ECS访问Entity数据

作者: BacteriumFox | 来源:发表于2021-02-04 10:37 被阅读0次

ECS访问Entity数据
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使用数据库ch08总结加上机简答
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ECS访问Entity数据

ECS systems的主要任务就是读取一系列的components数据，计算以后将结果写入其他的components。那么如何高效地读写数据就是很重要的，而有效的方法就是利用cpu的多核特性来并行地读取和处理数据。

ECS提供了多种完成这个任务的方式，每一种都有自己的规则和约束：

API	说明
JobComponentSystem Entities.ForEach	最简单的方式
IJobForEach	相当于Entities.ForEach，但需要写更多代码
IJobForEachWithEntity	比IJobForEach稍微复杂点，提供了访问entity handle和entity array index
IJobChunk	基于chunk的访问
ComponentSystem.ForEach	main thread工作模式
Manual iteration	手动遍历entities或chunks

EntityQuery：用来根据条件查询entities，上述的各种访问entities的方式，基本都显示或隐式地依赖EntityQuery。

WithStoreEntityQueryInField(ref EntityQuery)可用来访问隐式EntityQuery对象。

JobComponentSystem lambda 函数

两种方式的lambda表达式：

JobComponentSystem.Entities.ForEach(lambda)：针对每个entity的job
JobComponentSystem.Job.WithCode(lambda)：针对某一段逻辑代码的job

函数	说明
WithAll<T>	全包含
WithAny<T, U>	包含任意
WithNone<T>	不包含
WithChangeFilter<T>	1. 特定component变更时包含，和上一次update相比，目标component要么在参数列表中，要么在WithAny里面。一次最多同时支持2个components类型的变更。2. 基于chunk级别的变更，如果有代码以write的方式访问chunk中的component，也会被标记为changed，不管是否实际改变任何数据
WithSharedComponentFilter	含有特定值的shared component调用时传入shared component object
WithStoreEntityQueryInField	可以将EntityQuery对象提前显式地存在一个变量里面，在第JCS创建时赋值。第一次执行之前就可以使用了，可用来查询entities的数量

重要：不能将ForEach参数列表里面的components类型，重复放在WithAll、WithAny、WithNone里面。

Entities.ForEach lambda 函数参数列表：

最多8个参数
参数顺序规则：
- 按值传递的参数（copy-by-value的方式拷贝）
- 可写，ref参数
- 只读，in参数
所有的components参数要么是ref要么是in
特殊固定名字参数：
- Entity entity
- int entityInQueryIndex
- int nativeThreadIndex，通过Run()函数手动执行lambda函数时，始终为0

Capturing variables 变量修饰：

函数名	说明
WithReadOnly(myvar)	只读修饰
WithDeallocateOnJobCompletion(myvar)	释放native container(本地容器)
WithNativeDisableParallelForRestriction(myvar)	1. 保证多个线程访问同一个可写naive container。2.并行访问只有在每个线程都访问自己独有的数据（或native container中的某一段）时才是安全的。多个线程同时访问同一个额数据会导致race condition。
WithNativeDisableContainerSafetyRestriction(myvar)	禁用访问native container的安全限制。
WithNativeDisableUnsafePtrRestrictionAttribute(myvar)	允许使用unsafe指针。

Job选项：

JobHandle Scedule(JobHandle)：以job方式执行lambda
- Entities.ForEach：在job threads上并行执行，每个job遍历query到多chunks上的所有的entities。
- Job.WithCode：在一个job thread上执行一个lambda函数的实例。
void Run()：主线程同步执行lambda函数，不以job的方式运行
- Entities.ForEach：lambda在每个query出来的chunks的entity上都执行一次。
- Job.WithCode：lambda函数执行一次。
WithBurst(FloatMode, FloatPrecision, bool)：Burst编译器参数
- floatMode：Default Deterministic Fase Strict
- floatPrecision：High Low Medium Standard
- synchronousCompilation：
WithoutBurst()：关闭Burst编译。当lambda表达式里面有不支持Burst的代码时使用。
WithStructuralChanges()：在主线程以关闭Burst的方式运行，这时候可以做一些structural changes的操作。建议使用EntityCommandBuffer来代替这种用法。
WithName(string)：给job起名字，方便调试的时候用。

不能在job中对entity做结构性变更，比如创建entity、添加或移除component、销毁entity等。正确的方式是使用ECB来缓存并延迟处理这些变更操作。

使用IJobForEach访问Entity

IJobForEach以chunk为单位处理entities，同一个chunk中的所有entities当做一个批次来处理。当entities分布在不同的chunk中是，不同chunk的处理是并行的。这样以chunk为单位的处理方式效率非常高，因为单个线程只处理自己的chunk中的数据，不会有多个线程同时处理一个chunk中的数据。

但是，如果每一个entity的处理都非常耗时，就有可能会带来性能问题，这种情况下可以使用IJobParallelFor来进行手动方式的遍历。

定义：

    [ExcludeComponent(typeof(Frozen))]
    [RequireComponentTag(typeof(Gravity))]
    [BurstCompile]
    struct RotationSpeedJob : IJobForEach<RotationQuaternion, RotationSpeed>
    {}

模板参数表示需要操作的components。

属性标签：

标签	说明
[ExcludeComponent(typeof(T))]	不包含
[RequireComponentTag(typeof(T))]	需要包含
[BurstCompile]	Burst编译加速

执行函数Execute()：

对于每个有效的entity，都会执行Execute()函数。

    public void Execute(ref RotationQuaternion rotationQuaternion, [ReadOnly] ref RotationSpeed rotSpeed){}

参数列表必须和类型的模板参数列表匹配，同时可以使用以下修饰符：

标签	说明
[ReadOnly]	只读
[WriteOnly]	只写
[ChangedFilter]	chunks中的component变更时处理chunks中所有的entities，否则就完全不处理

IJobForEachWithEntity：

提供额外的参数：Entity对象和index。

可以使用提供得entity对象结合ECB，来操作entity或添加删除components。

使用ComponentSystem访问Entity

首选可以利用CPU多核特性的JobComponentSystem，而ComponentSystem一般只会用在以下几种情况：

调试或测试性开发；
当需要调用只能在main thread上调用的一些API时使用；
代码的复杂甚至低于创建和调度一个job时使用；
当需要在遍历entities时直接执行一些结构性修改时，可以直接在ForEach中同步执行。

注意：在主线程的结构性修改会同步等待所有的jobs执行完成，所以会造成卡顿。这种情况下可以使用一个post-update command buffer，提前收集所有的修改操作，然后在某个时间点一次执行。

注意：ForEach lambda最多支持6个类型的components参数。

使用IJobChunk访问Entity

JobComponentSystem会针对每一个chunk执行一遍Execute()函数，然后在函数中逐个entity处理。

比IJobForEach代码更复杂，需要更多代码。但是要更加的明确和直接地访问数据。

使用chun还有一个方便之处就是，可以在代码中检查optionl component是否存在，然后细化处理。

创建EntityQuery

使用JobComponentSystem.GetEntityQurey()来创建EnityQuery；

一个system定义一次然后存成变量。
定义IJobChunk

ArchetyChunkComponentType<T>：每个需要访问的component都需要定一个该类型对象，用来获得T的列表数组。在OnUpdate()中每帧赋值，然后在Job.Execute()中使用。

注意：ArchetyChunkComponentType<T>不能缓存，必须每帧在使用之前更新。
Eexcute()执行函数

使用chunk.Has<T>来判断是否包含某个可选的组件，每个chunk在一次执行中只需要check一次；

基于版本号是否变更来决定是否执行job；
实例化job、给字段赋值、并调度

public class TestSystem : JobComponentSystem
{
    private EntityQuery m_Query;
    protected override void OnCreate()
    {
        m_Query = GetEntityQuery(
            ComponentType.ReadWrite<Output>(),
            ComponentType.ReadOnly<InputA>(),
            ComponentType.ReadOnly<InputB>());
        m_Query.SetChangedVersionFilter(
            new ComponentType[]
            {
                ComponentType.ReadWrite<InputA>(),
                ComponentType.ReadWrite<InputB>()
            });
    }
 
 
    [BurstCompile]
    struct UpdateJob : IJobChunk
    {
        public ArchetypeChunkComponentType<InputA> InputAType;
        public ArchetypeChunkComponentType<InputB> InputBType;
        [ReadOnly] public ArchetypeChunkComponentType<Output> OutputType;
        public uint LastSystemVersion;
        public void Execute(ArchetypeChunk chunk, int chunkIndex, int firstEntityIndex)
        {
            var inputAChanged = chunk.DidChange(InputAType, LastSystemVersion);
            var inputBChanged = chunk.DidChange(InputBType, LastSystemVersion);
            // If neither component changed, skip the current chunk
            if (!(inputAChanged || inputBChanged))
                return;
            var inputAs = chunk.GetNativeArray(InputAType);
            var inputBs = chunk.GetNativeArray(InputBType);
            var outputs = chunk.GetNativeArray(OutputType);
            for (var i = 0; i < outputs.Length; i++)
            {
                outputs[i] = new Output{ Value = inputAs[i].Value + inputBs[i].Value };
            }
        }
    }
 
    protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle inputDependencies)
    {
        var job = new UpdateJob();
        job.LastSystemVersion = this.LastSystemVersion;
        job.InputAType = GetArchetypeChunkComponentType<InputA>(true);
        job.InputBType = GetArchetypeChunkComponentType<InputB>(true);
        job.OutputType = GetArchetypeChunkComponentType<Output>(false);
        return job.Schedule(m_Query, inputDependencies);
    }
}

手动迭代遍历Entity

在JobComponentSystem中使用IJobParallelFor：

public class RotationSpeedSystem : JobComponentSystem
{
   [BurstCompile]
   struct RotationSpeedJob : IJobParallelFor
   {
       [DeallocateOnJobCompletion] public NativeArray<ArchetypeChunk> Chunks;
       public ArchetypeChunkComponentType<RotationQuaternion> RotationType;
       [ReadOnly] public ArchetypeChunkComponentType<RotationSpeed> RotationSpeedType;
       public float DeltaTime;
       public void Execute(int chunkIndex)
       {
           var chunk = Chunks[chunkIndex];
           var chunkRotation = chunk.GetNativeArray(RotationType);
           var chunkSpeed = chunk.GetNativeArray(RotationSpeedType);
           var instanceCount = chunk.Count;
           for (int i = 0; i < instanceCount; i++)
           {
               var rotation = chunkRotation[i];
               var speed = chunkSpeed[i];
               rotation.Value = math.mul(math.normalize(rotation.Value), quaternion.AxisAngle(math.up(), speed.RadiansPerSecond * DeltaTime));
               chunkRotation[i] = rotation;
           }
       }
   }
   EntityQuery m_Query;   
   protected override void OnCreate()
   {
       var queryDesc = new EntityQueryDesc
       {
           All = new ComponentType[]{ typeof(RotationQuaternion), ComponentType.ReadOnly<RotationSpeed>() }
       };
       m_Query = GetEntityQuery(queryDesc);
   }
   protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle inputDeps)
   {
       var rotationType = GetArchetypeChunkComponentType<RotationQuaternion>();
       var rotationSpeedType = GetArchetypeChunkComponentType<RotationSpeed>(true);
       var chunks = m_Query.CreateArchetypeChunkArray(Allocator.TempJob);
       var rotationsSpeedJob = new RotationSpeedJob
       {
           Chunks = chunks,
           RotationType = rotationType,
           RotationSpeedType = rotationSpeedType,
           DeltaTime = Time.deltaTime
       };
       return rotationsSpeedJob.Schedule(chunks.Length,32,inputDeps);
   }
}

遍历所有的entities：

var entityManager = World.Active.EntityManager;
    var allEntities = entityManager.GetAllEntities();
    foreach (var entity in allEntities)
    {
       //...
    }
    allEntities.Dispose();

遍历所有的chunks：

var entityManager = World.Active.EntityManager;
    var allChunks = entityManager.GetAllChunks();
    foreach (var chunk in allChunks)
    {
       //...
    }
    allChunks.Dispose();

EntityQuery的用法

最简单的方式：

在System内部创建：

    EntityQuery m_Query = GetEntityQuery(typeof(RotationQuaternion), ComponentType.ReadOnly<RotationSpeed>());

在System外部创建：

    EntityQuery m_Query = CreateEntityQuery(typeof(RotationQuaternion), ComponentType.ReadOnly<RotationSpeed>());

使用EntityQueryDesc：

var query = new EntityQueryDesc
    {
       None = new ComponentType[]{ typeof(Frozen) },
       All = new ComponentType[]{ typeof(RotationQuaternion), ComponentType.ReadOnly<RotationSpeed>() }
       Options = EntityQueryDescOptions.FilterWriteGroup
    }
    EntityQuery m_Query = GetEntityQuery(query);

查询选项：（一般不需要设置）

选项	说明
Deault	不设置
IncludePrefab	包含特定Prefab tag的compnent
IncludeDisable	包含特定Disabled tag的component
FilterWriteGroup	query时考虑component的WirteGroup设置

组合查询：

var query0 = new EntityQueryDesc
    {
       All = new ComponentType[] {typeof(RotationQuaternion)}
    };
    var query1 = new EntityQueryDesc
    {
       All = new ComponentType[] {typeof(RotationSpeed)}
    };
    // query0或query1
    EntityQuery m_Query = GetEntityQuery(new EntityQueryDesc[] {query0, query1});

使用filter：

Shared component filters：筛选出拥有特定值的sharedcomponent的entities

最多同时支持2个shared component filters

struct SharedGrouping : ISharedComponentData
    {
        public int Group;
    }
    class ImpulseSystem : ComponentSystem
    {
        EntityQuery m_Query;
        protected override void OnCreate(int capacity)
        {
            m_Query = GetEntityQuery(typeof(Position), typeof(Displacement), typeof(SharedGrouping));
        }
        protected override void OnUpdate()
        {
            // Only iterate over entities that have the SharedGrouping data set to 1
            m_Query.SetFilter(new SharedGrouping { Group = 1 });
            var positions = m_Query.ToComponentDataArray<Position>(Allocator.Temp);
            var displacememnts = m_Query.ToComponentDataArray<Displacement>(Allocator.Temp);
            for (int i = 0; i != positions.Length; i++)
                positions[i].Value = positions[i].Value + displacememnts[i].Value;
        }
    }

Change filters：

    protected override void OnCreate(int capacity)
    {
        m_Query = GetEntityQuery(typeof(LocalToWorld), ComponentType.ReadOnly<Translation>());
        m_Query.SetFilterChanged(typeof(Translation));
    }

使用查询结果：

函数	说明
ToEntityArray()	转为entities数组
ToComponentDataArray<T>()	转为T的数组
CreateArchetypeChunkArray()	转为Chunk数组

还可以直接将query传给job.Shedule()函数：

var job = new RotationSpeedJob()
    {
        RotationType = rotationType,
        RotationSpeedType = rotationSpeedType,
        DeltaTime = Time.deltaTime
    };
    return job.Schedule(m_Query, inputDependencies);

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JobComponentSystem lambda 函数

两种方式的lambda表达式：

Entities.ForEach lambda 函数参数列表：

Capturing variables 变量修饰：

Job选项：

使用IJobForEach访问Entity

定义：

属性标签：

执行函数Execute()：

IJobForEachWithEntity：

使用ComponentSystem访问Entity

使用IJobChunk访问Entity

手动迭代遍历Entity

遍历所有的entities：

遍历所有的chunks：

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