Unity中DOTS要实现的特点有哪些

小编给大家分享一下Unity中DOTS要实现的特点有哪些，相信大部分人都还不怎么了解，因此分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后大有收获，下面让我们一起去了解一下吧！

DOTS 要实现的特点有：

• 性能的准确性。我们希望的效果是：如果循环因为某些原因无法向量化（Vectorization，可以参考 StackOverflow 的问题），它应该会出现编译器错误，而不是使代码运行速度慢8倍，并得到正确结果，完全不报错。

• 跨平台架构特性。我们编写的输入代码无论是面向 iOS 系统还是 Xbox，都应该是相同的。

• 我们应该有不错的迭代循环。在修改代码时，可以轻松查看为所有架构生成的机器代码。机器代码“查看器”应该很好地说明或解释所有机器指令的行为。

• 安全性。大多数游戏开发者不把安全性放在很高的优先级，但我们认为，解决Unity出现内存损坏问题是关键特性之一。在运行代码时应该有一个特别模式，如果读取或写入到内存界限外或取消引用Null时，它能够提供我们明确的错误信息。

高性能 C

当我们使用 C# 语言时，仍然无法控制数据在内存中如何进行分布，但这是我们提升性能的关键点。

除此之外，标准库面向的是“堆上的对象”和“具有其它对象指针引用的对象”。

也就是意味着，当处理性能敏感代码时，我们可以放弃使用大部分标准库，例如：Linq、StringFormatter、List、Dictionary。禁止内存分配，即不使用类，只使用结构、映射、垃圾回收器和虚拟调用，并添加可使用的部分新容器，例如：NativeArray 和其他集合类型。

我们可以在越界访问时得到错误和错误信息，以及使用 C++ 代码时的调试器支持和编译速度。我们通常把该子集称为高性能 C# 或 HPC#。

它可以被总结为：

• 大部分的原始类型（float、int、uint、short、bool…），enums，structs 和其他类型的指针

• 集合：用 NavtiveArray<T> 代替 T[]

• 所有的控制流语句（除了 try、finally、foreach、using）

• 对 throw new XXXException(...) 给予基础支持

Burst

Unity 构建了名为 Burst 的代码生成器和编译器。

Burst 有时运行速度比 C++ 快，有时也会比 C++ 慢。后面的情况源于性能问题，Unity 已经开始着手解决。

当使用 C# 时，我们对整个流程有完整的控制，包括从源代码编译到机器代码生成，如果有我们不想要的部分，我们会找到并修复它。我们会逐渐把 C++ 语言的性能敏感代码移植为 HPC# 代码，这样会更容易得到想要的性能，更难出现 Bug，更容易进行处理。

如果 Asset Store 资源插件的开发者在资源中使用 HPC# 代码，资源插件在运行时代码会运行得更快。除此之外，高级用户也会通过使用 HPC# 编写出自定义高性能代码而受益。

ECS Track: Deep Dive into the Burst Compiler - Unite LA

Burst 对于 HPC# 更详细的支持可以在下面找到：

Burst User Guide

解决的多线程问题

C++ 和 C# 都无法为开发者编写线程安全代码提供太多帮助。即使在今天，拥有多个核心游戏消费级硬件发展至今已经过去了十年，但依旧很难有效处理使用多个核心的程序。

数据冲突，不确定性和死锁是使多线程代码难以编写的挑战。Unity 想要的特性是“确保代码调用的函数和所有内容不会在全局状态下读取或写入”。Unity 希望应该让编译器抛出错误来提醒，而不是属于“程序员应遵守的准则”，Burst 则会提供编译器错误。

Unity 鼓励 Unity 用户编写 “Jobified” 代码：将所有需要发生的数据转换划分为 Job。

每个 Job 都具有“功能性”，因为 Job 没有副作用。 Job 会明确指定使用的只读缓冲区和读写缓冲区，尝试访问其它数据会出现编译器错误。

Job 调度程序会确保在 Job 运行时，任何程序都不会写入只读缓冲区。我们会确保在 Job 运行时，任何程序都不会读取读写缓冲区。

如果调度的 Job 违反了这些规则，我们会得到运行时错误。这种错误不仅在竞态条件下得到，错误信息会说明，你正在尝试调度的 Job 想要读取缓冲区 A，但你之前已经调度了会写入缓冲区 A 的 Job ，所以如果想要执行该操作，需要把之前的 Job 指定为依赖。

深入栈

由于能够处理所有组件，我们可以使这些组件了解各自的存在。例如：向量化（Vectorization）无法进行的常见情况是，编译器无法确保二个指针不指向相同的内存，即混淆情况（Alias）。

而两个集合库中的 NativeArray 从不会混淆，我们可以在 Burst 中运用这个知识，使它不会由于害怕两个数组指针指向相同内存而放弃优化（Alias）。Alias 的问题在 Unity GDC 中也有一个演讲提到过：Unity at GDC - C# to Machine Code

Unity 还编写了 Unity.Mathemetics 数学库，提供了很多像 Shader 代码的数据结构。Burst 也能和这数学库很好的工作，未来 Burst 将能够为 math.sin() 等计算作出牺牲精度的优化。

对于 Burst 而言，math.sin() 不仅是要编译的 C# 方法，Burst 还能理解出 sin() 的三角函数属性，同时知道 x 值较小时会出现 sin(x) 等于 x 的情况，并了解它能替换为泰勒级数展开，以便牺牲特定精度。

跨平台和架构的浮点准确性是 Burst 未来的目标。

Entity Component System

Unity 一直以组件的概念为中心，例如：我们可以添加 Rigidbody 组件到游戏对象上，使对象能够向下掉落。我们也可以添加 Light 组件到游戏对象上，使它可以发射光线。我们添加 AudioEmitter 组件，可以使游戏对象发出声音。

我们实现组件系统的方法并没有很好地演变。我们过去使用面向对象的思维编写组件系统。组件和游戏对象都是“大量使用 C++ 代码”的对象，创建或销毁它们需要使用互斥锁修改“id 到对象指针”的全局列表。

通过使用面向数据的思维方式，我们可以更好地处理这种情况。我们可以保留用户眼中的优良特性，即只需添加组件就可以实现功能，而同时通过新组件系统取得出色的性能和并行效果。

这个全新的组件系统就是实体组件系统 ECS。简单来说，如今我们对游戏对象进行的操作可用于处理新系统的实体，组件仍称作组件。那么区别是什么？区别在于数据布局。

class Orbit : MonoBehaviour{   public Transform _objectToOrbitAround;       void Update()   {       var currentPos = GetComponent<Transform>().position;       var targetPos = _objectToOrbitAround.position;       GetComponent<RigidBody>().velocity += SomehowSteerTowards(currentPos, targetPos)   }}

这种模式会被反复使用：组件必须找到相同游戏对象上的一个或多个组件，然后给它读取或写入数值。

这种方法存在很多问题：

• Update() 方法被一个单独的 Orbit 组件调用，下次调用 Update() 的会是完全不同的组件，它很可能造成代码从缓存移出。

• Update() 必须使用 GetComponent() 来找到 Rigidbody 组件。该组件也可以被缓存起来，但必须保证 Rigidbody 组件不被销毁。

• 我们要处理的其它组件位于内存中完全不同的位置。

ECS 使用的数据布局会把这些情况看作一种非常常见的模式，并优化内存布局，使类似操作更加快捷。

传统内存布局

离散的数据导致搜索效率十分低下，还有 Cache Miss 的问题，这个问题可以参考：ECS的泛泛之谈

ECS 数据布局

原型（Archetype）

ECS 会在内存中对带有相同组件（Component）集的所有实体（Entity）进行组合。ECS 把这类组件集称为原型（Archetype）。

下图的原型就是由 Position 组件、Velocity 组件、Rigidbody 组件和 Renderer 组件组成的。

如果一个实体只有三个组件（不同于前面提到的原型），那么那三个组件就组成了一个新的原型。

下面的图来自 Unite LA 的一次演讲的讲义， 很遗憾那次演讲没有录制下来。讲义可以在这里找到。

ECS 以 16k 大小的块（Chunk）来分配内存，每个块仅包含单个原型中所有实体的组件数据。

一个帖子中有人提供了更加形象的内存布局图，例如上半部分的原型由 Position 组件和 Rock 组件组成，其中整个原型占了一个块（Chunk），两个组件的数据分别存在两个数组中，里面还带着组件数据对应的实体的信息。

每个原型都有一个 Chunks 块列表，用来保存原型的实体。我们会循环所有块，并在每个块中，对紧凑的内存进行线性循环处理，以读取或写入组件数据。该线性循环会对每个实体运行相同的代码，同时为 Burst 创造向量化（Vectorization）处理的机会。

每个块会被安排好内存中的位置，以便于快速从内存得到想要的数据，详情可以参考下面的文章。

Unity2018 ECS框架Entities源码解析（二）组件与Chunk的内存布局 - 大鹏的专栏 - CSDN博客

实体（Entity）

实体是什么？实体只是一个 32 位的整数 key （和一些额外的数据例如 index 和 version 实体版本，不过在这里不重要），所以除了实体的组件数据外，不必为实体保存或分配太多内存。实体可以实现游戏对象的所有功能，甚至更多功能，因为实体非常轻量。

实体的性能消耗很低，所以我们可以把实体用在不适合游戏对象的情况，例如：为粒子系统内的每个单独粒子使用一个实体。

实体本身不是对象，也不是一个容器，它的作用是把其组件的数据关联到一起。

系统（System）

我们不必使用用户的 Update 方法搜索组件，然后在运行时对每个实例进行操作，使用 ECS 时我们只需静态地声明：我想对同时附带 Velocity 组件和 Rigidbody 组件的所有实体进行操作。为了找到所有实体，我们只需找到所有符合特定“组件搜索查询”的原型即可，而这个过程就是由系统（System）来完成的。

很多情况下，这个过程会分成多个 Job ，使处理ECS组件的代码达到几乎100%的核心利用率。ECS 会完成所有工作，我们只需要提供对每个实体运行的代码即可。我们也可以手动处理块迭代过程（IJobChunk）。

当我们从实体添加或移除组件时，ECS会切换原型。我们会把它从当前块移动到新原型的块，然后交换之前块的最后实体来“填补空缺”。

在 ECS 中，我们还要静态声明要对组件数据进行什么处理，是 ReadOnly 只读还是 ReadWrite 读写。通过确定仅对 Position 组件进行读取，ECS 可以更高效地调度 Job ，其它需要读取 Position 组件的 Job 不必进行等待。

这种数据布局也处理了 Unity 长期以来的困扰，即：加载时间和序列化的性能。为大型场景加载或流式处理 ECS 数据时，主要的操作是从硬盘加载和使用原始字节。

API 可用性和样板代码

对 ECS 的常见观点是：ECS 需要编写很多代码。因此，实现想要的功能需要处理很多样板代码。现在针对移除多数样板代码需求的大量改进即将推出，这些改进会使开发者更简单地表达自己的目的。

我们暂时没有实现太多这类改进，因为我们现在正专注于处理基础性能，但我们知道：太多样板代码对 ECS 游戏代码没有好处，我们不能让编写 ECS 代码比编写 MonoBehaviour 更麻烦。

Project Tiny 已经实现了部分改进，例如：基于 lambda 函数的迭代 API。

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