Unity DOTS从入门到精通之 C# Job System

前言

作为 DOTS 教程，我们将创建一个旋转立方体的简单程序，并将传统的 Unity 设计转换为 DOTS 设计。

• Unity 2022.3.52f1
• Entities 1.3.10

安装 DOTS 包

要安装 DOTS 包，请按照以下步骤操作：

（1）从菜单“窗口 → 包管理器”打开包管理器。
（2）搜索“ Entities” 并安装 Entities和Entities Graphics。
（3）搜索“ Universal RP” 并安装 Universal RP，并设置Graphics/Scriptable Render Pipeline Settings。

这会添加“实体”作为依赖项，并递归添加它所依赖的关联包（ Burst、Collections、Jobs、Mathematics等）。

C# 任务系统

“ C# 作业系统”是用于执行并行处理的功能。您只需执行作业即可充分利用 CPU 内核，而不必担心执行的顺序或时间。

其特点包括：
・代码简洁
・无GC
・安全
・快速

当“主线程”上无法执行所有处理时，将创建一个“作业”，将处理划分为多个较小的进程，并将这些进程添加（调度）到“作业队列”中。 “工作线程”从“作业队列”中取出一个“作业”并执行。

此时，C# 作业系统管理依赖关系，以便按适当的顺序执行作业。例如，如果 JobB 依赖于 JobA，那么您可以确保在 JobA 完成之前 JobB 不会运行。

虽然Job可以在Mono和Dots环境下运行，但是Mono下只能使用多线程的基本能力。
我们这里推荐在Dots环境下使用JobSystem

Mono 环境

仅依赖 JobSystem 的多线程能力

// 需继承 MonoBehaviour
public class MonoJobSample : MonoBehaviour {
    void Update() {
        var job = new MyJob { 
        	/* 数据传递 */ 
        };
        JobHandle handle = job.Schedule();
        handle.Complete(); // 需手动同步
    }
}

DOTS 环境

Dots环境下配合Burst，才真正能够发挥JobSystem的并行能力
但是Job的写法也很重要，写法不规范依然不能充分使用Burst的能力。

• job内联写法，Lambda写法，适合简单组件遍历

public void OnUpdate(ref SystemState state) {
    Entities.ForEach((ref LocalTransform trans, ref FindTarget find) => {
        // 自动处理多线程调度
    }).ScheduleParallel();
}

• IJobEntity 标准实现，适合复杂逻辑，支持Burst编译

public partial struct HealthSystem : ISystem
{
    private EntityCommandBuffer.ParallelWriter _ecb;
    
    [BurstCompile]
    public void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
        _ecb = SystemAPI.GetSingleton<EndSimulationEntityCommandBufferSystem.Singleton>()
            .CreateCommandBuffer(state.WorldUnmanaged).AsParallelWriter();
        HealthJob unitMoverJob = new HealthJob
        {
            ECB = _ecb,
        };
        unitMoverJob.ScheduleParallel();
    }
}

[BurstCompile]
public partial struct HealthJob : IJobEntity
{
    public EntityCommandBuffer.ParallelWriter ECB;

    public void Execute([EntityIndexInQuery] int index,
        ref Health health,in PostTransformMatrix localTransform,
        Entity entity)
    {
		//这里做System逻辑处理
		//逻辑是跑在Burst多线程中，性能提升明显
    }
}

运行作业

1.定义一个作业
要定义一个作业，首先准备一个继承“ IJob ”的结构。接下来，准备在字段中作业处理中要使用的变量。最后用Execute()实现 Job 的处理。

2.创建 Job
“Job”是作为继承“ IJob ” 的结构体（ struct ）生成的。

Job 字段可以有两种类型：
・基础类型：int、float、bool 等。
・NativeContainer：NativeArray、NativeSlice、NativeList 等。

只有“NativeContainer”数据可以在 Job 和主线程之间共享；“原始类型”可用于输入但不能用于输出。

3.指定Job的执行方式
指定Job的执行方式有三种方式：

・Run()：在主线程中执行 lambda 表达式。在这种情况下，等待作业完成。
・Schedule()：将 lambda 表达式安排为单个作业。
・ScheduleParallel()：将 lambda 表达式安排为分成多个块的作业。

返回的值是“ JobHandle ”。这是对计划作业进行操作的句柄。

4.JobHandle 操作：
通过调用“JobHandle”方法上的 Complete() 等待 Job 完成。

NativeContainer

“ NativeContainer ” 是一个非托管容器，不同于 C# 提供的托管容器（List、Dictionary 等）。由于它不受 GC 管理，因此您需要通过调用Dispose()自行释放内存。

其特点包括：

• 自己决定内存分配类型（分配器）
• 使用后必须使用 Dispose() 释放内存
• 仅限结构（不允许使用类）
• 不能增加元素的数量

“NativeContainer”的类型有：

・NativeArray<Value>：数组
・NativeSlice<Value>：从 NativeArray 中切出一部分
・NativeList<Value>：列表
・NativeHashMap<Key, Value>：字典
・NativeMultiHashMap<Key, Value>：每个键有多个值的字典
・NativeQueue<Value>：先进先出（FIFO）队列

“C#作业系统”使用“NativeContainer”实现作业和主线程之间的数据共享。用于在Job和主线程之间传递数据。

创建 NativeContainer
创建一个“NativeArray”，即 NativeContainer 之一。第一个参数是“元素的数量”，第二个参数是“内存分配类型”。

内存分配类型有：

・Allocator.Temp：用于分配和释放一帧或更少的内存。
・Allocator.TempJob：4帧内使用的内存分配和释放。
Allocator.Persistent ：应用程序生命周期内的持久分配。