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Unity JobSystem 与 BurstCompiler 资料

news 2025/8/4 12:54:54

下面我将详细解释您提供的代码，重点讲解 Unity JobSystem 和 BurstCompiler 的使用原理和实现细节。

using Unity.Burst;
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;
using Unity.Mathematics;public abstract partial class Ships : Objects
{// BurstCompile 属性标记此结构体可使用 Burst 编译器优化[BurstCompile]public struct ShipNavigationJob : IJob  // 实现 IJob 接口表示这是一个并行任务{// 输入数据 - 从主线程传递到 Jobpublic float3 targetPosition;       // 目标位置 (float3 是 Unity.Mathematics 的高性能向量类型)public float3 selfPosition;         // 飞船自身位置public float3 enginePosition;       // 引擎位置public float3 bodyPosition;         // 船体位置public float stopRotateDistance;    // 停止旋转的距离阈值public float angularDrag;           // 角阻力值public float recordTorque;          // 记录的扭矩值 (未使用)// 输出数据 - 使用 NativeArray 安全地在 Job 和主线程间传递数据public NativeArray<float> rotationDirection; // 旋转方向输出public NativeArray<float> moveForce;        // 移动力输出public NativeArray<float> angularDragOutput; // 角阻力输出// Job 的核心执行方法 - 在工作线程上运行public void Execute(){// 1. 计算旋转方向float3 targetDir = math.normalize(targetPosition - selfPosition); // 计算目标方向向量float3 selfDir = math.normalize(bodyPosition - enginePosition);   // 计算飞船当前朝向// 使用叉乘计算旋转方向 (2D 空间中)float3 cross = math.cross(selfDir, targetDir); // 叉乘结果表示旋转方向float rotationSign = math.sign(cross.z);       // 取 z 分量符号 (2D 旋转)// 2. 计算移动力float distance = math.distance(selfPosition, targetPosition); // 计算到目标的距离float moveForceValue = math.clamp(distance * 0.5f, 0, 100);   // 根据距离计算移动力并限制范围// 3. 设置输出结果rotationDirection[0] = rotationSign;    // 存储旋转方向moveForce[0] = moveForceValue;           // 存储移动力angularDragOutput[0] = angularDrag;      // 直接传递角阻力值}}// NativeArray 用于线程安全的数据共享private NativeArray<float> rotationDirection; // 修正为 float 类型private NativeArray<float> moveForce;private NativeArray<float> angularDragOutput;private JobHandle jobHandle; // 用于跟踪 Job 执行状态private void Start(){// 创建持久化的 NativeArray (需要手动释放)rotationDirection = new NativeArray<float>(1, Allocator.Persistent);moveForce = new NativeArray<float>(1, Allocator.Persistent);angularDragOutput = new NativeArray<float>(1, Allocator.Persistent);}private void OnDestroy(){// 释放 NativeArray 避免内存泄漏rotationDirection.Dispose();moveForce.Dispose();angularDragOutput.Dispose();}private void FixedUpdate_ShipTowardsAndMoveWithParentTest(){// 检查执行条件if (Objects_Order == null || !Engine(engineTrigger) || targetObject == null || Formation)return;// 创建并配置 Jobvar job = new ShipNavigationJob{targetPosition = targetObject.transform.position,selfPosition = transform.position,enginePosition = engineTransform.position,bodyPosition = bodyTransform.position,stopRotateDistance = this.stopRotateDistance,angularDrag = this.angularDrag,recordTorque = this.recordTorque,rotationDirection = rotationDirection, // 传递引用moveForce = moveForce,angularDragOutput = angularDragOutput};// 调度 Job 到工作线程池jobHandle = job.Schedule();// 等待 Job 完成 - 阻塞主线程直到计算完成jobHandle.Complete();// 从 Job 获取结果并应用到物理系统rigid2D.angularDrag = angularDragOutput[0]; // 设置角阻力RotateRigid(rotationDirection[0]);          // 应用旋转// 应用移动力rigid2D.AddForce(transform.up * moveForce[0]);pushForce = recordPushForce; // 更新其他状态}
}

Unity JobSystem 核心概念详解

1. IJob 接口

IJob 是最简单的 Job 接口，用于定义可以在工作线程上执行的任务

必须实现 Execute() 方法，包含实际的计算逻辑

适合独立、无依赖的计算任务

2. NativeArray

线程安全容器：允许主线程和工作线程安全地共享数据

内存管理：

必须显式分配和释放内存

Allocator.Persistent：长期存在，需要手动释放

Allocator.TempJob：短期存在，自动释放（推荐）

数据传递：

输入数据：通过值传递

输出数据：通过 NativeArray 引用传递

3. JobHandle

跟踪 Job 执行状态

可用于依赖管理（当多个 Job 有执行顺序要求时）

Complete() 方法会阻塞主线程直到 Job 完成

4. 执行流程

主线程准备数据

创建 Job 实例并配置参数

调用 Schedule() 将 Job 加入工作队列

工作线程池中的线程执行 Execute()

主线程调用 Complete() 等待结果

主线程使用计算结果

BurstCompiler 优化原理

1. 作用

将 C# Job 代码编译为高度优化的本地机器码

利用 SIMD 指令集（单指令多数据）并行处理

避免 .NET 虚拟机的开销

2. 使用方式

添加 [BurstCompile] 特性到结构体

Burst 会自动检测并优化标记的代码

要求代码使用 Unity.Mathematics 而不是 System.Math

3. 性能优势

比传统 C# 快 2-10 倍

特别适合数学密集型计算（如向量运算、物理模拟）

减少 GC 压力，提高帧率稳定性

4. 限制

仅支持有限的数据类型和操作

不能访问托管对象（如 UnityEngine.Object）

不能使用 try/catch、虚方法等高级特性

最佳实践与改进建议

1. 内存分配优化

// 使用 TempJob 分配器提高性能
private void FixedUpdate()
{// 每帧创建临时 NativeArrayvar rotDir = new NativeArray<float>(1, Allocator.TempJob);var mForce = new NativeArray<float>(1, Allocator.TempJob);var angDrag = new NativeArray<float>(1, Allocator.TempJob);// ... 调度 JobjobHandle.Complete();// 使用结果rigid2D.angularDrag = angDrag[0];// 无需手动释放，TempJob 分配器会在帧结束时自动回收
}

2. 依赖管理与并行执行

// 多个 Job 并行执行
JobHandle handle1 = job1.Schedule();
JobHandle handle2 = job2.Schedule(handle1); // 依赖 handle1
JobHandle handle3 = job3.Schedule();
// 等待所有 Job 完成
JobHandle.CombineDependencies(handle1, handle2, handle3).Complete();

3. 使用 IJobParallelFor 处理大量对象

[BurstCompile]
struct FleetNavigationJob : IJobParallelFor
{[ReadOnly] public NativeArray<float3> targetPositions;[ReadOnly] public NativeArray<float3> shipPositions;public NativeArray<float3> moveForces;public void Execute(int index){// 为每个飞船独立计算float3 dir = math.normalize(targetPositions[index] - shipPositions[index]);moveForces[index] = dir * 10f;}
}
// 调度
var job = new FleetNavigationJob { /* 初始化 */ };
job.Schedule(shipCount, 32).Complete(); // 32 表示每批处理的数量

4. 避免主线程阻塞

private JobHandle lateJobHandle;void FixedUpdate()
{// 调度但不立即等待lateJobHandle = job.Schedule();
}void LateUpdate()
{// 在帧结束前等待结果lateJobHandle.Complete();// 使用结果
}

重要注意事项

线程安全：

Job 中不能访问任何 Unity 对象（Transform、Rigidbody 等）

只能使用值类型和 NativeContainer

数据竞争：

确保 NativeArray 在 Job 执行期间不被修改

使用 [ReadOnly] 属性标记只读数据

性能分析：

使用 Unity Profiler 的 "Deep Profile" 分析 Job 性能

监控 "Jobs" 面板查看工作线程利用率

Burst 兼容性：

避免在 Burst Job 中使用控制流（if/switch）中的分支