探索实体-组件-系统（Entity-Component-System, ECS）模式中的并发理论与实践

《Proceedings of the ACM on Programming Languages》：Exploring the Theory and Practice of Concurrency in the Entity-Component-System Pattern

ECS模式通过分离实体、组件和系统实现并发与性能优化，但现有解释多局限于具体框架或隐喻。本文提出形式模型Core ECS，证明其支持确定性并发，并指出主流框架未充分利用该特性，为优化设计提供方向。

　　

摘要

实体-组件-系统（Entity-Component-System，简称ECS）是一种在游戏开发中广泛使用的软件设计模式，它提倡将实体（entities）、数据属性（components）和计算行为（systems）清晰地分离开来。使用ECS模式编写的程序天生具有并发性，而且该模式还提供了模块化、灵活性和性能优势，这些特点推动了ECS框架的广泛应用。然而，在游戏开发领域之外，ECS模式却鲜为人知，也缺乏深入的理解。现有的ECS模式解释往往局限于特定ECS框架的细节，或者用不恰当的比喻来说明这一模式，甚至只是阐述其不具有的特性。我们通过设计一个形式化的模型——Core ECS，试图对ECS模式有一个严谨的理解。这个模型抽象掉了具体实现的细节，揭示了使用ECS模式编写软件的本质。我们发现了一类Core ECS程序，无论调度方式如何，它们的行为都是确定性的，这使得ECS模式可以作为一种基于确定性原理的并发编程模型来使用。以Core ECS作为基准，我们研究了几个实际的ECS框架，发现它们都存在未充分利用确定性并发性的问题。我们的研究结果指出了开发新的ECS实现技术的可能性，这些技术能够更好地利用这些优势。