Unity Dots

什么是 DOTS

充分利用多核处理器，多线程处理让游戏运行速度更快，更高效，DOTS（面向数据的技术堆栈）是以下 3 个系统的集合

• Job Systems 任务系统 用于高效运行多线程代码
• Entity Component System（ECS）实体组件系统 用于默认编写高新能代码
• Burst Compiler burst 编译器 用于生成高度优化的本地代码，Unity 使用 Burst 编译器可以使 C#代码运行效率高于 c++

Job Systems 和 ECS 可以独立使用，组合在一起才能发挥最大优势。

C# job systems

• 在 job systems 之前，Unity 内部是多线程处理，但是外部代码必须在主线程上。
• c# 虽然支持 thread 但是 Unity 中只能处理数据，例如网络消息，下载，但是不能在 Tread 中调用 Unity API
• 有了 Job System 可以充分利用多线程，例如在多线程中处理 Transform 旋转，缩放，平移。
• Unity 没有直接将 Tread 开放出来，这样可以避免 Tread 滥用，开发者可以放心使用 Job Systems 而不用太关心线程安全，锁
• Job System 最好配合 burst 编译器，这样可以生成本地高效代码。
• Job System 中的数据类型，只能是值类型（float,int,bool）,enum,struct 和其他类型的指针
• Job System 不能使用引用类型，例如 T[]
• Job 中可以使用 NativeArray代替 T[]

HPC# High Performance C#

• C# class 类型数据的数据内存分配在堆上，程序员无法主动释放，必须等到.NET 进行垃圾回收才会释放。
• IL2CPP 虽然将 IL 转成 c++代码，实际上还是模拟了.Net 垃圾回收机制，效率并没有等同与 c++
• HPC# 就是 NativeArrary ，NativeHashmap 可替代数组[] 数据类型 包括值类型（float，uint，bool...）
• NativeArray 可以在 c#层分配 c++中对象，可以主动释放，不需要进行 c#的垃圾回收
• Job System 使用的就是 NateiveArray

IJOBPARALLELFOR 并行

• IJOB 是一个一个开线程任务，因为数据是顺序执行的，所以它可以保证数据的正确性
• 使用 IJOBPARALLELFOR 线程是并行执行的，因此数据执行不是顺序执行的，每一个 JOB 数据不能完全依赖上一个 JOB 执行后的结果
• “ReadOnly” 意味着数据是只读的，不需要加锁
• 如果不声明默认数据是 Read/Write，数据一旦改写，Job 一定要等它
• Unity 已经为我们做好着些，不需要我们再写加解锁逻辑

Unity.MathEMatics

• 提供矢量类型，可以直接映射到 SIMD 寄存器
• 有了 SIMD,CPU 可以一次计算
• unity 之前的 math 类 默认不支持 simd

启动 BurstComile

• Struct 上加上 BurstCmoplie 标签
• Struct 必须继承 IJob,IJobParallelfor，否则无效

ECS

旧版本的一些总结

• 设计模式-组件模式
• 脚本数据在内存中是不连续的
• 脚本中没必要的数据也提供了，每个 GameObject 都包含了 Transform，这些额外的数据也会占用内存
• 脚本和脚本是偶尔关系，会出现相互调用
• 脚本属于引用类型，也就是全局声明的所有变量都会占用堆内存，会产生 GC
• 脚本是非常重量的产物，手机上挂脚本会额外占用 0.01s
• 脚本不支持热更新

Entity

• Entity 非常轻量，它就是一个变量 ID，用 int 保存
• Entity 可以根据自己需求绑定组件，比如只有位置则只绑定 Position
• 相同组件会连续排列在内存中，Cache 命中增加，system 遍历速度增加

Component

• 组件是一个简单的数据存储，它时 struct 值类型，并且实现 IComponentData 接口，它不能写方法，没有任何行为，比如 position，rotation
• struct 中建议使用 float3 代替 vector3，quaternion 代替 Quaternion，原因就是 Unity.MathEMatics

ArcheType 原型

• Cache 命中增加就得益于 ArcheType
• ArcheType 是一个容器，并且 Unity 规定每一个大小都是 16kb，不够就再开一个，始终保持内存连续性

System

• System 只关心 Component 组件，它不关心这个 Component 属于哪个 Entity
• System 系统中定义它所关心的组件，组件都是连续保存在 ArcheType 中的，所以查找速度非常快
• System 在 Update 中可以同意更新自己关心的组件

ISharedComponentData

• IComponentData 是结构类型，如果大量结构体中，保存的数据一样，那么在内存中也会产生多分
• ISharedComponentData 是共享组件，典型的例子是场景中可能还有很多物体渲染的 mesh 和材质是相同的，如果 IComponentData 是浪费
• ISharedComponentData 组件需要实现 IEquatable接口，用于判断两个组件是否相等

World

• World 包含 EntityManager，ComponentSystmes，ArcheTypes
• EntityManager 包含这个世界里所有的的 Entity，ComponentSystems 则包含世界里所有的组件，ArcheTyps 包含世界里所有的原型
• ECS 默认提供了一个世界，我们也可以自己创建
• 世界与世界不互通，每一个世界都是唯一的，多个世界可以同时并存
• World world =new World(“MyWorld”)

ECS+JOB+BURST

• ECS 里的 Component 已经具有超高的 Cache 命中率，性能比传统脚本快很多
• ComponentSystem 只能运行在主线程
• 每一个 ComponentSystem 只能等上一个运行完才能运行自己的
• ECS 要配合 job 才能让性能起飞

JOBCOMPONENTSYSTEM

• JobComponentSystem 继承于 ComponentSystem
• JobComponentSystem 的 update 和 ComponentSystem 一样都是执行完毕一个在执行下一个
• 区别 JobComponentSystem 的 update 可以很快就返回，将复杂的计算丢给 JOB 去做
• 通过 Readonly 将 job 标记为是否只读，只读的话 job 是完全可以并行的
• 如果 job 中某一个数据发生更改，那么这块数据这不能和访问这块数据的其他 job 并行

Dots 实践

• 使用 ComponentDataProxy 可以把一个 struc 绑定在游戏对象上

场景导出 ECS

• PackageManager 添加 Hybrid 组件
• Hybrid 的 Scene 组件可以把场景批量转换成 ECS 组件

prefab 导出 ECS

• 保存 Prefab，通过 GameObjectConaversionUtility.ConvertGameObjectHierarchy 直接将 prefab 转成 ECS 对象
• prefab 只能是普通的 mesh，如果带骨骼动画不能转成 ECS

ECS 渲染

• ECS 自身是不包含渲染的，但是游戏的渲染和 entity 是密切绑定的
• 原理大致是通过 ECS 在 JOB 中先准备渲染的数据，然后通过 Gpu instancing 一次渲染，中间不产生 GameObject
• Gpu instancing 是不带裁剪，并且每帧在 update 里调用，这样会产生额外开销，即使物体不发生位置旋转变化也会强制刷新
• 建议使用 CommanderBuffer 来渲染 GPU instancing，这样只有物体属性发生改变时强制刷新
• 使用 BatchRenderGroup 代替 Graphics.DrawMeshInstanced 和 CommandBuffer.DrawMeshInstanced
• BatchRenderGroup 需要提供每个渲染物体的包围盒区域用户 job 中判断是否在视野范围内

• BatchRenderGroup 内都会调自动 GPU Instancing 前提是开启 gpu instancing，并且没有 1023 个数量限制