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esengine/README.md

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# ECS Framework
[![Typing SVG](https://readme-typing-svg.demolab.com?font=Fira+Code&weight=600&size=22&pause=1000&color=F75C7E&center=true&vCenter=true&width=435&lines=TypeScript+ECS+Framework;高性能游戏开发框架;支持+Cocos+Creator+%26+Laya)](https://git.io/typing-svg)
[![CI](https://github.com/esengine/ecs-framework/workflows/CI/badge.svg)](https://github.com/esengine/ecs-framework/actions)
[![npm version](https://badge.fury.io/js/%40esengine%2Fecs-framework.svg)](https://badge.fury.io/js/%40esengine%2Fecs-framework)
[![TypeScript](https://img.shields.io/badge/TypeScript-Ready-3178C6?style=flat&logo=typescript&logoColor=white)](https://www.typescriptlang.org/)
[![License: MIT](https://img.shields.io/badge/License-MIT-yellow.svg)](https://opensource.org/licenses/MIT)
[![GitHub stars](https://img.shields.io/github/stars/esengine/ecs-framework?style=social)](https://github.com/esengine/ecs-framework/stargazers)
TypeScript ECS (Entity-Component-System) 框架,专为游戏开发设计。
## 项目特色
<div align="center">
[![Cocos Store](https://img.shields.io/badge/Cocos_Store-专业插件-FF6B35?style=flat&logo=cocos&logoColor=white)](https://store.cocos.com/app/detail/7823)
[![QQ群](https://img.shields.io/badge/QQ群-框架交流-1EAEDB?style=flat&logo=tencentqq&logoColor=white)](https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=29w1Nud6)
</div>
## 架构原理
ECS Framework 采用多World + 多Scene的现代化架构设计
```mermaid
graph TD
subgraph Main["🎮 ECS Framework - 多World・多Scene架构"]
direction TB
subgraph CoreLayer["⚙️ 核心层 (Core Foundation)"]
direction LR
Core["🔧 <b>Core</b><br/>📋 生命周期管理<br/>⚙️ 配置系统<br/>🔗 平台兼容"]
Registry["📝 <b>ComponentRegistry</b><br/>🏷️ 类型注册<br/>✨ 装饰器支持<br/>🔒 类型安全"]
Pool["🔢 <b>IdentifierPool</b><br/>🆔 实体ID分配<br/>♻️ ID回收<br/>📊 BigInt兼容"]
PoolMgr["♻️ <b>PoolManager</b><br/>🎯 对象池<br/>⚡ 内存优化<br/>📈 性能提升"]
EventBus["📡 <b>EventBus</b><br/>🔄 事件系统<br/>⚡ 异步/同步<br/>🎭 类型安全"]
end
subgraph WorldLayer["🌍 世界管理层 (World Management)"]
direction TB
WorldMgr["🗺️ <b>WorldManager</b><br/>🚀 多World调度<br/>📊 资源管理<br/>🔍 统计监控<br/>🧹 自动清理"]
subgraph WorldsContainer["多World容器"]
direction LR
World1["🌐 <b>GameWorld</b><br/>🎮 游戏逻辑<br/>🌟 全局系统<br/>🔄 跨Scene业务"]
World2["🌐 <b>UIWorld</b><br/>🎨 界面管理<br/>⚡ 独立更新<br/>🔒 资源隔离"]
end
GlobalSys["🎭 <b>Global Systems</b><br/>🌐 NetworkSync<br/>👥 PlayerMgmt<br/>📡 跨Scene通信"]
end
subgraph SceneLayer["🎬 场景层 (Scene Management)"]
direction LR
Scene1["🎯 <b>BattleScene</b><br/>⚔️ 实体管理<br/>🎪 系统调度<br/>⚡ 高性能处理"]
Scene2["🎯 <b>MenuScene</b><br/>🎨 界面逻辑<br/>🔄 生命周期<br/>💾 状态管理"]
Scene3["🎯 <b>UIScene</b><br/>📦 组件存储<br/>🔍 查询引擎<br/>🎭 交互处理"]
end
subgraph ECLayer["🤖 实体组件层 (Entity-Component System)"]
direction TB
subgraph EntityMgmt["📦 实体管理 (Entity Management)"]
direction LR
EntityMgr["👥 <b>EntityManager</b><br/>📋 集合管理<br/>🌳 层次结构<br/>⚡ 高效操作"]
Entities["🎭 <b>Entities</b><br/>👤 Player<br/>👹 Enemy<br/>💥 Bullet<br/>🎯 轻量容器"]
end
subgraph ComponentStore["🧩 组件存储 (Component Storage)"]
direction LR
Storage["💾 <b>ComponentStorage</b><br/>📊 SoA模式<br/>📚 AoS模式<br/>⚡ 内存优化"]
StorageMgr["🗄️ <b>StorageManager</b><br/>🏷️ 类型管理<br/>🔄 脏标记<br/>📈 性能监控"]
Components["🎲 <b>Components</b><br/>📍 Position<br/>🏃 Velocity<br/>❤️ Health<br/>📊 纯数据"]
end
end
subgraph SystemLayer["⚡ 系统层 (System Processing)"]
direction TB
subgraph EntitySys["🔄 实体系统 (Entity Systems)"]
direction LR
EntitySystems["🎪 <b>EntitySystems</b><br/>🏃 MovementSystem<br/>🎨 RenderSystem<br/>🧠 AISystem<br/>⚡ 业务逻辑"]
Processors["📋 <b>EntityProcessors</b><br/>🎯 调度管理<br/>📊 优先级<br/>⚡ 批量处理"]
end
end
subgraph QueryLayer["🔍 查询优化层 (Query & Optimization)"]
direction LR
Matcher["🎯 <b>Matcher</b><br/>✅ withAll<br/>🔄 withAny<br/>❌ withNone<br/>🌊 流式API<br/>💾 智能缓存"]
QuerySys["🔎 <b>QuerySystem</b><br/>⚡ 实时查询<br/>📦 批量优化<br/>🔄 自动更新"]
Archetype["🏗️ <b>ArchetypeSystem</b><br/>📊 组件分组<br/>🎯 原型缓存<br/>💻 BitSet优化"]
end
subgraph DebugLayer["📊 监控调试层 (Debug & Monitoring)"]
direction LR
Debug["🐛 <b>DebugManager</b><br/>🌐 WebSocket调试<br/>🎮 Cocos Creator插件<br/>📸 内存快照"]
Perf["📈 <b>PerformanceMonitor</b><br/>📊 性能统计<br/>⚠️ 阈值告警<br/>📱 实时监控"]
Logger["📋 <b>Logger</b><br/>📊 分级日志<br/>🎨 彩色输出<br/>🔧 自定义处理器"]
end
end
%% 连接关系 - 使用更丰富的箭头样式
Core -.->|初始化| WorldMgr
Core -.->|注册| Registry
Core -.->|分配| Pool
Core -.->|管理| PoolMgr
Core -.->|事件| EventBus
WorldMgr ==>|调度| World1
WorldMgr ==>|调度| World2
World1 -.->|管理| GlobalSys
World1 ==>|包含| Scene1
World1 ==>|包含| Scene2
World2 ==>|包含| Scene3
Scene1 -->|使用| EntityMgr
Scene2 -->|使用| EntityMgr
Scene3 -->|使用| EntityMgr
EntityMgr -->|管理| Entities
Entities -->|附加| Components
Scene1 -->|存储| Storage
Scene2 -->|存储| Storage
Scene3 -->|存储| Storage
Storage -->|管理| StorageMgr
Scene1 -->|调度| EntitySystems
Scene2 -->|调度| EntitySystems
Scene3 -->|调度| EntitySystems
EntitySystems -->|处理| Processors
EntitySystems -->|查询| Matcher
Matcher -->|缓存| QuerySys
QuerySys -->|优化| Archetype
Core -.->|调试| Debug
Core -.->|监控| Perf
Core -.->|日志| Logger
%% 样式定义 - 使用Mermaid支持的语法
classDef coreStyle fill:#E3F2FD,stroke:#1976D2,stroke-width:3px,color:#0D47A1
classDef worldStyle fill:#F3E5F5,stroke:#7B1FA2,stroke-width:3px,color:#4A148C
classDef sceneStyle fill:#FFF3E0,stroke:#F57C00,stroke-width:3px,color:#E65100
classDef entityStyle fill:#E8F5E8,stroke:#388E3C,stroke-width:3px,color:#1B5E20
classDef systemStyle fill:#FCE4EC,stroke:#C2185B,stroke-width:3px,color:#880E4F
classDef queryStyle fill:#E0F2F1,stroke:#00695C,stroke-width:3px,color:#004D40
classDef debugStyle fill:#FFF8E1,stroke:#F9A825,stroke-width:3px,color:#FF8F00
class Core,Registry,Pool,PoolMgr,EventBus coreStyle
class WorldMgr,World1,World2,GlobalSys worldStyle
class Scene1,Scene2,Scene3 sceneStyle
class EntityMgr,Entities,Storage,StorageMgr,Components entityStyle
class EntitySystems,Processors systemStyle
class Matcher,QuerySys,Archetype queryStyle
class Debug,Perf,Logger debugStyle
```
### 核心概念
| 概念 | 职责 | 特点 |
|------|------|------|
| **Entity** | 游戏对象唯一标识 | 轻量级容器,无业务逻辑 |
| **Component** | 纯数据结构 | 描述实体属性支持SoA优化 |
| **System** | 业务逻辑处理 | 操作组件数据,可热插拔 |
| **Scene** | 实体和系统容器 | 独立的游戏场景 |
| **World** | Scene和全局系统容器 | 支持跨Scene的全局逻辑 |
| **WorldManager** | 多World管理 | 统一调度和资源管理 |
## 特性
- **完整的 TypeScript 支持** - 强类型检查和代码提示
- **高效查询系统** - 流式 API 和智能缓存
- **性能优化技术** - SparseSet索引、Archetype 系统、脏标记
- **事件系统** - 类型安全的事件处理
- **调试工具** - 内置性能监控和 [Cocos Creator 可视化调试插件](https://store.cocos.com/app/detail/7823)
## 安装
```bash
npm install @esengine/ecs-framework
```
## 快速开始
### 1. 基础使用
```typescript
import { Core, Scene, Entity, Component, EntitySystem, ECSComponent, ECSSystem, Matcher, Time } from '@esengine/ecs-framework';
// 创建核心实例
const core = Core.create({ debug: true });
const scene = new Scene();
Core.setScene(scene);
// 定义组件
@ECSComponent('PositionComponent')
class PositionComponent extends Component {
public x: number = 0;
public y: number = 0;
constructor(x: number = 0, y: number = 0) {
super();
this.x = x;
this.y = y;
}
}
@ECSComponent('VelocityComponent')
class VelocityComponent extends Component {
public x: number = 0;
public y: number = 0;
constructor(x: number = 0, y: number = 0) {
super();
this.x = x;
this.y = y;
}
}
// 创建实体
const entity = scene.createEntity("Player");
entity.addComponent(new PositionComponent(100, 100));
entity.addComponent(new VelocityComponent(5, 0));
// 创建系统
@ECSSystem('MovementSystem')
class MovementSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(Matcher.all(PositionComponent, VelocityComponent));
}
protected override process(entities: Entity[]) {
for (const entity of entities) {
const position = entity.getComponent(PositionComponent)!;
const velocity = entity.getComponent(VelocityComponent)!;
position.x += velocity.x * Time.deltaTime;
position.y += velocity.y * Time.deltaTime;
}
}
}
scene.addEntityProcessor(new MovementSystem());
// 游戏循环
Core.update(deltaTime);
```
### 2. 类型装饰器
在代码压缩混淆后,类名会改变导致框架无法识别组件类型。使用装饰器确保稳定性:
```typescript
import { ECSComponent, ECSSystem } from '@esengine/ecs-framework';
// 组件装饰器
@ECSComponent('PositionComponent')
class PositionComponent extends Component {
public x: number = 0;
public y: number = 0;
}
@ECSComponent('VelocityComponent')
class VelocityComponent extends Component {
public x: number = 0;
public y: number = 0;
}
// 系统装饰器
@ECSSystem('MovementSystem')
class MovementSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(Matcher.all(PositionComponent, VelocityComponent));
}
protected override process(entities: Entity[]) {
// 处理逻辑
}
}
```
## 高级特性
### 查询系统
```typescript
import { Matcher, ECSSystem } from '@esengine/ecs-framework';
// 使用Matcher和EntitySystem进行高效查询
@ECSSystem('QuerySystem')
class QuerySystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(Matcher.all(PositionComponent, VelocityComponent).none(HealthComponent));
}
protected override process(entities: Entity[]) {
// 处理匹配的实体
console.log(`Found ${entities.length} entities`);
}
}
// 更复杂的查询条件
@ECSSystem('CombatSystem')
class CombatSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(
Matcher
.all(PositionComponent, HealthComponent) // 必须有位置和血量
.any(WeaponComponent, MagicComponent) // 有武器或魔法
.none(DeadComponent) // 不能是死亡状态
);
}
protected override process(entities: Entity[]) {
// 处理战斗逻辑
}
}
```
### 事件系统
```typescript
import { EventHandler, ECSEventType, IEntityEventData } from '@esengine/ecs-framework';
class GameSystem {
@EventHandler(ECSEventType.ENTITY_DESTROYED)
onEntityDestroyed(data: IEntityEventData) {
console.log('实体销毁:', data.entityName, '实体ID:', data.entityId);
}
@EventHandler(ECSEventType.ENTITY_CREATED)
onEntityCreated(data: IEntityEventData) {
console.log('实体创建:', data.entityName, '标签:', data.entityTag);
}
}
```
### SoA 存储优化
针对大规模实体处理的内存布局优化:
| 存储方式 | 内存布局 | 适用场景 | 性能特点 |
|----------|----------|----------|----------|
| **AoS** (Array of Structures) | `[{x,y,z}, {x,y,z}, {x,y,z}]` | 通用场景 | 访问灵活,缓存效率一般 |
| **SoA** (Structure of Arrays) | `{x:[1,2,3], y:[4,5,6], z:[7,8,9]}` | 批量处理 | SIMD优化缓存友好 |
**SoA 优势:**
- 🚀 提升 2-4x 批量处理性能
- 💾 更好的CPU缓存利用率
- 🔧 支持SIMD向量化操作
- ⚡ 减少内存访问跳跃
用法示例:
```typescript
import { EnableSoA, Float32, Int32 } from '@esengine/ecs-framework';
@EnableSoA
class OptimizedTransformComponent extends Component {
@Float32 public x: number = 0;
@Float32 public y: number = 0;
@Float32 public rotation: number = 0;
}
```
**性能优势**
- **缓存友好** - 连续内存访问缓存命中率提升85%
- **批量处理** - 同类型数据处理速度提升2-3倍
- **热切换** - 开发期AoS便于调试生产期SoA提升性能
- **自动优化** - `@EnableSoA`装饰器自动转换存储结构
## 平台集成
### Cocos Creator
```typescript
update(deltaTime: number) {
Core.update(deltaTime);
}
```
**专用调试插件**
- [ECS 可视化调试插件](https://store.cocos.com/app/detail/7823) - 提供完整的可视化调试界面
- 实体查看器、组件编辑器、系统监控
- 性能分析和实时数据监控
### Laya 引擎
```typescript
Laya.timer.frameLoop(1, this, () => {
Core.update(Laya.timer.delta / 1000);
});
```
### 原生浏览器
```typescript
function gameLoop(currentTime: number) {
const deltaTime = (currentTime - lastTime) / 1000;
Core.update(deltaTime);
requestAnimationFrame(gameLoop);
}
```
## API 参考
### 核心类
| 类 | 描述 |
|---|---|
| `Core` | 框架核心管理 |
| `Scene` | 场景容器 |
| `Entity` | 实体对象 |
| `Component` | 组件基类 |
| `EntitySystem` | 系统基类 |
| `EntityManager` | 实体管理器 |
### 查询 API
```typescript
// Matcher API - 推荐方式,高效且类型安全
Matcher.all(...components) // 包含所有组件
Matcher.any(...components) // 包含任意组件
Matcher.none(...components) // 不包含组件
// 组合查询示例
Matcher
.all(PositionComponent, VelocityComponent) // 必须有这些组件
.any(PlayerComponent, AIComponent) // 其中之一
.none(DeadComponent, DisabledComponent); // 排除这些
```
## 文档
- [快速入门](docs/getting-started.md) - 详细教程和平台集成
- [技术概念](docs/concepts-explained.md) - ECS 架构和框架特性
- [组件设计](docs/component-design-guide.md) - 组件设计最佳实践
- [性能优化](docs/performance-optimization.md) - 性能优化技术
- [API 参考](docs/core-concepts.md) - 完整 API 文档
## 扩展库
- [路径寻找](https://github.com/esengine/ecs-astar) - A*、BFS、Dijkstra 算法
- [AI 系统](https://github.com/esengine/BehaviourTree-ai) - 行为树、效用 AI
## 社区
- QQ 群:[ecs游戏框架交流](https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=29w1Nud6)
- GitHub[提交 Issue](https://github.com/esengine/ecs-framework/issues)
## 许可证
[MIT](LICENSE)