Dots 概述

什么是Dots

  • Data Oriented Technology Stack 面向数据的技术栈

  • The C# Jobs：多线程控制

  • The Burst compiler：更快速的编译器

  • Unity Mathematics

  • Collections

  • Entities：数据和模组分开

为什么要用Dots

Unity 传统方法

  • 面向对象的方法原本数据在内存中随机分布，每次需要调用一个组件或者方法的时候在内存上找毫无规律，查找效率慢
  • 只有一个主线程，虽然有协程，实际上也是在主线程上控制的
  • GameObject 在使用时，在调用其某些属性时，其他属性也还在 GameObject 上，浪费内存空间

Unity Dots 特点

  • 与面向对象的设计相比，Dots面向数据和内存，可以多线程能够更好的应用到多核CPU
  • ECS 的数据是有规律存放，在找的时候可以很快找到并且更快找到其类似的数据，提高了效率，有利于批量处理
  • Data 和 Component 分开，在不需要某些 Component 时可以关闭
  • 在大型开放世界，多人场景，需要多线程加载的情况效果最好

怎么用Dots

  • ECS

ECS 概述

  • Entity
  • Compoment
  • System

Entity

托管对象（Managed objects）：零散随机分布在内存中，使用CG机制，创建和销毁都需要很大的消耗，例如 GameObject，这类对象不可以用在 Jobs 也不接受 Burst 编译

非托管对象（UnManaged objects）：Entity

  • Entity 实际上是不包含数据的一个抽象的对象，是很多组件集合在一起的

    • 每一个Entity 具有在 World 唯一的 Index，是这个 Index 关联的一系列 Component 和 Data 的特别组合，Component 和 Data 是对应的
    • Entity 的另一个标识符是 Version，每次 Index 被回收的时候，版本就更新，保证在Entity被回收后不会引用同一个 Index

  • World 是 Entity 的集合，不同世界的 Entity 可能会有相同的 Index

  • EntityManager 管理世界所有 Entities
  • Entity 的查询实际上是找到特定组合的 Archetype

Entity 在内存的存储

Chuck

UnManagered Memory：非托管内存，不由GC控制，需要手动分配释放

  • 一块 UnManagered Memory 16Kb 就是一个 Chunk，它包含组件的实际数值
  • 包含数据的 Chunk 会交替放到 CPU 中，这样可以快速遍历到需要的数据，不需要去 RAM 里面随机找，速度更快

  • 每块 Chunk 里面有 n 个 Entity 相同 Component 组合的数据

    • 在一个 Chunk 里 Entity 的属性越多，存放的 Entity 的数量越少

  • 假设一个 Chunk 里面有3个实体，每一种属性是一个数组，那么这里4个数组的相同位置对应的就是同一个 Entity

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数据结构变化

  • 原始的数据结构，引用分布在内存随机的位置，查找效率低

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  • 面向内存的数据结构，相同的数据相邻，查找效率高

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Archetype

  • Archetype 原型是 Chunk 中组件结构相同的标识符，方便数据并行计算；即每个 Chunk 保存的都是同一种 Archetype
  • 增删组件会导致重新组织内存块，原型发生变化消耗大

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Component

  • 组件，不包含数据，使用 Archetype 保存

System

  • 每一个 System 实例属于一个世界
  • System 是一个层级结构，具有 Child System 和 Child System Groups
    • Initialization：Initialization System Group
    • Update：Simulation System Group
    • PreLate Update：Presentation System Group

SystemBase

  • 在主线程的托管类，不能被 Burst 编译

ISystem

  • 非托管类，可以被 Burst 编译

Jobs

  • 多线程并发处理
  • 需要注意线程之间的依赖关系
Run() Schedule ScheduleParallel
主线程 子线程调度 平行调度

一个简单的流程

例如：NPC向前走

安装

  • Unity 2022.2.0b16 + com.unity.entities 1.0.0-exp8

新建子场景（World）

  • 创建 SubScene，也就是一个 World

创建Entity

IComponent

  • 为 GameObject 创建向前走需要的速度变量
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public struct NPCMoveProperties : IComponentData
{
    public float Speed;
}

Baker

  • 创建自定义数据集，将 GameObject 转换为 Entity，也就是将 Authoring 下的数据转换为 Runtime 的数据，可以在 Inspector 窗口上对于 GameObject 赋值
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public class NPCMono : MonoBehaviour
{
    public float Speed;
}

public class NPCBaker : Baker<NPCMono>
{
    public override void Bake(NPCMono authoring)
    {
        AddComponent(new NPCMoveProperties { Speed = authoring.RiseRate });
	}
}

Aspect

  • 将 ICompoment 封装在一起，方便 System 调用
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public readonly partial struct NPCAspect: IAspect
{
    public readonly Entity Entity;
    
    private readonly TransformAspect _transformAspect;
    private readonly RefRO<NPCMoveProperties> _NPCMoveProperties;
    
    public float Speed => _NPCMoveProperties.ValueRO.Speed;
    
    public void Walk(float deltaTime)
    {
        _transform.Position += _transform.Forward * Speed * deltaTime;
    }
}

System 运行（Job）

  • 在子线程上进行调度，多个NPC行走是并行任务
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[BurstCompile]
public partial struct NPCWalkJob: IJobEntity
{
    public float DeltaTime;
    public EntityCommandBuffer.ParallelWriter ECB;

    [BurstCompile]
    private void Execute(NPCAspect npcAspect, [EntityInQueryIndex] int sortKey)
    {
        npcAspect.Walk(DeltaTime);
    }
}
  • 在System上运行
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[BurstCompile]
// [UpdateAfter(typeof(NPCSpawnSystem))]
public partial struct NPCWalkSystem : ISystem
{
    [BurstCompile]
    public void OnCreate(ref SystemState state)
    {
    }

    [BurstCompile]
    public void OnDestroy(ref SystemState state)
    {
    }

    [BurstCompile]
    public void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
        var deltaTime = SystemAPI.Time.DeltaTime;
        var ecbSingleton = SystemAPI.GetSingleton<EndSimulationEntityCommandBufferSystem.Singleton>();

        new NPCWalkJob
        {
            DeltaTime = deltaTime,
            ECB = ecbSingleton.CreateCommandBuffer(state.WorldUnmanaged).AsParallelWriter()
        }.ScheduleParallel();
    }
}

扩展

Unity Dots 官方 Sample

Unity Dots API

Unity ECS 1.0 Full Project Tutorial | Step-by-Step

Unity DOTS 1.0 in 60 MINUTES!

动画

  • unity.entity.animation 目前不适配 Entity 1.0版本，没有官方的动画处理
  • 开源的 dmotion 适用于 Entity 1.0版本，但其依赖的 Latios-Framework 不支持 Transform V2，导致 LocalTransform 等结构体无法使用