Entitas实现简析

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
3
//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。