Unity DOTS系列之Struct Change核心机制分析

最近DOTS发布了正式的版本, 我们来分享一下DOTS里面Struct Change机制，方便大家上手学习掌握Unity DOTS开发。

基于ArchType与Chunk的Entity管理机制

我们回顾以下ECS的内存管理核心机制,基于ArchType+Chunk的Entity管理模式。每个Entity不直接存放数据，数据全部存放到ComponentData里面。每个类型的Entity，会把它所有的ComponentData的组合在一起。每种类型的Entity都会得到”一种组合类型”,我们把它叫做ArchType。每种类型的Enitity对应一种ArchType。如果有新的类型的Entity出来，系统就会有新的一种ArchType。ArchType对应的内存块都是由Chunk统一分配，每个Chunk只会分配一种ArchType的内存块。

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ArchType1:
chunk1【e1(c1c2),e2(c1c2),e3(c1c2)】
chunk2【e4(c1c2),e5(c1c2),e6(c1c2)】
...
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ArchType2:
chunk1【e1(c3c4),e2(c3c4),e3(c3c4)】
chunk2【e4(c3c4),e5(c3c4),e6(c3c4)】
...
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ArchType3: 
chunk1【e1(c5c6),e2(c5c6),e3(c5c6)】
chunk2【e3(c5c6),e4(c5c6),e5(c5c6)】
...
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Struct Change机制

当我们操作entity中的ComponentData的时候，有可能导致Struct Change,及原来的ArchType以已经不适合新的Entity了,必须要产生新的ArchType来存放数据,这种我们叫做Struct Change。以下操作会导致Struct Change发生:

1. 创建or删除一个Entity: Unity会从当前Entity类型的ArchType里面找到一个chunk, 把第一个空闲的内存块分配分配出来。如果当前的chunk都满了，就重新向操作系统分配一个chunk内存页出来。当删除一个entity的时候，先找到内存块所在的chunk,找到内存块在chunk中的偏移位置，把最后一个entity的component数据复制到刚才释放的内存块中,把最后的那个内存块释放出来，供一下分配。
2. 添加或删除一个组件数据: 当我们给entity添加or删除一个组件数据的时候，意味着前后是不同的ArchType(因为改变了组合类型)。所以要先释放原来ArchType对应的内存块，然后在新的ArchType里面再找Chunk来分配出Entity的新的ComponentData内存块。
3. 修改了同一类型Entity共用的ShareComponent数据: 每种ArchType共用一个ShareComponent数据，如果修改了ShareComponent数据，那么意味着要创建一个新的ShareComponent数据。那么代表着当前的Entity已经不再属于当前的ArchType了,既然这样，系统就要重新基于新的ArchType来给Entity重新分配内存块，回收之前的内存块。

Struct Change的代价与开销

Struct Change引发的开销是非常大的，所以当我们基于DOTS来开发的时候，你要能清楚的知道Struct Change的开销。Struct Change开销，除了要重新从chunk里面分配内存块，复制数据以外，还有同步点的开销,同步点你可以理解为一个锁，当发生了Strcut Change的时候，为了保证正确性,系统会生成一个同步点,这样其它的要使用这个数据的线程都会被挂起，直到Struct Change操作完成。

Struct Change还会导致之前系统里面的组件引用失效，所以当发生Struct Change的时候,还要重新更新引用数据,保证后面数据的正确。从上面来看Struct Change开销确实很大，特别是每次修改还要获取同步点，同步点会导致系统的吞吐量下降，我们可以考虑把所有的Struct Change延后一起发生，这样可以只请求一个同步点的基础上把所有的Struct Change全部处理掉。