用ECS做HexMap：重构地图系统

概述

花了两天时间想要精简冗余的代码，结果都以失败告终，而且我很怀疑自己对ECS的理解和使用方式是否真的正确。很多地方虽然这样写了，但是却觉得有些本末倒置，究竟怎样做才是合理的设计？ 抱着困惑，我决定沉下心来好好看看UnityECS官方文档，也许可以从中得到一些更深层次的理解。

ECS全称”实体组件系统“（Entity Component System，简称ECS），是Unity面向数据堆栈技术（Data-Oriented Tech Stack，简称DOTS）的核心。ECS顾名思义由以下三部分组成：

• 实体，一切构成你游戏世界的事物都是实体，相对于面向对象编程（Object Oriented Programming，简称OOP）中的对象（Object），在ECS之前，Unity中的一切都是OOP架构的，所以贯彻的是GameObject游戏对象这个概念，所有的代码都是围绕Object对象展开的，不仅如此，我所接触到的编程思想都秉持着一切皆是对象（Everything is Object）的原则来设计。夸张的说，一个程序员无论走到哪里，无论在做什么，他的大脑中始终无法释怀的就是对象。
• 组件，和实体相关的数据就是组件，在OOP中也有数据，但是这些数据都是通过对象来调用的，例如你想知道玩家这个对象的名字/血量/力量/暴击等等，一切数据都是这个对象的属性，通过访问对象来获取，也可以通过对象的公共方法来影响这些数据，总而言之，对象和实体是关联的。而实体和数据则完全是解耦的，数据由组件自身来组织和管理。OOP也有MVC这样的设计模式来解决耦合问题，但是和ECS的设计思想又不一样，具体的区别后面再详细看吧。
• 系统，System才是用来操作数据的，它以实体为索引，然后操作与其关联的所有数据。这么看来，我把六边形单元作为实体，用系统来操作其数据似乎并没有错。比较使我感到困惑的是，如果你的数据量比较大时，当涉及到数组/列表时，你无法在组件中进行定义，虽然有DynamicBuffer这种类似于数组/列表的定义，可是一点都不好用。

概念

ECS的架构分为索引（实体)、数据（组件）和行为（系统），这样的架构是聚焦于数据的。系统通过读取由实体索引的组件数据流，将数据从输入状态转换为输出状态。 下面的图表将表明三者是如何一起运作的： 在上图中，系统读取了Translation（用来把OOP的信息转化成ECS的数据）和Rotation组件，将两者相乘，然后更新LocalToWorld组件，即公式：L2W=T*R。 实际上，实体A和B有Render组件，实体C却没有。这里吐槽一下，目前ECS封装了相对于OOP的MeshRender，它改了个名字叫RenderMesh，这是个共享组件，不能在Job中使用，我觉得用起来不爽。 实体上的组件可以作为系统刷选实体的依据，在Job执行的过程中，它可以指定组件。系统在查询实体时，也是通过组件来刷选的，就像图中所示，系统如果指定了Render组件，那么就只有AB受影响。

原型Archetypes

一句话解释就是组件的排列组合。 组件的数量越多，你的实体原型将几何倍增。 这无疑可以大大扩展游戏实体的丰富性，就像杂交培育一样，DNA作为数据，将其拆分成很多个组件，通过排列组合，嘣，物种大爆炸。这个世界就是这样，猫和老虎，豹子和狮子，狗和狼，猩猩、猴子和人…… 原型就是组件的组合。

内存块

实体的原型决定了实体在内存中储存的位置。一块内存由一个原型块对象来代表，原型块中总是包含了相同原型的对象。 内存块不是动态扩容的，当一块内存满了，新的内存块会被分配来装新的同种原型。 如果你改变实体的组件构成，新增或删除组件，都会导致实体从一个内存块移动到对应实体原型的内存块。 这种一对多的设计机制有利于查询实体，实体的数量很多，但是原型的数量相对较少。 组件在内存块中是无序的，当某个原型的实体被新建时，它将被放到第一个有空间的对应原型内存块中。 存放方式也不是按照顺序来的，而是见缝插针的方式，以保持内存块的紧密性。

实体查询EntityQuery

你可以通过实体查询来帮助系统识别哪些实体是你想操作的，实体查询会搜索满足条件的实体，还可以根据需要使用下列条件：

• All，实体必须满足所有你需要的组件。
• Any，只要有任何一个满足条件都可以。
• None，一个都不包含。

任务Jobs

任务系统就是用来利用多线程的，这个可以这样理解，当你在跑步的时候，也可以同时听音乐；当我想写一部小说的时候，我先不动笔，而是尽情去玩耍，等玩累了，小说的情节也有了，其实我们的大脑也是多线程的。 详细怎么使用后面有代码示例，只要知道这个概念即可。

系统组织

我大概画了一下系统的组织架构，如下所示： 后面的内容我就不翻译了，毕竟现在只是半成品，等时机成熟了，官方更新正式版了再研究研究。 看完官方文档后，我觉得自己的理解有些问题，于是开始重构代码。

优化地图系统

这是我简单绘制的架构图，服务器端暂时还没有做，客户端分为ECS世界和OOP世界，因为ECS还没有物理引擎支撑，所以现在只能进行混合开发。也有大神做Pure ECS的纯粹开发，我大概看了下物理的写法，很复杂，需要很多运算。我物理不是很好，数学也很勉强，还是等官方出ECS的物理组件吧。

主世界

于是我把地图的渲染权还给OOP，地图的计算仍然交给ECS来做，详细的还是看代码吧：

/// 
/// 主世界
/// 
public class MainWorld : MonoBehaviour
{
    /// 
    /// 地图材质
    /// 
    //public Material material;

    /// 
    /// 地图宽度（以六边形为基本单位）
    /// 
    [SerializeField]
    private int MapWidth = 6;

    /// 
    /// 地图长度（以六边形为基本单位）
    /// 
    [SerializeField] private int MapHeight = 6;

    /// 
    /// 地图颜色
    /// 
    [SerializeField] private Color defaultColor = Color.white;

    //单例模式
    public static MainWorld Instance = null;
    private World m_HexMapWorld;
    private CellSpawnSystem m_CellSpawnSystem;
    private EntityManager m_EntityManager;
    //private Entity m_Mesh;
    private Entity m_Builder;
    private Mesh m_Mesh;
    private MeshCollider m_MeshCollider;

    #region Mono

    //Make this single
    private void Awake()
    {
        Instance = this;
        //初始化
        Initialize();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        m_CellSpawnSystem.Update();
    }

    #endregion

    #region Init初始化
    /// 
    /// 构造函数
    /// 
    private MainWorld() { }

    /// 
    /// 初始化
    /// 
    private void Initialize()
    {
        //0.get the active world or new one
        m_HexMapWorld = World.Active != null ? World.Active : new World("HexMap");
        //1.get the entity Manager
        m_EntityManager = m_HexMapWorld.EntityManager;
        //2.Create Builder Entity;
        EntityArchetype builderArchetype = m_EntityManager.CreateArchetype(typeof(Data),typeof(OnCreateTag));
        m_Builder = m_EntityManager.CreateEntity(builderArchetype);
        //3.Setup Map;  Todo:get map data from server and SetupMap,now we just use default data
        SetupMap(MapWidth, MapHeight, defaultColor);

        //4.Create Mesh entity for map and setup RenderMesh
        GetComponent().mesh = m_Mesh = new Mesh();
        m_Mesh.name = "Hex Mesh";
        m_MeshCollider=gameObject.AddComponent();
        //5.Create System to spawn cells
        m_CellSpawnSystem = m_HexMapWorld.CreateSystem();
    }

    #endregion

    #region Public Function公共方法

    /// 
    /// 渲染地图
    /// 
    public void RenderMesh()
    {

        //暴力获取所有实体，如果有系统外的实体就糟糕了，Todo：只获取Cell单元实体
        NativeArray entities = m_EntityManager.GetAllEntities();
        if (entities.Length