Unity3D DOTS系列之Struct Change核心机制详解
前言
在Unity3D的DOTS（Data-Oriented Technology Stack）体系中，Struct Change是一个核心的内存管理机制，它涉及对Entity和Component数据的重新排列和内存分配。DOTS通过ECS（Entity Component System）模型，将游戏中的对象（Entity）、属性（Component）和行为（System）分离，以数据驱动的方式来提高游戏的性能和可扩展性。Struct Change主要发生在Entity的创建、销毁、组件的添加或删除等操作中，这些操作会触发内存块的重新分配和数据的重新排列。
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核心机制
在ECS中，每个Entity不直接存储数据，其数据全部存放在ComponentData中。不同类型的Entity会将其所有的ComponentData组合在一起，形成一种称为ArchType的组合类型。每种ArchType对应的内存块由Chunk统一分配，每个Chunk只会分配一种ArchType的内存块。这种设计可以最大化内存访问的效率，因为相同类型的Entity数据在物理内存中连续存储。
Struct Change触发场景
- 创建或删除Entity：
- 当创建一个新的Entity时，Unity会尝试在已存在的Chunk中找到一个空闲的内存块来存放该Entity的ComponentData。如果当前Chunk没有空闲块，则会创建一个新的Chunk。
- 当删除一个Entity时，其占用的内存块会被释放，并将最后一个Entity的ComponentData复制到刚释放的内存块中，以保持Chunk的连续性。
- 添加或删除组件：
- 当Entity添加或删除组件时，其ArchType会发生变化，因为Component的组合类型已经改变。这时，需要将Entity迁移到新的ArchType对应的Chunk中，并释放原来Chunk中的内存块。
- 修改共享组件（ShareComponent）：
- 如果修改了同一类型Entity共用的ShareComponent数据，也需要创建新的ShareComponent数据，并重新分配Entity的内存块。
同步点（Sync Point）
Struct Change操作是一个消耗较大的操作，因为它涉及到内存的重新分配和数据的复制。为了确保数据的正确性和一致性，Struct Change操作必须在主线程中执行，并会生成一个同步点（Sync Point）。在Sync Point等待期间，所有依赖Entity数据的Job Thread都会被挂起，直到Struct Change操作完成。这种机制虽然保证了数据的正确性，但也会降低系统的吞吐量。
优化策略
为了减少Sync Point的开销，可以采取以下策略：
- 延迟Struct Change：将Struct Change操作放入队列中，延迟到一帧结束后再统一处理。
- 使用CommandBuffer：在Job中通过CommandBuffer请求Struct Change操作，然后在主线程中统一处理。
代码实现
由于Struct Change是Unity内部实现的一个复杂机制，直接展示其底层代码实现较为困难。但可以通过一个简单的ECS示例来说明如何在DOTS环境中处理Entity和Component。
示例：使用ECS创建和销毁Entity
| using Unity.Entities; | |
| using Unity.Transforms; | |
| using UnityEngine; | |
| public class EntityCreator : MonoBehaviour | |
| { | |
| EntityManager entityManager; | |
| void Start() | |
| { | |
| entityManager = World.DefaultGameObjectInjectionWorld.EntityManager; | |
| // 创建一个Entity并添加Position和Translation组件 | |
| Entity entity = entityManager.CreateEntity(typeof(Translation)); | |
| entityManager.SetComponentData(entity, new Translation { Value = new float3(0, 1, 0) }); | |
| // 销毁Entity | |
| entityManager.DestroyEntity(entity); | |
| } | |
| } |
示例：处理Struct Change
由于Struct Change是自动触发的，通常不需要直接编写代码来处理。但是，可以通过观察Entity和Component的变化来间接理解Struct Change的影响。
总结
Struct Change是Unity3D DOTS系列中的一个重要机制，它涉及Entity和Component数据的内存管理。通过理解Struct Change的触发场景和优化策略，可以更好地利用DOTS架构来提高游戏的性能和可扩展性。在实际开发中，应当注意减少不必要的Struct Change操作，以优化系统性能。