Unity ECS 框架

20180312

ECS编程思想

这种编程思想很早前就已经提出,ECS分别是Entity,Component,System的缩写.

Entity是实例,作为承载组件的载体,也是框架中维护对象的实体.
Component只包含数据,具备这个组件便具有这个功能.
System作为逻辑维护,维护对应的组件执行相关操作.

ECS和传统的OOP相比更看重的是组件,附加组件即具备功能.

C#是面向对象语言,从语言层面上就支持面向对象的编程思想:集成封装和多态.

面向对象:我是什么,我有属性,我有方法,我要继承然后重写成自己独有的.
面向组件:我有什么,我有组件便具备这个功能,我由很多组件组成了实体.

按照ECS的思路,功能拆分成组件,然后把这些细小的组件组合便组成了具备所需功能的对象.实际上Unity也是这种实现思路,但是它的组件式属性和逻辑的合集.

最近看了ECS编程思想,看了Entitas逻辑,写了小Demo,感觉:

编程思路/框架没有最好只有更合适,可能A框架适合RPG游戏,B框架更适合FPS游戏.

Entity的时序

开发中经常会遇到控制时序的逻辑,比如某个Entity必须在另一个Entity逻辑完成后再执行,当然可以通过添加组件标识来控制时序执行,但是如果存在大量这种逻辑势必会增加很多对应的组件作为标识.
System时序

同样可以添加Component作为控制标识作为过滤条件,A系统要在B系统结束之后,C系统启动之前,D系统挂起时...开发到后期怎么办.(待机,前摇,蓄能,施法,表现,结束,)太多太多状态一帧/分帧维护起来估计也会乱吧.
System更合适维护一组Entity
- 比如FPS游戏,MOBA游戏用ECS思想拆分合适,每个玩家的角色功能对等(都是人物,都在移动,战斗)不同的角色的技能枪支拆分单独实现.
- 如果是大型RPG游戏,每个门派角色,大厅npc,商城商人,敌人角色的状态动作各不相同,这种ECS当然能实现,每个功能,拆分成细小组件,创建对应System类维护,但是这样归根到底一个System经过遍历筛选其实只维护了一个Entity上面的组件.因为角色功能独有,以后这个组件也不会被其他Entity组合使用.
功能解耦

功能之间解耦,对应的组件和系统只关心本身的功能,不会对其他功能造成影响.
重构

不方便重构
数据维护

数据分散到对应的组件,比如服务器下发一份最新数据,需要一一维护对应组件的属性,数据收集也是如此.
客户端服务器共享代码

客户端拆分表现组件后,只包含纯逻辑功能.
数据层表现层分离

在不同的组件和系统中维护,不必像oop再拆分表现逻辑.
方便扩展

如果设计合理,可以通过现有组件组合新的Entity. 1- 性能

数据在内存中线性存在,Entity复用.

ECS框架:Entitas

基于ECS的框架有很多,Entitas便是其中一个.

官方的ECS也会在2018.1beta版本中推出.

根据wiki很容易就能够搭建起项目,运行起工程,但是有些也需要开发者注意,比如Component作为标识还是作为数据存储;Component生成代码后改变类型或者删除字段后的生成报错,Group/Feature/Unit使用等等.

关于代码生成,它提供两个版本:

免费版
收费版

免费版根据反射生成代码,需要无编译错误下运行;收费版不需要,即使有代码报错也可以生成代码.

自己扩展的代码可以分为两部分:

Components
其他代码(System,Service...等其他逻辑)

这样做的好处是重新生成代码时,方便的把这两个目录移除项目(或者StreamingAssets),生成基础代码,然后移回Component代码,然后生成组件代码,然后移回其他代码.

Entitas实践

最简单的输出hello world

源码: https://github.com/hiramtan/test/tree/Entitas_Example_HelloWorld

创建一个Component:

1public class HelloWorldComponent : IComponent
2{
3    public string s;
4}
5

生成代码后创建两个system,一个用来创建entity并附加组件,另一个用来输出日志:

1public class CreatSystem : IInitializeSystem
2{
3    private Contexts _contexts;
4    public CreatSystem(Contexts contexts)
5    {
6        _contexts = contexts;
7    }
8    public void Initialize()
9    {
10        var e = _contexts.game.CreateEntity();
11        e.AddHelloWorld("hello world");
12    }
13}
14
15
16public class HelloWorldSystem : ReactiveSystem<GameEntity>
17{
18    private Contexts _contexts;
19
20    public HelloWorldSystem(Contexts contexts) : base(contexts.game){
21    }
22
23    protected override ICollector<GameEntity> GetTrigger(IContext<GameEntity> context)
24    {
25        return context.CreateCollector(GameMatcher.HelloWorld);
26    }
27    protected override bool Filter(GameEntity entity)
28    {
29        return entity.hasHelloWorld;
30    }
31    protected override void Execute(List<GameEntity> entities)
32    {
33        foreach (var e in entities)
34        {
35            Debug.Log(e.helloWorld.s);
36        }
37    }
38}

上面的代码已经实现了输出功能,但是为了方便管理上面的这两个System,我们添加一个RootSystems专门管理游戏中的各种System:

1public class RootSystems : Feature
2{
3    public RootSystems(Contexts contexts)
4    {
5        Add(new CreatSystem(contexts));
6        Add(new HelloWorldSystem(contexts));
7    }
8}

所有的功能都实现了,在unity工程中添加一个入口方法挂载到场景中,Main.cs:

1public class Main : MonoBehaviour
2{
3    private RootSystems s;
4    // Use this for initialization
5    void Start()
6    {
7        s = new RootSystems(Contexts.sharedInstance);
8        s.Initialize();
9    }
10    // Update is called once per frame
11    void Update()
12    {
13        s.Execute();
14    }
15}

运行,正常输出,因为输出实现的是reactivesystem,当值发生变化时便会输出.

Unity ECS

今天untiy在beta版本中公布了自己的ECS系统,Entity,ComponentData,ComponentSystem,随着unity官方的引入,势必会被推广起来.

点击链接加入QQ群【83596104】：https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=5l6rZEr

参考资料

ECS编程思想

ECS框架:Entitas

Entitas实践

Unity ECS

评论区

相关推荐