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Unity3D ECS 内存分配器原理

article 2024/12/28 8:29:36

一、引言

Unity3D 的 ECS（Entity-Component-System）框架是基于数据导向技术栈（Data-Oriented Technology Stack，DOTS）实现的，旨在提高游戏的性能和可维护性。在 ECS 架构中，实体（Entity）是游戏对象的抽象，组件（Component）是实体的属性，系统（System）则是对实体和组件进行操作的逻辑单元。为了高效地管理这些实体和组件的数据，Unity ECS 引入了内存分配器，以减少内存碎片化和提高内存访问效率。

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二、ECS 内存分配器原理

1. Chunk 数据结构

Unity ECS 内存分配器采用了一种称为 Chunk 的数据结构来存储实体和组件数据。每个 Chunk 包含一定数量的实体和组件数据，以及一些元数据用于管理和访问这些数据。Chunk 的大小通常是固定的，比如 16KB（根据 Unity ECS 文档）。

2. 内存分配与释放

当需要分配新的 Chunk 时，内存分配器会从系统内存中申请一块连续的内存空间，并将其划分为多个大小相等的 Chunk。当需要释放 Chunk 时，内存分配器会将其标记为可重用状态，并将其添加到一个空闲 Chunk 列表中。下次需要分配 Chunk 时，内存分配器会首先查找空闲 Chunk 列表，并尝试重用其中的 Chunk，以减少系统内存的申请和释放次数。

3. Archetype

Archetype 是一种用于描述实体和组件数据布局的数据结构，它包含了一组组件类型和对应的内存偏移量。通过 Archetype，我们可以知道每个 Chunk 中存储了哪些组件类型和它们的内存偏移量，从而可以直接访问和修改这些数据。当需要访问实体和组件数据时，Unity ECS 会根据实体的 Archetype 来确定其所在的 Chunk，并使用内存偏移量来定位和访问相应的组件数据。

4. 内存连续性、分配与释放效率、数据局部性

内存连续性：Unity ECS 内存分配器将实体和组件数据存储在连续的内存块中，减少了内存碎片化的问题，提高了内存访问的效率。
分配与释放效率：通过重用已分配的 Chunk，减少了系统内存的申请和释放次数，提高了分配与释放的效率。
数据局部性：将相同类型的组件数据存储在相邻的内存位置，提高了数据的局部性，从而减少了内存访问的延迟。

三、代码实现

在 Unity DOTS 中，实体和组件的内存分配和管理是通过 EntityManager 类来实现的。以下是一些示例代码，展示了如何创建实体和组件，以及如何进行内存管理。

	using Unity.Entities;

	public class MySystem : SystemBase
	{
	private EntityManager entityManager;

	protected override void OnCreate()
	{
	entityManager = World.DefaultGameObjectInjectionWorld.EntityManager;
	}

	protected override void OnUpdate()
	{
	// 创建一个实体
	Entity entity = entityManager.CreateEntity();

	// 向实体添加一个组件
	ComponentType componentType = typeof(MyComponent);
	entityManager.AddComponent(entity, componentType);
	}
	}

	// 定义组件
	public struct MyComponent : IComponentData
	{
	// 组件数据
	}