[架构设计] Entity-Component-System (ECS)架构

介绍

ECS（Entity-Component-System）是一种游戏开发架构，它将游戏对象（Entity）分解成组件（Component）和系统（System），并在不同的数据集合中对它们进行处理。其中，组件是具有数据的对象，系统是根据组件来处理数据的对象，而实体是由组件构成的。

在ECS架构中，不同的组件包含不同的数据，系统只处理与其相关联的组件。这样，系统就能够高效地处理数据，而且可以轻松地添加和删除组件，从而灵活地管理游戏对象。

优缺点

ECS架构的优点：

• 高性能：ECS可以利用数据布局、缓存友好性等特性来提高处理性能。
• 可扩展性：ECS可以轻松地添加和删除组件，从而实现可扩展性。
• 更容易的代码重用：ECS提供了组件和系统的分离，这样可以更容易地重用代码。
• 更好的测试性：由于ECS中的系统和组件是分离的，所以可以更轻松地对它们进行单元测试。

ECS架构的缺点：

• 学习曲线陡峭：ECS需要开发人员具备一定的编程技能和知识。
• 可读性差：由于组件和系统分离，代码可能更加分散，可读性可能会降低。

总之，ECS是一种适用于大型游戏的高性能架构，可以提高游戏的可扩展性和性能。

实际应用

以游戏中的角色移动为例子来说明ECS的应用：

在ECS中，我们不再使用传统的面向对象模式，而是使用一种类似数据流的方式来处理游戏逻辑。在角色移动的场景中，我们可以将角色的数据分为三个部分：

• 实体（Entity）：实体是游戏对象的抽象，它仅仅是一个标识符，用于标识游戏中的一个对象。

• 组件（Component）：组件包含了实体的数据，例如角色的位置、速度、朝向等信息。

• 系统（System）：系统负责更新组件的状态，例如将角色的位置根据速度进行更新，处理输入等。

在ECS中，我们将实体看作一个空的容器，组件包含着实体的所有数据，系统根据组件的数据来进行逻辑处理。例如在角色移动的场景中，我们可以创建以下组件：

• 位置组件（Position Component）：包含角色的位置信息，例如x、y、z坐标等。

• 移动组件（Movement Component）：包含角色的速度、加速度、朝向等信息。

• 输入组件（Input Component）：包含角色的输入状态，例如玩家是否按下了方向键等。

在游戏运行时，系统会根据组件的数据来进行逻辑处理。例如位置系统会根据移动组件的数据来更新位置组件的数据，而输入系统则会根据玩家的输入来更新输入组件的数据。

使用ECS架构可以将游戏对象的数据分离出来，简化游戏逻辑的处理，提高游戏的性能和可维护性。

上代码

先来个简单的

以下是一个简单的 Unity ECS 示例，演示如何创建实体和组件，并在系统中使用这些组件进行操作：

首先，需要定义一个组件：

using Unity.Entities;

public struct Velocity : IComponentData
{
   
   
    public float Value;
}

然后，需要定义一个系统，这个系统会在每个帧上更新实体的速度：

using Unity.Entities;
using Unity.Transforms;

public class VelocitySystem : SystemBase
{
   
   
    protected override void OnUpdate()
    {
   
   
        float deltaTime = Time.DeltaTime;
        
        Entities.ForEach((ref Translation translation, in Velocity velocity) =>
        {
   
   
            translation.Value.y