【ECS游戏架构】逻辑帧驱动带来的性能和即时性问题分析

1024水一篇~
个人拙见，如有错误希望大佬拔刀纠正。

根据守望先锋在GDC会议上对ECS架构的描述，所有的系统(system)都是由逻辑帧驱动的：每帧遍历所有的system，并调用system的update()更新游戏世界的状态。

在实际应用中这可能会存在一些问题：两帧之间资源空闲、即时性低。本文分别从 把ECS应用到帧同步、状态同步，以及对应的客户端、服务器来进行分析。

在帧同步中的具体分析

• 客户端：负责所有核心逻辑。

  • 有资源空闲没有问题，客户端只要能流畅运行即可，没有要"榨干客户端资源"的需求。
  • 可能存在的即时性问题：负责记录每帧输入的系统s1得到本帧的输入后，要由网络发送系统s2发送给服务器。如果s2在s1之前执行，则s1记录的每帧输入要在下一帧才能由s2发送给服务器，这就产生了1帧的延迟。帧同步本来就要求低延迟，因此应该避免这种问题。
    解决方案是对系统进行排序，使系统按顺序执行，保证先记录每帧输入，然后再向服务器发送消息，这样就可以在同一帧中完成。

• 服务器：负责转发客户端的每帧输入。

  • 资源空闲问题：服务器应该尽可能的充分利用资源以提高承载量。可以灵活调节服务器逻辑帧率，即负载高时调慢帧率，负载低时调高帧率。还可以不同系统采取不同的帧率，如处理移动的系统可以固定30帧，而战斗系统的帧率可以更高，甚至可以不由逻辑帧驱动，直接死循环执行update()。

    这些方案实际上这就是对ECS进行了一些改造，但结构上还是E-C-S，只是系统的update()的驱动方式更加灵活了。

    注意，只有服务器可以这样灵活调节逻辑帧率，客户端不行。因为帧同步要保证每个客户端的每帧逻辑一致，那么让每个客户端的逻辑帧率一致，并且逻辑帧率固定，是最简单可靠的方案。如果逻辑帧率是灵活变化的，会大幅增加系统的复杂度。

  • 可能存在的即时性问题是：类似于对客户端的分析，如果网络发送系统s2在网络接收系统s1之前执行，则会产生1帧的延迟。解决方案有：对系统进行排序，或者调高网络收发系统的逻辑帧率，或者直接让网络收发系统不由逻辑帧驱动。

在状态同步中的具体分析

• 客户端：接收服务器发来的状态进行表现。
  • 资源空闲问题：同"帧同步客户端"分析一样。
  • 即时性问题：同"帧同步客户端"分析一样。
• 服务器：负责所有核心逻辑。状态同步服务器要做的逻辑很多，因此更有必要避免资源空闲和即时性问题。
  • 资源空闲问题：同"帧同步服务器"分析一样。
  • 即时性问题：同"帧同步服务器"分析一样。

方案总结

• 系统按序执行，满足大部分完整逻辑尽量在一帧内完成，保证即时性。我知道要把几十个system进行排序是一件很头大的事情，但如果真的能够做到，这其实也是最简单的一种方式。

  • 将网络分为网络接收系统和网络发送系统。接收系统在所有负责逻辑的系统之前执行，而发送系统在所有负责逻辑的系统之后执行。

  • …随时想到随时补充。

• 改变服务器system.update()的驱动方式：三种方案，灵活调节逻辑帧率、不同系统使用不同帧率、不用逻辑帧驱动。既能保证即时性，又能充分发挥性能。虽然不完全符合ECS，但无伤大雅，结构上还是E-C-S，只是系统的update()的驱动方式更加灵活了。