撰写了文章更新于 2018-12-17 16:37:19

2018.48/49 | Unity DOD(ECS) 学习总结

讨论群: 827072601
爱发电: https://afdian.net/@taohuayuan
任务板: https://trello.com/b/StForyw7/taohuayuan
twitter: https://twitter.com/zephyr1125
wiki: https://taohuayuanwiki.a2hosted.com

这两周基本完成了现阶段的Unity DOD的学习了,今天开始要真正开始改造我的项目.所以在此之前稍微总结一下,给自己加深个记忆,顺便可能也能帮助到有兴趣的同学.我不会提及技术细节,只是对现有的学习资料进行一个简介,给出我认为合理的学习顺序,我觉得比起用我自己蹩脚的语言复述教学, 这些才是更有用的东西.

但是一定要注意DOD的各个组件会在2019年的一年时间内才会逐渐稳定发布.如果你手头就有紧迫上线的项目的话,还是不要急于应用.

首先,你可能一脸懵逼的问"DOD"是啥,你不是说要学ECS么. 事实上这正是我觉得有必要总结的一个原因. 当我刚开始研究的时候我还只认识到Unity在强推新的ECS(Entity Component System)即实例组件系统.我把它视为跟我正在用的Entitas类似的ECS框架而已.虽然当时我已经知道Job System和Burst Compiler,但是我并没有意识到三者之间的联系是多么紧密.

什么是DOD

Unity实际上在做的大计划,是一个在程序届流行了一阵子,最近越来越火的概念DOD (Data Oriented Design) 即面向数据设计. 他是与我们所熟知的OOD (Object Oriented Design) 即面向对象设计相对的概念. 目前的流行程度甚至于你用youtube一搜就会发现:

https://www.youtube.com/results?search_query=data+oriented+design

在截图里第一条搜索结果的Mike Acton大佬,目前正供职于Unity并且正是Unity的DOD改革主导者之一.然后第三条则是大名鼎鼎的吹哥在自己正在设计的新游戏语言开发直播里讲解DOD.虽然我认为还不至于说"OOP已死,DOD永生"这么极端,不过其红火程度可见一斑.

Unity的DOD

https://youtu.be/NF6kcNS6U80?t=757

说回Unity, 如图,这是摘自Unity at GDC 2018上的一帧Slide, 表达了Unity DOD计划的全貌.其全新的组成部分是从上到下是以下几个:ECS, Job System, HPC#, Burst Compiler.

ECS

实例组件系统,是编程思想的改变,从基于对象的运作,改变为"流水线式运作"(我自己的比喻).虽然显然破坏了"程序对现实的模拟"这样美好的愿望,但是却大大的增强了解耦性,可测性,扩展性.并且天然是以下要描述的几个组件的好伙伴~

Job System

Job System是Unity对CPU多核编程的应用.通过把工作分散到CPU的各个核心上来大大提升运行效率.而ECS跟他之间的搭配则是由于ECS的System部分天然是以批量处理为核心的,因此只要稍加改动,就可以转变为批量的分Job交到多核去处理.实现性能的提升.

HPC#

HPC#(High Perform C#)是Unity开发的一个C#子集,通过抛弃对象,指针,等高级特性,从语言层面加速性能. 截图里没有直接列出这个,但是NativeContainer是HPC#的一环. 而由于ECS本身的去对象化,可见又是天然的好伙伴.

Burst Compiler

这又是Unity自己开发的,一个全新的快速编译器,最重要的是由于不用考虑通用性,仅仅针对Unity,针对游戏,再配合HPC#, 使得性能有了更大的提升.由于牵扯到编译器层面,这个部分我的理解是最薄弱的,如有错误敬请指正.

合体

于是当四个部分一起合力时我们会得到什么样的结果呢:参见刚刚过去的Unite LA 2018的演示:https://www.youtube.com/watch?v=O5F30NEJvrU

在官方Unity DOD教程里则给出了经典方式同屏18000单位,DOD方式104000单位的近乎6倍的性能提升.当然我们的实际游戏会基于游戏内容的不同,以及组件的复杂性未必能有这样的极端结果,但我想2-3倍的性能提升还是可以预期的.

学习材料

然后就是最主要的目前阶段如何学习了. 通过这两周的学习,我的认识是:目前的学习材料杂乱无章并且容易过期.原因很简单就是现在都只是在preview阶段,很多东西都在快速变更中,尤其API里,对一个需求还会存在多种实现方式,官方希望在试用者们的反馈下最终再确定到其中一种,因此你现在写的代码和看的教程很可能会很快无效.甚至18年下半年的大会上出现的一些代码标签,都已经和上半年的不一样了. 官方也显然没有精力维护一个系统性的教学.因此我认为我把我现在所学到的材料按照我自己认为合适的学习曲线去归纳一下并且排序列出是非常有必要的.

ECS入门

我建议首先不要考虑Unity, 而是先单纯对ECS有一个基本的学习,首推这两篇文章:
http://blog.lmorchard.com/2013/11/27/entity-component-system/
他的图很形象,脱离代码,给你一个最基本的认识
然后是https://www.richardlord.net/blog/ecs/what-is-an-entity-framework.html
结合游戏引擎的实际需要,更为详细的介绍.

官网教程

然后回到Unity这边,官网教程的6个视频是比较好的入门:
https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/topics/scripting/introduction-ecs?playlist=17117
但是非常浅,在一个简介之后,就是我前文说过之后的同屏小飞机数量对比的项目教程,甚至到最后都没有给出最终版本的源码=.=,我想跟着写,但是发现到最后的ECS版本写不下去,因为相关的System只给出了最具代表性的一个作为例子展示.

官方Sample

地址在https://github.com/Unity-Technologies/EntityComponentSystemSamples,基本上是官方目前除了演讲视频外,最主要教学内容了.

拉下来后会看到里面有七八个例子,直接看的话感觉很散乱,虽然有附文档,但是我当时硬啃了很久还是比较缺乏头绪.但是如果配合下面的各个演讲视频看的话,会有奇效.

第三方教程

在第三方教程方面我发现这个哥们Charles Amat的博客里有很多视频教学,如果你想立即上手而不是先看一大堆理论教学的话,可以直接来看他的博客.但是要注意这里是纯应用角度的,你可能并不会像看官方演讲那样对内部有很深入的了解.并且不保证会随时根据Unity的变化来更新旧内容.

Unity at GDC 2018

接下来是上半年的Unity at GDC 2018的五场相关演讲了,事实上2017年的时候已经有过几个相关演讲,但是其一是因为推介性质为主,其二是由于API的快速变更,我觉得已经不太具有教学意义.

Unity at GDC - Evolving Unity

Unity的CTO, Joachim Ante大佬对UnityDOD战略的一个总览,后半段有个简单例子.

Unity at GDC - Job System & Entity Component System

这场演讲口音很重,但是干货满满. 底下一堆评论在吐槽他念job念成yob 233.不过说真的这场真的给我看sample范例解决了很多疑惑,我还做了一些要点的笔记:

Unity at GDC - A Data Oriented Approach to Using Component Systems

不愧是宣传DOD多年的大佬出手,是着眼于内存使用层面的一场演讲,以Boid示例(Samples示例项目里有,要记得结合着一起看),让你对内存的新的使用方式有了一个深入的理解.我的笔记:

Unity at GDC - ECS for Small Things

这场演讲是关于DOD的一个子项目Unity Tiny分支的演讲,目的是制作一个最轻量级的Unity分支内核,正好这个就在几天前官博上发布了示例项目,示例游戏只有700k的下载容量,1.6m的完整容量.他主要是面对互动广告,手表等端的,对我而言没有什么太大的意义.但是由于使用了Pure ECS,并且示例项目中有一整个游戏的完整代码和测试代码(非常重要!)因此很有参考价值.

Unity at GDC - C# to Machine Code

这场的主讲是一位30年前从汇编写起的老爷子,是Unity的Burst Compiler的主要负责人.这一点真的是感动到我了,看看国内程序员30岁后的命运...
不过这一讲的内容真的有点难倒我了,不时崩出来的IR(中间码)感觉在看天书...我想说如果你是纯应用层其实可以不看,但是有时间的话让自己增加一下视野,了解一下Unity的底层挺好的.表示我模模糊糊的学会了一个概念"alias"~大概是指不同指针指向同一个内存位置的性能问题~

Unite LA 2018

然后是下半年刚刚过去的Unite LA 2018的Day 2直播视频,这一天足足9小时的9场演讲的内容完全都是Unity DOD相关,可见官方推动的力度. 从内容上来说比起上半年的GDC的5场演讲要更为深入.因此全部应当在看完GDC之后再看.

由于全天所有演讲是同一个直播视频的不同段落,因此我这里只放标题上的一个链接了,在评论里有不同演讲的时间点链接.

这9场演讲主要立足于Unity本身对于DOD的应用以及提供的工具,我就不再一一简介了.去看就好.其中的先后顺序也不是很重要.

单元测试

最后说一下单元测试,这个东西在游戏界争议很大,我个人是站在一定要有单元测试这一派的,而Unity官方也是提供全面的单元测试的.因此新的UnityDOD如何进行单元测试,主要的学习来源就是Unity的源码了. 在Package Manager里提供的预览版Entities里有官方自己的单元测试,这就是首要的很好的测试学习来源.再有就是刚才说的Unity Tiny模式项目也有比较全的单元测试.

还有一个就是刚才说过的Charles Amat的视频教学了:http://infalliblecode.com/test-unity-ecs/
但要注意的是不建议像他那样直接继承官方ECSTestsFixture,而且官方现在版本的test并不发布dll,也继承不了了.建议把ECSTestsFixture拷出来,理解其内容然后为己所用.