Entitas实现简析

Posted 2021-12-14 blueberryzzz

Entitas实现简析

??这里主要讲Entitas的执行原理，不讲Entitas的代码生成方面。

ECS简介

??ECS(实体-组件-系统)是一种常用于游戏开发的架构模式。
??实体： 实体只是一个ID或一个容器，用来标记或存储一系列组件。
??组件： 没有任何逻辑，单纯用来存储数据。
??系统： 循环处理特定的组件。
??ECS主要强调了两个方面：
??1.用数据的组合去描述对象，而不是继承。
??2.数据和逻辑的分离。

Unity中的EC

??Unity采用了EC的设计思路，和传统ECS不同，Unity的Component除了存储数据，还保留了操作Component中数据的方法。
??Unity中的Entiy就是GameObject，Component就是GameObject上挂载的组件各种组件，如Transform。
??GameObject是各种Component的容器，本身并没有实际意义(与ECS中Entity的定义略有不同，GameObject包含了tag、name、activeSelf等属性。如果是在纯粹的ECS系统中，tag等属性应该作为Component挂载在GameObject)。
??比如场景中的一个Cube，由Transform、MeshFilter、MeshRenderer、BoxCollider四个组件组成。我们能在场景中看到这个Cube是因为Unity从MeshFilter得到了Mesh信息，告诉了GPU这是一个立方体，从MeshRenderer中的到了渲染这个Mesh的信息，告诉GPU这个Mesh上的UV对应的是哪张贴图的坐标，渲染成什么颜色等信息。从Transform中得知了该将这个Cube渲染在哪个位置，旋转多少度等。Unity通过BoxCollider和Transform信息去做碰撞检测。(在Cube的渲染这个例子中，可以把Unity自身看作ECS中的System的集合，因为Unity中的各个模块获取了这个Cube中特定Component中的信息，根据这些信息做一些事情)
??Unity中的EC与传统ECS最大的两个区别就是：
??1.Entity上带着一些属性数据name、tag等，Component不仅有数据，还集成了大量的方法。比如在Unity中希望旋转一个Transform会直接调用Transform的Rotate方法，而在传统ECS中，很可能是在Cube这个Entity上挂载一个Rotate组件，然后由专门的RotateSystem去处理这个转动。
??2.没有System对Component进行统一的处理。

Entitas简介

??Entitas是一个用C#实现的ECS框架，提供了方便的代码生成功能。
??用法的介绍官方项目写的比较详细，这里就不多做介绍。

Entitas运行流程

??也就是说整个ECS系统的内部数据维护(Group、Collector、EntityIndex)复杂度主要放在Entity的修改上了。
??在给一个Entity添加一个Component时，不仅仅是对Entity进行了修改，还会通过事件将这个添加传递给Context，Context遍历所有Group，找到满足这次修改条件的Group，对所有受到影响的Group进行修改。然后再通过Group将这次修改事件分发到Collector或其他监听该Group的模块中去。
??这种方式带来的好处十分明显，那就是获取一种类型的Entity（也就是一个Group），只有第一次会遍历所有的Entity生成这个Group，之后再获取该类型Entity的复杂度就只有O(1)。
??但是也有一定的隐患，当Group和Collector比较少时，这不是一个高消耗操作，但是Group、Collector很多，且在每一帧对Entity进行频繁修改的时候。这可能会成为一个高消耗操作。

Tips

??1.在销毁一个Entity时，会移除Entity身上所有的Component，然后再进行回收。在移除Component时可能会通过Group把这个移除事件发送到监听Remove行为的Collector中，Collector会持有这个被销毁的Entity。所以在filter、或execute时不能直接依赖Collector的收集条件，还需要对Entity的Component做独立的判断。
??其实任何时候filter都需要对Entity的Component做判断，因为Collector收集的Entity很可能在其他地方被改变。

??2.Entity不应该被ECS系统外的模块持有，因为系统外对Entity的持有不会被自动引用计数（可以自己添加）。可能会导致一个Entity被销毁然后又从池子中重新取出来， 外部模块对这个Entity的引用没有改变，但已经可能不是自己持有的那个Entity了。
??需要避免在外界持有Entity或通过持有uuid间接从context中持有这个Entity。

??3.在replaceComponent时，发送了Remove、Add、Update三个事件，而不是只发送了Update事件。

??4.在代码生成时，对单Componet的Matcher进行了缓存，如游戏中常用的Postion和Name等Component，但是对组合Component的Matcher没有进行缓存。所在在两个不同的ReactiveSystem中使用Matcher相同的Collector时，如：

//1,2代表Postion和Name的Index
//在使用代码生成时会生成类似Matcher.Position、Matcher.Name的静态函数，方便开发者使用
context.CreateCollector(Matcher.AllOf(1,2));

??这样会生成两个Matcher相同的Group实例。
??如果在意这一点的话可以自己对Matcher进行缓存。

写在后面

??在对ECS架构模式的理解和Entitas的使用上我还是一个新手，只是刚刚开始使用，如果有什么写的不对的地方，各位大佬可以留言指正。