谈谈 ECS 架构

ECS怎么重新被发现的

几年前，守望先锋团队在GDC上做分享的时候，向大家安利了一发如何利用 Entity-Component-System 架构简化开发难度、提高效率的。这里有一些讨论：

如何评价《守望先锋》中的架构设计（ECS）？ https://www.zhihu.com/question/61169850

然后业内就像商量好了似的，大家都站出来夸ECS，Unity甚至表示要将整个引擎架构和工作流往ECS上迁移，作为其 Performance by Default 的宏大计划中的重要组成部分。自此，ECS开始了全面大讨论，各类博客文章如雨后春笋般涌现。

本文作为一个漫谈而不是技术手册的语调，来说说ECS有啥好处、有啥不足。游戏服务端的同学也可以看一看，毕竟ECS的大体思想和微服务有几分相似。

面向数据 vs 面向对象

ECS是一种以面向数据（DOD，Data Oriented Design）的架构。这里先简单说一下面向对象和面向数据两种设计思路。

OOP （面向对象编程）是我们对现实世界的简单抽象，非常易于理解。但是，在大型项目中，往往并不是最好的解决方案，因为OOP：

• 并不是CPU友好的。OOP中的对象往往很臃肿，但有时只需要访问其中一个或少量几个数据，但如果要加载整个对象进cache，这很浪费。
• 数据分散在对象中，不易管理。

DOD （面向数据设计）则是cache友好的，但不是那么符合直觉中好的设计。

• cache友好可以这么理解：N个对象，每个对象有M个成员，每个对象可表示为 Mx1的矢量。那么这些数据排成一个矩阵。则OOP是对矩阵按列分（供N列），而DOD是按行分（共M行）。显然DOD对cache更友好。
• 一般需要框架去支持，不然写起来不方便。

这些年似乎越来越多人开始觉得面向对象编程不够好（不够时尚），函数式编程才是本质（酷）。表面上看，ECS多少也借了这股风迎来自己的春天。其实是以下内在原因：

• 现代游戏的重点和复杂性逐渐转移到数据密集型计算和渲染上来了。ECS保持了DOD对cache友好的优点，性能提升突出。
• 游戏设计需求变化频繁，需要做大量的快速原型来验证玩法，而面向对象这种scheme太强了，很难提前设计一个很好的OOP结构。而不好的OOP结构对一个复杂项目而言，是一种灾难。

总之，面向数据和面向对象都是杰出的思考框架，而且一定程度上并不矛盾，可以分别以不同模块的形式存在于我们的游戏工程中（比如UI部分还是面向对象比较方便）。

ECS架构精髓(TODO)

Entity: 只是一个带有 ID 的容器，容纳若干Component。

Component: 只有数据，没有逻辑。

System: 没有数据（状态），只有逻辑。一个System只关心自己需要的数据，通过遍历这些数据，来进行逻辑处理。

ECS好在哪里(TODO)

• 速度。因为cache友好。
• 解耦。
• 组件复用方便，没有副作用。

ECS麻烦在哪里(TODO)

• 物理。
• 多个System的协同。
• 编辑器下游戏场景不直观。

结语

ECS对性能的提升是毋庸置疑的，不过其对于工程架构的想法很美好，实操起来会有其它问题要处理。因为复杂度只是被转移了，“脏”的东西依然存在。我们要做的是，把这些脏的东西放在一起，并以可控、可寻的方式来管理。没有一劳永逸的方法，关键的还是团队中的“人”。