Unity框架探索——ECS架构Entitas篇之基础概念

最新推荐文章于 2025-06-09 19:07:41 发布

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#ECS #Unity #Entitas #框架

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Entitas是德国Wooga公司开源的一款ECS架构，不只是C#，还有其他多种语言版本，基本涵盖了目前主流的计算机语言
Entitas开源项目地址：https://github.com/sschmid/Entitas-CSharp

我自己还写了个Entitas框架代码生成工具，可以自动初始化系统部分，传送门：Entitas代码生成工具

Unity本身就是EC（Entity Component ）模式的引擎，只不过在Unity中Entity 叫 GameObject，在GameObject上的脚本也能通过开放字段，修改数据，就和ECS的思路是差不多的，但是这样的缺点也很明显，它的逻辑和数据是耦合的，可能会出现后期的行为函数膨胀，多个组件之间的耦合过高的情况，所以进一步逻辑分离就是ECS的写法了。

一、ECS基本概念

Entity：代表游戏中的实体，是 Component 的容器。本身并 无数据和逻辑。
Component：代表实体“有什么”，一个或多个 Component 组成了游戏中的逻辑实体。 只有数据 ，不涉及逻辑。
System：对 Component 集中进行 逻辑操作 的部分。一个 System 可以操作一类或多类 Component。同一个 Component 在不同的 System 中，可以关联不同的逻辑。

也就是组件（Component）只携带数据，它没有函数，也就不涉及逻辑，而系统（System）则负责逻辑部分，所以它没有字段，不需要携带状态，实体（Entity）就是组件的载体，它并不携带数据和逻辑

举个例子：
我们实现一个Human类，他有Run，Jump，Eat三种状态，保存状态的字段叫做State
面向对象编程
我们通常的实现思路是，有一个名为Human的类，带有这三个行为的函数，然后有一个状态机，根据State的改变用switch调用对应的行为函数
面向数据编程
也就是在ECS中的思路是有一个携带了State的组件，而每一个行为对应了一个system，每个system只关心自己的行为，所以不需要携带状态
这样就完成了解耦，而且清晰了逻辑，面向对象的思维是我当前是什么，而面向数据的思维是我当前有什么

Entity Component System (ECS) 本身是逻辑层面的框架，它并不提供渲染引擎或是物理引擎的一类东西，所以不要误会说，它会提供物理接口或是资源加载接口啥的，它负责的是游戏的逻辑，处理游戏对象之间的状态更新问题。

二、ECS优缺点

（1）ECS 框架优点：

1）高复用性：组件之间容易组合
2）扩展性强：面向对象的思想是对象本身是什么，而面向数据的思想是对象有什么，增加新的功能就是添加新的组件，无需修改之前的逻辑
3）性能方面提供了更大的优化空间
4）降低了代码之间的耦合度

（2）ECS 框架缺点：

1）面向数据的编程模式，势必造成大量的组件及系统组合的形式，对于代码重构会形成很大的困难
2）默写模块与系统的耦合过高，造成一些功能的重用要有整个ECS环境才能运行
3）全部是数据都是开放的，数据上设计不好会造成很大影响

三、Entitas基本构成

（1）Component（组件）

携带数据，也就是状态

[Event(EventTarget.Self)]
public sealed class MoveComponent : IComponent {

    [EntityIndex]
    public IntVector2 target;
}

组件是由我们自己定义的，所以它有几个需要注意的地方

组件需要实现自IComponent接口
组件的名字就作为关键字生成一系列类及方法，如 MoveComponent 它会自动剔除Component把Move作为关键字，生成如：添加组件的方法AddMove，移除的方法RemoveMove等等
它需要添加特性，作为自动生成代码的标记，如上的[Event(EventTarget.Self)]和[EntityIndex]还有很多其他的，下面介绍

（2）Entity（实体）

它是组件的容器，可以在实体上添加，删除，替换这些组件，但是实体本身并没有数据和行为，数据都是组件的

  		var entity = _contexts.game.CreateEntity();
  		//添加组件
        entity.AddMove(new IntVector2(x, y));
        //移除组件
        entity.RemoveMove();
        //替换组件
        entity.ReplaceMove(new IntVector2(x, y));

（3）System（系统）

编写游戏逻辑的地方，这里需要注意，之前也说过，系统内不能包含状态
Entitas中包含以下几个系统

ICleanupSystem：实现接口用来创建一个执行后清理逻辑的系统
IExecuteSystem：实现接口用来创建一个每帧执行的系统
IInitializeSystem：实现接口用来创建一个开始时执行一次的初始化系统
ITearDownSystem：实现接口用来实现一个结束时执行一次的拆除系统
ReactiveSystem：继承这个类实现一个响应系统（后面的帖子会详细介绍）
MultiReactiveSystem：继承这个类实现一个多上下文的响应系统（后面的帖子会详细介绍）
JobSystem：Entitas的多线程系统

（4）Context（上下文）

这里的上下文规定了实体的逻辑边界，在上下文内，管理实体和组件的声明周期，类似于一个工厂模式一样
这部分的代码是自动生成的，不用自己编写

（5）Matcher（匹配器）

这部分是自动生成的代码，它代表的实际就是你感兴趣的一类实体的标签
如：你要获取含有Move组件的实体，那么它会自动生成这样一个属性

   public static Entitas.IMatcher<GameEntity> Move {
        get {
            if (_matcherMoveComplete == null) {
                var matcher = (Entitas.Matcher<GameEntity>)Entitas.Matcher<GameEntity>.AllOf(GameComponentsLookup.Move);
                matcher.componentNames = GameComponentsLookup.componentNames;
                _matcherMove = matcher;
            }

            return _matcherMove;
        }
    }

其中GameComponentsLookup.Move是组件的ID，是自动生成的，在框架内，类型为int的组件的标识

实际这个Matcher就代表了一类实体的条件，也就是同时含有规定的组件，才会匹配上

（6）Group（组）

组是由上下文（Context）管理的，并且始终保持最新，它会自动添加与匹配器匹配的实体，或当实体与匹配器不匹配时删除实体

也就是你可以在框架内，使用context.GetGroup(matcher) 来获取与指定Matcher（匹配器）匹配的一组实体

（7）Collector（搜集器）

顾名思义，就是用来收集实体的类，它会关注一个或多个组（Group），并根据指定的事件，收集更改的实体

结尾

基础部分就这些，之后我会写些应用方面以及源码讲解的文章，欢迎大家关注，不对的地方，也欢迎指正

我会在我的公众号上推送新的博文，也可以帮大家解答问题
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