ECS

ECS（Entity Component System）

ECS 是一种软件架构模式，由三个元素组成：实体 (Entity)、组件 (Component) 和系统 (System)。游戏程序分为这三个主要元素，并且通过定义每个系统的责任和关系来管理游戏。

主要元素

实体（Entity）

  • 代表游戏世界中的事物。
  • 实体本身没有特定功能，通过组件来定义其功能。
  • 可以将实体看作一个什么都没有的 GameObject。在 Unity 中，GameObject 含有 Transform 组件，这里可以将其看作没有 Transform 的 GameObject。

组件（Component）

  • 附加到事物的数据，包含状态信息。
  • 重点是数据，极致的数据，没有任何方法和逻辑，只包含数据。
  • 例如，在移动游戏角色时，位置、速度等每个状态都将成为一个组件部分，并与称为“角色”的实体相关联。
  • 修改角色状态时，只需要修改其单独的数据组件，不会触碰角色的逻辑。

系统（System）

  • 处理数据的系统，其中只有方法，没有任何数据。
  • 例如，在移动角色时，速度、位置等数据都存放在组件中，通过遍历实体的组件来修改数据。

世界（World）

  • 世界是实体的集合，实体 ID 在世界中是唯一的。
  • 世界包含一组实体、组件和系统，是一个独立的环境。
  • 世界负责系统的运行，在开发中可以创建多个世界，每个世界都是独立的，互不影响，但往往一个世界就足够了。

原型（Archetypes）

  • 由一组组件类型（Component Types）构成，表示具有相同组件集合的实体的类型。
  • 频繁的更改组件会导致程序性能降低。

结构变化

  • 创建销毁实体、添加删除组件、设置共享组件都会导致结构变化。
  • 结构变化可能会导致大量资源占用，影响性能，只能在主线程中操作。

ECS 的好处

1. 模块化设计

  • 组件化：ECS 将对象的特性分解为独立的组件，每个组件只包含特定的属性和数据。这种模块化设计使得代码更易于维护和扩展。
  • 系统分离：系统包含操作组件的逻辑，分离了数据和行为。这种分离提高了代码的可重用性和灵活性。

2. 高性能

  • 数据局部性：ECS 通过将相同类型的组件数据连续存储在内存中，提高了 CPU 缓存的命中率，从而优化了性能。

    • CPU 在读取数据时，首先会去 CPU 缓存中寻找。如果缓存中没有需要的数据，就会去内存中查找。访问内存的速度比访问缓存的数据慢很多，因此为了提高缓存命中率，避免频繁去内存中查找，我们尽量使用连续的数据结构进行处理。

    cpu流程

  • 并行处理：ECS 将逻辑分散在多个独立的系统中，可以更容易地实现并行处理，提高多线程环境下的性能。

3. 灵活性和可扩展性

  • 动态行为：通过添加或移除组件，可以动态改变实体的行为。这种灵活性使得 ECS 特别适合处理复杂的游戏逻辑和仿真场景。
  • 可扩展性：可以轻松添加新的组件和系统，而不会对现有代码造成破坏。

4. 简化的状态管理

  • 明确的状态分离：ECS 将状态信息存储在组件中，系统只负责处理相关的逻辑。这使得状态管理更清晰、更易于调试。