技术概述

2021年10月27日18:54

Unity 的多线程面向数据的技术堆栈于 2017 年推出，依靠三项重要创新，它提供了令人难以置信的性能改进：

• The Entity Component System，它以缓存友好的方式在内存中布置数据。

• The Job System，它支持在多个CPU上并行工作。

• The Burst Compiler，它使用LLVM生成急速的矢量化代码。

1）实体组件系统

面向数据的设计

Unity DOTS的核心是面向数据的设计理念。 它的目标是组织数据以进行高效处理，以便尽快将数据提供给CPU。

缓存优化

现代CPU的处理速度如此之快，瓶颈往往是CPU寄存器和计算机RAM之间的带宽和延迟。 为了解决这个问题，CPU包含多个高速缓存级别。

当 CPU 需要一个值时，它首先在缓存中查找它，然后再尝试从RAM 中访问它。 高速缓存离寄存器越近，访问速度越快，但相应的内存越小。

现代CPU不是逐字节访问内存，而是以64字节为单位访问内存，这称为缓存行。 当计算机试图读取一个特定的内存位置时，整个缓存行都会被读取，这意味着从同一缓存行访问其他值非常快。 但是，如果当前计算不需要缓存行中的其他值，则会发生缓存未命中，从而显着减慢进程。因此，根据数据的访问模式来安排内存中的数据，可以明显提高性能。

实体组件系统

实体组件系统 (ECS) 通过将数据与逻辑分离，在实践中应用面向数据的设计范例。 它由实体、组件和系统组成。

实体

一个实体是一个标识符； 它不存储数据或逻辑，而是标识哪些数据属于一体。 这与传统的面向对象编程相反，在传统的面向对象编程中，每个实体都包含自己的数据。

组件

一个组件包含一组数据。 它可以被附加到一个实体，该实体还可以包含其他组件。 每个组件中存储哪些数据取决于访问数据的方式：如果两个值总是一起被访问，那么它们通常应该存储在同一个组件中。

系统

系统提供转换组件数据的逻辑，通常包含一个游戏方面的功能（例如，HP系统将添加或减少生命值）。 每个系统都定义了它需要读取和写入的组件。

2) Jobs System

多线程的并行化算法已经存在了很长时间了。然而，Unity DOTS的新工作系统提供了一个接口，可以轻松地将代码并行化并与主线程同步数据。它将直接的线程处理从开发者那里抽象出来，而将每个Job排在一个中央调度器上，当有线程可用时就执行它。最重要的是，Unity已经开发了自动的race condition checks。当一个线程在向数组写入数据时，另一个线程同时试图读取相同的数组时，就会出现Race Condition。众所周知其难以调试。

3) Burst编译器

性能提升的一个重要来源是在底层级优化代码，这种优化通常需要用C++或C等语言编写代码，这些代码可以直接在处理器上执行。 多亏了Burst编译器，C#代码可以转换为高度优化的机器代码，这些代码被设计为在特定计算机的任何处理器上原生运行。