會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)。

以上我們便完成了最簡(jiǎn)ECS范例，不得不說(shuō)基本體驗(yàn)確實(shí)還是比三年前簡(jiǎn)潔優(yōu)雅得多，可以嘗試進(jìn)一步做一點(diǎn)有實(shí)際意義的小項(xiàng)目了。本文篇幅較短，實(shí)際仍有很多未涵蓋的點(diǎn)，例如：

• 如何寫 ECS 實(shí)體的 Spawner （發(fā)射大規(guī)模彈幕的需求）

• 如何在實(shí)體內(nèi)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)數(shù)生成器

• 如何改變個(gè)體的材質(zhì)

• 如何實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)與物理系統(tǒng)

• 如何播放音效

• 如何綁定 Animator

• 如何實(shí)現(xiàn)多人模式

• 與HDRP、粒子系統(tǒng)等的協(xié)同

未來(lái)一小段時(shí)間可能會(huì)進(jìn)一步地進(jìn)行嘗試，或許可以接觸到以上幾個(gè)方面，并結(jié)合一些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)一個(gè)小項(xiàng)目。如開發(fā)順利將會(huì)繼續(xù)補(bǔ)充?ECS 開發(fā)攻略。