ECS框架

简介：

提一下Unity中的Update方法，相信很多开发者都深有体会，引擎中所有的Update是每帧遍历执行的，引擎中的模块多，很多模块我们往往并不使用，此时带来了很大的消耗，可以考虑使用一下ECS框架，可以完美解决这个问题，《守望先锋》游戏正是使用该框架设计。

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

创建一个Component:

public class HelloWorldComponent : IComponent
{
    public string s;
}

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:

public class CreatSystem : IInitializeSystem
{
    private Contexts _contexts;
    public CreatSystem(Contexts contexts)
    {
        _contexts = contexts;
    }
    public void Initialize()
    {
        var e = _contexts.game.CreateEntity();
        e.AddHelloWorld("hello world");
    }
}

public class HelloWorldSystem : ReactiveSystem<GameEntity>
{
    private Contexts _contexts;

    public HelloWorldSystem(Contexts contexts) : base(contexts.game){
    }

    protected override ICollector<GameEntity> GetTrigger(IContext<GameEntity> context)
    {
        return context.CreateCollector(GameMatcher.HelloWorld);
    }
    protected override bool Filter(GameEntity entity)
    {
        return entity.hasHelloWorld;
    }
    protected override void Execute(List<GameEntity> entities)
    {
        foreach (var e in entities)
        {
            Debug.Log(e.helloWorld.s);
        }
    }
}

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:

public class RootSystems : Feature
{
    public RootSystems(Contexts contexts)
    {
        Add(new CreatSystem(contexts));
        Add(new HelloWorldSystem(contexts));
    }
}

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:

public class Main : MonoBehaviour
{
    private RootSystems s;
    // Use this for initialization
    void Start()
    {
        s = new RootSystems(Contexts.sharedInstance);
        s.Initialize();
    }
    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        s.Execute();
    }
}

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.

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