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通常而言，最好不要把Unity實體組件系統ECS和Job System看作互相獨立的部分，要把它們看作用於大幅提升游戲性能的組合系統。
本系列文章我們將深入了解使用二者開發項目的過程，從而使項目獲得高性能。今天我們來了解ECS和Job System的基礎知識，了解ECS請閱讀：《詳解實體組件系統ECS》。
什么是Job System
一些人認為Unity無法進行多線程處理，那個觀點是錯的，因為這是可以實現的，但是你可能無法使用任何Unity中特定的命名空間。你可以多線程處理不同類型的任務，只要任務不需要在主線程外訪問Transform或游戲對象即可，所以在獨立線程執行一些Vector3數學運算是沒有問題的。
如果你非常了解Unity相關知識，或許你已經知道引擎的部分功能已經實現多線程處理。現在加入Job System后，Unity允許我們利用它的多線程處理功能。
Job System允許我們輕松編寫多線程代碼，從而實現高性能游戲體驗。它不僅能改善幀率，而且在做移動開發時，它還能顯著改善移動設備的電池壽命。
通過該功能，我們能夠編寫和Unity引擎功能共享工作線程的代碼。
什么是多線程處理
通常在單線程程序中，每次只處理一個執行調用，一次只輸出一個結果。
程序性能主要取決於加載和完成所用的時間。單線程會按線性順序進行處理，需要的時間會比雙線程同時處理更長，這種多個線程同時處理就是我們說的多線程處理。
多線程處理會利用CPU功能來同時在多個內核處理多個線程。
默認情況下，“主線程”會在程序開始時運行。主線程會創建新線程來處理任務。這些新線程會並行運行，通常在完成后將結果與主線程同步。
多線程處理方法適合用來處理多個需要長時間運行的任務。然而，游戲開發代碼通常帶有很多需要同時執行的小指令。如果為每個小指令都創建一個線程，結果會得到很多線程，每個線程的生命周期都很短。從而導致CPU和操作系統處理能力達到極限。
你可以通過線程池來解決線程生命周期的問題，然而即使使用線程池，還是會同時有很多活動線程。如果線程數量比CPU內核數量多，會造成線程互相競爭CPU資源，並且頻繁切換上下文（Context switching）。
上下文切換是指切換線程時，會保存當前進程的執行狀態，然后處理另一線程，在重構第一個線程后，繼續處理該線程。上下文切換是個資源密集型過程，所以要盡量避免該過程。
Job System和傳統多線程的區別
在多線程處理時，要打開線程然后提供任務。你需要注意將輔助線程合並到主線程的時間，還要正確關閉線程。所以多線程處理需要你管理很多操作。
Job System使用不同的方法，因為我們不會創建任何線程，而是會使用Unity在多個內核上的工作線程，給它們提供任務－Unity稱之為Jobs作業。很容易看出，這種方法更為簡單，因為避免了管理線程時可能遇到的問題。不僅如此，我們還不必擔心出現競態條件。
通過內置的安全檢查，Job System可以檢測所有潛在的競態條件。通過給每個作業發送需要處理的數據副本而不是在主線程引用數據，Job System可以避免發生競態條件，進而消除競態條件，因為現在處理的是獨立數據而不是它的引用。
因此，作業只能訪問blittable數據類型。當在托管代碼和本地代碼之間傳遞數據時，該類型數據不需要轉換。
Unity使用C++方法復制的內存塊在Unity的托管部分和本地部分復制和傳遞數據。在調度作業時，我們會將數據放入本地內存，並在執行作業的同時允許托管部分訪問數據副本。
你甚至不必擔心發生上下文切換和CPU爭用，因為Unity通常在每個CPU內核有一個工作線程，作業會在這些線程間同步調度。
Job System中，所有作業都會放入隊列中。空閑工作線程會獲取作業，並按照隊列的順序執行。為了確保作業按照所需順序執行，我們可以利用作業依賴。
Job是什么
總的來說，每個作業（Job）都可以看作是方法調用，每個作業在創建時會得到數據和參數，之后用於執行過程。作業可以是獨立的，這意味着當它們什么時候完成對我們來說並不重要。或者在更合理情況下，它們可以擁有依賴。依賴能為我們帶來便利，因為它能讓代碼在正確的時間執行。
對多線程處理來說，這非常重要，你需要確保執行過程能避免發生競態條件，這意味着一項任務不必等待其它任務完成才執行，那樣會造成延遲。
所以基本上，依賴意味着我們的第二個任務依賴於第一個任務，第二個任務會在第一個任務完成后才開始執行。
句法
每個作業都需要實現以下三個類型的其中一個類型：IJob、IJobParallelFor或 IJobParallelForTransform。
IJobParallelFor用於需要多次並行執行單個任務的作業。JobParallelForTransform和IJobParallelFor差不多，尤其是用於處理Unity Transform時。
這些類型實際上都是接口，因此只要腳本中沒有Execute函數，編譯器就會出問題。還要記住，作業必須是nullable類型，這意味着它必須是struct，並且在任何情況下都不能是類，這是因為內存分配問題。
Unity創建新容器是為了讓我們能夠很容易就寫出線程安全的代碼。
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;
/*作業（Job）需要是可空類型，這意味着它們必須為struct結構…
每個作業都必須繼承自IJobParallelFor、IJobParallelForTransform或IJob*/
Every job has to inherit from either IJobParallelFor, IJobParallelForTransform or IJob */
public struct MyJob : IJobParallelFor {
/*在作業中，需要定義所有用於執行作業和輸出結果的數據
Unity會創建內置數組，它們大體上和普通數組差不多，但是需要自己處理分配和釋放設置*/
public NativeArray<Vector3> waypoints;
public float offsetToAdd;
/*所有作業都需要Execute函數*/
public void Execute(int i)
{
/*該函數會保存行為。要執行的變量必須在該struct開頭定義。*/
waypoints[i] = waypoints[i] * offsetToAdd;
}
}
調度作業
現在已創建MyJob.cs struct，要如何使它工作呢？我們必須調度它。
通常該過程非常簡單，但需要注意，每個作業都需要被調度。那意味着我們首先發起作業，添加數據，然后發送到隊列中等待執行。一旦該過程發生，我們就無法中斷該過程。
Unity提供的常見句法參考中的作業代碼如下：
// 創建單個浮點數的本地數組（NativeArray）來存儲結果。為了更好說明功能，該示例會等待作業完成。
NativeArray<float> result = new NativeArray<float>(1, Allocator.TempJob);
// 設置作業數據
MyJob jobData = new MyJob();
jobData.a = 10;
jobData.b = 10;
jobData.result = result;
// 調度作業
JobHandle handle = jobData.Schedule();
// 等待作業完成
handle.Complete();
//NativeArray的所有副本都指向相同內存，你可以在NativeArray的副本中訪問結果。
float aPlusB = result[0];
// 釋放結果數組分配的內存
result.Dispose();
這些正確的代碼，它可以正常執行，但帶有一些缺點，因為在調度完成后進行完成調用會產生短暫的等待時間，在性能分析器中，該時間稱為“Idle Time”。
相反如果你習慣調度作業，性能分析器中顯示的等待時間將最小化，而且會得到不錯的性能，至少在舊機器上效果會很明顯。
高效調度作業
在調度作業后，因為工作線程沒有時間完成任何任務。這造成在調度調用期間會產生空閑時間，會對性能產生影響。
本示例中，我們會創建struct，保存對句柄和本地數組的引用。為什么保存這些內容？
保存句柄是為了在之后調用作業，保存本地數組是因為需要釋放本地數組，NativeArray和常規數組的工作方式差不多，但是需要設置Allocator，用來定義數組在內存中的保留時間，本示例中使用Allocator.TempJob。
我們還需要在調用完成時釋放內存，然后復制數據。我們創建了JobResultAndHandle的引用，然后對它調用ScheduleJob()。這會使我們的作業開始調度，而且它的引用會保存在列表中。
然后我們可以查看列表中的每個條目，調用完成，復制執行數據，然后棄用NativeArray來釋放內存。
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;
public class MyJobScheduler : MonoBehaviour
{
Vector3[] waypoints;
float offsetForWaypoints;
//我們將保存結果和句柄的列表
List<JobResultAndHandle> resultsAndHandles = new List<JobResultAndHandle>();
void Update()
{
/*我們會在需要時創建新的JobResultANdHandle（該代碼不必在Update方法中，因為它只是個示例）
然后我們會給ScheduleJob方法提供引用。*/
JobResultAndHandle newResultAndHandle = new JobResultAndHandle();
ScheduleJob(ref newResultAndHandle);
/*如果ResultAndHAndles的列表非空，我們會在該列表進行循環，了解是否有需要調用的作業。*/
if(resultsAndHandles.Count > 0)
{
for(int i = 0; i < resultsAndHandles.Count; i++){
CompleteJob(resultsAndHandles[i]);
}
}
}
/* ScheduleJob會獲取JobResultAndHandle的引用，初始化並調度作業。
void ScheduleJob(ref JobResultAndHandle resultAndHandle)
{
//我們會填充內置數組，設置合適的分配器
resultAndHandle.waypoints = new NativeArray<Vector3>(waypoints, Allocator.TempJob);
//我們會初始化作業，提供需要的數據
MyJob newJob = new MyJob
{
waypoints = resultAndHandle.waypoints,
offsetToAdd = offsetForWaypoints,
};
//設置作業句柄並調度作業
resultAndHandle.handle = newJob.Schedule();
resultsAndHandles.Add(resultAndHandle);
}
//完成后，我們會復制作業中處理的數據，然后棄用棄用內置數組
//這一步很有必要，因為我們需要釋放內存
void CompleteJob(JobResultAndHandle resultAndHandle)
{
resultsAndHandles.Remove(resultAndHandle);
resultAndHandle.handle.Complete();
resultAndHandle.waypoints.CopyTo(waypoints);
resultAndHandle.waypoints.Dispose();
}
}
struct JobResultAndHandle
{
public NativeArray<Vector3> waypoints;
public JobHandle handle;
}
JobHandles和依賴
對作業調用Schedule()會使它返回JobHandle。JobHandle對保留作業的引用非常有用，但也可以將它們用作其它作業的依賴。這是什么意思呢？
如果某個作業依賴其它作業的結果，我們可以將其它作業的句柄作為參數傳遞到myjobs調度方法中，這樣能讓該作業完成后執行我們的作業。
前文中提到的競態條件問題、線程等待線程的問題，以及使用多線程代碼的缺點問題都可以通過傳遞句柄來輕松避免。
小結
本文我們了解了Job System的基礎知識，在下一篇中我們將以網格變形項目為示例，講解Job System的使用，盡請期待!更多Unity最新功能介紹盡在Unity官方中文論壇(UnityChina.cn)！
本文來源：http://www.itskristin.me/