【推荐100个unity插件之36】Unity6使用DOTS基础篇——Entities（非常适合做一些弹幕射击游戏）

企业开发 2025-04-09 19:26
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前言

Unity DOTS（Data-Oriented Technology Stack）是 Unity 推出的数据驱动型技术栈，旨在帮助开发者构建高性能的游戏和应用，特别是在需要处理大量实体（Entities）时。DOTS 通过提供不同的工具和框架（如 ECS、Jobs 和 Burst），能够极大提升性能，尤其是在大规模的并行计算和高帧率下的优化。

在传统的面向对象（OOP）编程方式中，游戏开发者通常依赖继承和类之间的关系来管理数据和行为，这会导致性能瓶颈，尤其是在面对大规模实体时。随着现代游戏中世界规模和交互数量的增加，传统方法的缺点变得尤为突出。

DOTS 的设计核心是“数据优先”，它通过优化内存布局和计算过程，能够显著提高性能，解决传统开发中的一些常见瓶颈，特别是在性能密集型的场景下（如大量物体的物理计算、AI 行为等）。
在这里插入图片描述

DOTS 核心组成

  • ECS（Entity Component System）：以数据为中心，使用实体（Entities）、组件（Components）和系统（Systems）来组织和管理数据，旨在提升内存访问效率。
  • Jobs System：通过多线程并行化任务，能将大量的计算工作分配给多个处理器核心，从而提升性能。
  • Burst Compiler：通过静态分析代码并优化生成的机器码，能大幅度提升 CPU 计算性能。

DOTS 解决传统问题的痛点

1、优化内存布局：

DOTS 中的 ECS 通过将数据按组件组织，并优化内存布局，能够让数据按照连续块存储在内存中，从而大幅提高 CPU 缓存命中率，减少缓存未命中的问题。
这种数据布局优化使得大量实体的处理能更高效，尤其在涉及到大规模游戏世界或复杂场景时。

2、减少垃圾回收和内存管理开销：

DOTS 避免了传统对象实例化和销毁的开销，通过使用对象池（或“内存分配池”）来复用实体，减少 GC（垃圾回收）的频繁调用，从而降低性能损耗。

3、提高并行计算能力：

DOTS 通过 Jobs System 将任务分割并并行化，能够充分利用多核 CPU 的计算能力。开发者可以轻松编写多线程代码，而无需担心线程安全问题，系统会自动管理并行化。
Burst Compiler 进一步优化了代码的执行效率，确保多线程任务能够最大化地提高性能。

4、高效的系统和组件设计：

DOTS 的 ECS 模式简化了逻辑和数据的分离，让每个系统（System）仅处理数据（Components）中的某一部分。通过这种设计，开发者可以更方便地对数据进行分区、筛选和批处理，提高程序的执行效率。
这种“数据驱动”模型使得开发者可以更直观地分析和优化性能瓶颈。

5、易于扩展和优化：

DOTS 提供了一个高效的调试和分析工具链（如 Profiler），可以帮助开发者实时监控和调整性能瓶颈。与此同时，ECS 和 Jobs 使得开发者能够在代码级别进行细粒度的优化。

安装

我这里使用的是最新的unity6，unity6 Entities已经从预览版放出来了（貌似2022版本就不是预览版了），直接搜索安装即可.
如果你用的是其他，可能方法各有不同，需要自行去查找如何进行安装
（注意：推荐在URP或者hdrp中使用DOTS）
在这里插入图片描述
安装Entities Graphics，实体的dots显示包
在这里插入图片描述

文档

https://docs.unity3d.com/Packages/[email protected]/manual/index.html

在编辑器下构建 ECS World

之前的流程是在 GameObject 挂上一个 Convert To Entity 的组件，就能转换成 Entity。不过新的流程修改了，这个组件被移除了，新的流程如下：

在 Hierarchy 窗口下右键，选择 New Subscene > Empty Scene，创建一个新的 SubScene。
在这里插入图片描述
现在只要在这个SubScene里面的东西，都会自动转换成实体（Entity）
在这里插入图片描述

查看Entity的属性

之前这一块是在 EntityDebugger 里面的，相信大家已经发现了，在Entities 1.0 中，已经没有这个 EntityDebugger 了。

查看 Entity 的方法如下：

直接 Play，然后在 Hierarchy 中选择对应的 Cube（已经转成实体）

可以通过右上角查看实体情况
在这里插入图片描述
里面你就能看到Entity的属性了
在这里插入图片描述
可以看到这里加了很多Data，除了LTW相关的就是渲染相关的，东西还是非常多的。不过这里我们都完全不需要管它，只要知道这里能看各个Data的数据就OK了。

最简单的ecs程序

这里我我带大家实现一个简单的打印效果

传统方式

传统方式应该就不用我过多介绍了，相信大家用的已经非常多了

public class test : MonoBehaviour
{
    
    
    void Update()
    {
    
    
        Debug.Log("传统方式打印");
    }
}

ecs方式

要使用 Unity DOTS 实现类似于传统方式的 Update() 打印功能，首先需要了解如何在 DOTS 中使用 ECS（Entity Component System）。DOTS的核心思想是将数据（组件）与行为（系统）分离，使用不同的方式来处理每帧更新的逻辑。

1. 创建一个组件（Component）

定义一个结构体，表示一个组件，用于存储打印信息

using Unity.Collections;
using Unity.Entities;

public struct PrintMessageComponent : IComponentData {
    
    
	// 固定长度字符串，用于存储打印的消息
    public FixedString128Bytes printData;
}

2. 创建一个系统（System）

定义一个系统，处理所有包含 PrintMessageComponent 的实体

using Unity.Entities;
using Unity.Transforms;
using UnityEngine;

partial class PrintMessageSystem : SystemBase {
    
    
	// 系统每帧更新时会调用此方法
    protected override void OnUpdate()
    {
    
    
    	// 查询所有包含 LocalTransform 和 PrintMessageComponent 的实体
        foreach ((RefRW<LocalTransform> localTransform, RefRO<PrintMessageComponent> printMessageComponent)
            in SystemAPI.Query<RefRW<LocalTransform>, RefRO<PrintMessageComponent>>())
        {
    
    
        	// 打印每个实体中的 printMessageComponent 内容
            Debug.Log(printMessageComponent.ValueRO.printData);
        }
    }
}

3. 触发打印

定义一个 MonoBehaviour 脚本，用于在场景中生成实体

using Unity.Entities;
using UnityEngine;

public class EntitySpawner : MonoBehaviour
{
    
    
	//用于在 Inspector 面板中输入的字符串值
    public string value;
	
	// 内部类 Baker，用于将 MonoBehaviour 转换为实体
    private class Baker : Baker<EntitySpawner>{
    
    
    	// Bake 方法会在编辑器模式下调用，将 MonoBehaviour 组件数据转化为实体组件数据
        public override void Bake(EntitySpawner authoring){
    
    
        	// 创建一个动态使用的实体
            Entity entity = GetEntity(TransformUsageFlags.Dynamic);
            // 给实体添加 PrintMessageComponent 组件，并设置其 printData 为 authoring 中的值
            AddComponent(entity, new PrintMessageComponent{
    
    
                printData = authoring.value,
            });
        }
    }
}

4. 新建空物体挂载脚本

在这里插入图片描述

效果
在这里插入图片描述

旋转组件

定义一个旋转速度组件，用于存储每个实体的旋转速度

using Unity.Entities;

// 定义一个实现 IComponentData 接口的结构体，用于表示旋转速度
public struct RotateSpeed : IComponentData {
    
    
    // 旋转速度的数值
    public float value;
}

定义一个旋转速度的 Authoring 类，用于在 Unity 编辑器中设置旋转速度的值

public class RotateSpeedAuthoring : MonoBehaviour {
    
    
    // 用于设置旋转速度的公共字段
    public float value;

    // Baker 类用于将 MonoBehaviour 组件转换为 ECS 的组件数据
    private class Baker : Baker<RotateSpeedAuthoring>{
    
    
        // 该方法在实体生成时被调用，负责将 MonoBehaviour 上的属性数据转化为 ECS 组件
        public override void Bake(RotateSpeedAuthoring authoring){
    
    
            // 获取当前的实体，并设置为动态使用（TransformUsageFlags.Dynamic）
            Entity entity = GetEntity(TransformUsageFlags.Dynamic);

            // 为实体添加 RotateSpeed 组件，并将作者的旋转速度值传递给它
            AddComponent(entity, new RotateSpeed{
    
    
                value = authoring.value, // 设置旋转速度
            });
        }
    }
}

定义一个旋转立方体系统，负责处理与旋转速度相关的逻辑

public partial struct RotatingCubeSystem : ISystem
{
    
    
    // 系统创建时调用的方法
    public void OnCreate(ref SystemState state){
    
    
        // 在系统创建时要求必须有 RotateSpeed 组件才能进行更新
        state.RequireForUpdate<PrintMessageComponent>();
    }

    // 系统更新时调用的方法
    void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
    
    
        // 查询所有包含 LocalTransform 和 RotateSpeed 组件的实体
        foreach ((RefRW<LocalTransform> localTransform, RefRO<RotateSpeed> rotateSpeed)
            in SystemAPI.Query<RefRW<LocalTransform>, RefRO<RotateSpeed>>())
        {
    
    
            // 通过当前的旋转速度（rotateSpeed）来更新实体的旋转
            // 使用 RotateY 方法按照 Y 轴旋转，旋转角度由旋转速度与 DeltaTime 计算得出
            localTransform.ValueRW = localTransform.ValueRO.RotateY(rotateSpeed.ValueRO.value * SystemAPI.Time.DeltaTime);
        }
    }
}

挂载脚本
在这里插入图片描述

效果
在这里插入图片描述

优化

新增OnCreate，当系统第一次被创建时，OnCreate 方法会被调用。在此方法中，调用 state.RequireForUpdate<RotateSpeed>() 来确保系统只会在实体中包含 RotateSpeed 组件时进行更新。这保证了只有需要旋转的实体会触发系统的更新。

using Unity.Transforms;
using Unity.Entities;

// 定义一个旋转立方体系统，负责处理与旋转速度相关的逻辑
public partial struct RotatingCubeSystem : ISystem
{
    
    
    // 系统创建时调用的方法
    public void OnCreate(ref SystemState state){
    
    
        // 在系统创建时要求必须有 RotateSpeed 组件才能进行更新
        state.RequireForUpdate<RotateSpeed>();
    }

    // 系统更新时调用的方法
    void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
    
    
        // 查询所有包含 LocalTransform 和 RotateSpeed 组件的实体
        foreach ((RefRW<LocalTransform> localTransform, RefRO<RotateSpeed> rotateSpeed)
            in SystemAPI.Query<RefRW<LocalTransform>, RefRO<RotateSpeed>>())
        {
    
    
            // 通过当前的旋转速度（rotateSpeed）来更新实体的旋转
            // 使用 RotateY 方法按照 Y 轴旋转，旋转角度由旋转速度与 DeltaTime 计算得出
            localTransform.ValueRW = localTransform.ValueRO.RotateY(rotateSpeed.ValueRO.value * SystemAPI.Time.DeltaTime);
        }
    }
}

多线程并行执行

系统仍然在主线程运行
在这里插入图片描述
修改代码，使用rotatingCubeJob.ScheduleParallel();系统在多线程并行执行

public partial struct RotatingCubeSystem : ISystem
{
    
    
    // 系统创建时调用的方法
    public void OnCreate(ref SystemState state)
    {
    
    
        // 在系统创建时要求必须有 RotateSpeed 组件才能进行更新
        state.RequireForUpdate<RotateSpeed>();
    }

    // 系统更新时调用的方法
    void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
    
    
        // 创建旋转立方体的工作作业，并传递时间增量信息
        RotatingCubeJob rotatingCubeJob = new RotatingCubeJob
        {
    
    
            deltaTime = SystemAPI.Time.DeltaTime // 获取每帧的时间增量
        };

        // 调度工作作业
        // rotatingCubeJob.Schedule();
        // state.Dependency = rotatingCubeJob.Schedule(state.Dependency);
        //在多个线程上并行
        rotatingCubeJob.ScheduleParallel();
    }

    // 定义旋转立方体的作业，IJobEntity 用于操作实体
    public partial struct RotatingCubeJob : IJobEntity
    {
    
    
        public float deltaTime; // 存储时间增量，用于旋转计算

        // 执行作业时的具体操作：旋转实体
        public void Execute(ref LocalTransform localTransform, in RotateSpeed rotateSpeed)
        {
    
    
            // 旋转的倍率系数
            float power = 1f;

            // 根据旋转速度和时间增量来旋转实体
            localTransform = localTransform.RotateY(rotateSpeed.value * deltaTime * power);
        }
    }
}

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使用 Burst 编译器优化性能

加入关键字[BurstCompile]即可，使用 Burst 编译器优化性能
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记得查看Burst编译器是否勾选使用
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屏蔽系统间的干扰

前面我们实现了一个打印和旋转系统，虽然我们的打印功能已经被隐藏了
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但是如果通过在打印系统OnUpdate里打印日志
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你会发现系统其实仍然在执行
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我们可以加上[DisableAutoCreation]特性，屏蔽该系统的干扰，这样这个系统就不会再运行了
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调试窗口

在这里插入图片描述

  • Hierarchy ： 显示当前场景中的实体信息

  • Components ：显示所有 ComponentData 的结构体信息。

  • Systems：显示当前运行的所有 System 信息，能看到其使用了哪些实体。

  • Archetypes：显示原型信息。

  • Journaling：日志记录，可以显示用了哪些方法，有哪些实体、ComponentData之类，应该是可以用来分析性能，但我还没有仔细研究。

后续

DOTS基础篇就先写到这里了，如果你感兴趣也可以和传统方式进行性能比较，这里我就不写了。

后续我看有时间再考虑写写一些进阶知识或者dots项目实战内容，可以敬请期待一下。

完结

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好了，我是向宇，https://xiangyu.blog.csdn.net

一位在小公司默默奋斗的开发者，闲暇之余，边学习边记录分享，站在巨人的肩膀上，通过学习前辈们的经验总是会给我很多帮助和启发！如果你遇到任何问题，也欢迎你评论私信或者加群找我， 虽然有些问题我也不一定会，但是我会查阅各方资料，争取给出最好的建议，希望可以帮助更多想学编程的人，共勉~
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