《游戏引擎实现原理》引擎内核 目录

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欢迎来到《游戏引擎实现原理》。这一卷要陪你做一件很实在的事：用 TypeScript 从零写一个 3D 游戏引擎的内核 helio，写到它能让一个小方块在场景里走动。

为什么是「内核」而不是「整个引擎」？因为游戏引擎里最贵、最难、最不容易被讲清楚的部分，恰恰不是那些看得见的画面，而是看不见的底座——内存怎么分配、对象引用怎么不失效、实体和组件怎么组织、帧内怎么并发、数据怎么序列化。这些东西决定了引擎能跑多快、能撑多大、能不能热重载。渲染是把它们的结果画出来，编辑器是把它们的数据编辑出来。先有内核，才谈得上别的。

市面上讲引擎的书大多从「怎么用 Unity」或「图形学管线」切入。本卷走第三条路：每一节都写代码，每一节的代码都在本机真跑过，跑出来的结果就是这一节的结论。

这一卷写给谁

前置知识：会写 TypeScript（或 JavaScript），了解基本类型与异步；不需要图形学基础，不需要装任何游戏引擎。本卷全部代码在 Node 26 下直接运行，不需要浏览器（渲染要等卷二）。

四类读者，四种收获

下面把这四类人分别展开，你可以对照自己的处境挑一段读——它决定了你该走哪条阅读路径。

如果你有编程基础、想理解引擎原理。 你可能已经用 Unity 或 Godot 做过东西，但每当性能出问题、行为不符合预期时，你只能靠猜和试。这一卷给你的是「里面到底怎么转」的完整链条：从一帧怎么开始，到内存怎么摆、对象引用怎么保证不失效、系统之间怎么并行。读完之后，你手里不只是一个能跑的引擎，还有一套用来解释引擎行为的模型——看到任何引擎的架构图，你能说出每一层大概在做什么。

如果你打算自研引擎或做独立开发。 你缺的往往不是想法，而是「先写哪一块」的次序感。这一卷的 18 章本身就是一份施工顺序表：先立主循环，再补内存与句柄，然后才是容器、数学、ECS、并发、反射，最后装配。每一章都能独立跑通，你可以在任何一步停下，把它接到自己的项目里。第 18 章会把全部零件拼起来，给你一条「从空文件到一个能跑的引擎」的完整参照。

如果你是前端 / Web 开发者。 你的 TypeScript 很熟，但 GC 帮你把内存这件事藏了太久——你很少需要考虑对象在内存里怎么摆、一个引用为什么会失效、一段代码会不会因为缓存不友好而慢十倍。这一卷恰好把这些「被 GC 藏起来的东西」摊开：arena 分配器、对象池、世代句柄、SoA 布局、SharedArrayBuffer 与 Atomics。这些知识迁移到任何语言都成立，也是你从「写页面」迈向「写系统」的那道坎。

如果你已经读过渲染原理。 你懂管线、懂着色器、懂 GPU 在做什么，但你不清楚引擎是怎么把场景数据组织好、再交给渲染的：实体和组件怎么存、句柄怎么传到 GPU、顶点数据怎么上传。本卷讲的正是这层「内核与渲染的接缝」。卷二《渲染引擎》会在这套内核上接出真正的画面，你先在这里把地基打好，卷二才不会踩空。

三条阅读路径

本卷 18 章 54 节，一次读完大约 8 周（每天一小时），但不是每个人都该按同一种顺序读。下面三条路径覆盖了绝大多数人的需求。

路径 A：顺序通读（约 8 周）

最完整的一条。按顺序走完 18 章，每章的代码都亲手敲一遍。

第 1–3 章（地基）→ 第 4–6 章（内存与句柄）→ 第 7–10 章（容器与数学）
→ 第 11–13 章（数据导向与 ECS）→ 第 14–18 章（并发、反射与综合）

适合谁：想真正吃透引擎机制、或打算自研引擎的读者。第 18 章会把前 17 章的零件拼成一个能跑的引擎，不要跳过。这条路径最慢，但拿到的是一套完整的、能自己复现的模型。

路径 B：直奔 ECS 与内存（约 4 周）

已经懂容器与数学、只想看引擎最核心的两块的话：

4.1 → 4.2 → 5.1 → 6.1 → 6.2 → 6.3 → 11.1 → 11.2
→ 12.1 → 12.2 → 13.1 → 13.3 → 18.1 → 18.2

适合谁：时间有限、目标明确是「理解引擎最核心的内存与 ECS」的读者。这条路径读得快，但会牺牲一部分「为什么」。建议至少把第 4 章（内存）完整读——它是后面所有性能结论的地基；跳过它，11、12、13 章的实测数字会变成一堆没有根据的结论。

路径 C：按问题查（随时）

不打算通读，只在遇到具体问题时翻对应章节。

帧率/暂停问题 → 第 2 章；引用失效 → 第 6 章；性能上不去 → 第 11、13 章
存档读不出 → 第 17 章；多核跑不满 → 第 14、15 章；编辑器拿不到类型 → 第 16 章

适合谁：已经有一个能跑的项目，正被某个具体问题卡住的读者。下节「常见问题速查」就是为这条路准备的——它把「你想解决的问题」直接映射到「去看哪一节」。

贯穿项目：《微光岛》

全书只有一个项目：《微光岛》——一款低多边形 3D 收集冒险小游戏。玩家操控一个角色在一座程序化生成的小岛上走动，收集散落的「微光」，昼夜循环随时间推移。

选它，是因为它体量小到能从零写完，又覆盖了 3D 游戏的全部关键面：

范围红线：本卷只做到「一个小方块在场景里走动」为止。真正的画面要等卷二《渲染引擎》。这不是偷懒，而是先把地基夯到能承重。

本卷的可运行性口径

本套书的每一节都标注它属于哪一层，你据此知道「这一节的东西能不能在你机器上跑起来」：

这五层各自意味着什么，值得展开说清楚：

• L1——能真跑。 这是本卷的主战场。内存分配器、句柄系统、容器、数学、ECS、Job System，全部是纯 TypeScript、零运行时依赖，node src/xxx.ts 就能跑，配 vitest 就能断言。你看到的每一段 L1 代码，都是在本机跑过、被单测盯过的。
• L2——需要浏览器。 本卷是内核，一节都用不到 L2。它存在的意义是给卷二《渲染引擎》留位置：等到 GPU 相关的代码登场，就得靠 headless Chromium 跑起来验证。提前写在这里，是为了让你知道「本卷为什么没有它」。
• L3——只能类型检查。 少数代码依赖 Node 26 跑不出来的类型特性（比如平台相关的声明），能通过 tsc --noEmit 但无法直接执行。这类代码会被明确标注，正文会说明「为什么它跑不了」。
• L4——命令行不可复现。 涉及真实硬件、真实时间或平台差异的部分（比如跨线程的真实调度抖动），命令行里复现不了。正文会标「需手动验证」，并给出你该手动观察什么。
• B——性能基准。 凡是给出「快了 N 倍」的结论，背后都有一份 B 级基准：它跑出 JSON，原始数字汇总在附录 C。看到 B 级结论时，请连着附录 C 的原始数据一起看，而不是只记那个倍数。

关于基准数字的诚实声明

本卷会出现不少性能数字——内存占用、遍历耗时、加速比。它们都来自作者本机实测，并附带原始数据（附录 C）。但它们有一个必须说清楚的边界：

这些数字是同机相对量级，绝对数值不可移植。 V8 的 JIT 会在运行时把热点代码编译成机器码，GC 会在不确定的时刻介入，微基准对循环写法极其敏感——同一段代码，换个循环顺序、换个预热次数，结果可能差 50%。所以当你看到「SoA 比 AoS 快 1.6 倍」时，请把重点放在方向而不是倍数上。

真正稳定的结论是那些量级差异，比如「对象数组的堆增量是 60 MB，TypedArray 是 0 MB」——这种结论不会因为写法微调而翻转。本卷会刻意把「方向性结论」和「具体倍数」分开表述：前者你可以直接采信，后者请当作「作者机器上的参考值」。附录 C 会给出测量方法，鼓励你在自己的机器上复现一遍。

全书目录

第 1 部分 地基

引擎是什么、一帧怎么转、子系统怎么活。

第 2 部分 内存与句柄

引擎里最贵的东西，是内存。

第 3 部分 容器与数学

自己写的容器，和游戏里真正用得上的数学。

第 4 部分 数据导向与 ECS

把数据摆对，比把算法写巧更重要。

第 5 部分 并发、反射与综合

让它跑满多核，让它能被编辑，最后把它拼起来。

序、前言与附录

常见问题速查

怎么用这份索引

• 想系统学：走路径 A，从第 1 章 1.1 开始。
• 想抓重点：走路径 B，从第 4 章 4.1 开始。
• 想查问题：直接用上面的「常见问题速查」，或跳到对应小节。
• 想配代码：每一节的代码块都标了层级与来源文件，L1 的可以直接复制出来在 Node 26 上跑，跑不通再回附录 B 对版本。
• 每篇正文末行都有「上一节 / 下一节」导航，也可以随时回到本页。

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