Unity热更新那些事

参考链接
Unity热更新那些事
一小时极速掌握ILRuntime热更新
一小时极速掌握HybridCLR热更新

热更新方案

Unity程序的两种编译方式

• Mono方式
• IL2Cpp方式

编译阶段

执行：源码 -> 四个项目 -> 动态链接库(dll文件) -> CIL(通用汇编语言)
顺序：firstpass，Editor-firstpass->Editor，CSharp

执行阶段

基本概念

• CLR：通用语言运行平台(Common Language Runtime)，是微软的.Net虚拟机
• 主要作用：
  • 编译 – 运行前把C#编译为CIL
  • 运行 – 在运行的时候把CIL转换为各平台的原生码(安卓：ARM指令集，windows：x86、x64指令集)

Mono方式

• 一个基于CLR的开源项目，允许引擎和用户的托管代码运行在每一个目标平台上
• Mono支持的平台：Anfroid，Apple IOS，Linux，Windows等

跨平台原理

• 把C#通过Mono complier(其他语言用的是Unity单独开发的一个Unity complier)，编译为CIL语言
• 各个平台下的Mono虚拟机，运行CIL语言，转换成原生码给CPU执行

Mono虚拟机如何运行CIL

• JIT(Just In TIme)模式 – 在编译的时候，把C#编译成CIL，在运行时逐条读入，逐条解析翻译成原生码交给CPU再执行；
• AOT(Ahead Of Time)模式 – 在编译成CIL之后，会把CIL再处理一遍编译为原生码，运行时交给CPU直接执行，Mono下的AOT只会处理部分的CIL，还有一部分CIL采用了JIT模式；
• Full AOT模式 – 在编译为CIL之后，把所有的CIL编译为原生码，在运行的时候直接执行(ios平台只能使用这种)

IL2CPP方式

IL2CPP会在项目转成CIL之后，再把CIL转为CPP，然后在运行的时候把CPP加载进来，由各个平台的IL2PP VM转换为原生码

IL2CPP工作原理
使用IL2CPP开始构建时，Unity会自动执行以下步骤：

• 将Unity Scripting API代码编译为常规.NET DLL(托管程序集)
• 应用托管字节码剥离(此步骤可显著减小构建的游戏大小)
• 将所有托管程序集转换为标准C++代码
• 使用本机平台编译器编译生成的C++代码和IL2CPP的运行时部分
• 将代码链接到可执行文件或DLL，具体取决于目标平台
  

IL2CPP方式脚本编译流程

• IL2CPP做的改变由下图红色部分标明
• 在得到中间语言IL后，使用IL2CPP将他们重新变回C++代码，然后再由各个平台的C++编译器直接编译成能执行的原生汇编代码
  

IL2CPP的优缺点

• 优点
  • 运行速度快(CPP转原生码比CIL快)
  • 减少Unity公司的维护成本(Mono VM官方不支持这么多平台，所以很多平台的Mono VM都需要Unity自己维护，而C++编译器是各个平台现成的)
• 缺点
  • 包体会变大
  • 编译速度慢
  • 不支持JIT

两种方式打包以后的项目目录结构

其他

IOS平台热更的困境

• Unity只有IL2CPP模式的才支持64位系统，Mono不支持
• 苹果在2016年1月要求所有新上架游戏必须支持64位架构
• IOS系统禁止动态加载代码到内存并执行
  

总结：C#脚本限制

• IOS系统禁止动态加载代码到内存，并执行
• 反射：
  • System.Reflection可用(只要编译器可以推断通过反射使用的代码需要在运行时存在)
  • System.Reflection.Emit命名空间中的任何方法不可用
• 序列化：
  • 如果一个类型或一个方法仅通过反射被创建或被调用，则AOT编译器无法检测到需要为该类型或方法生成代码
• 泛型虚方法：
  • 泛型虚方法由于在编译时类型不确定，编译器也不会在编译期生成针对特定类型的泛型方法调用

解决方案

采用解释执行语言，而非编译执行

• Lua:Tolua/Xlua
• C#：ILRuntime

ILRuntime热更新

官方文档

ILRuntime项目为基于C#的平台（例如Unity）提供了一个纯C#实现，快速、方便且可靠的IL运行时，使得能够在不支持JIT的硬件环境（如iOS）能够实现代码的热更新

ILRuntime使用注意

• 跨域委托：需要额外添加适配器或者转换器
• 跨域继承：如果想在热更DLL项目当中继承/实现一个Unity主工程里的类/接口，需要在Unity主工程中实现一个继承适配器，并注册
• 反射转换：热更工程中的IL类型和C#类型系统不能混用，要类型映射后使用
• CLR重定向
• CLR绑定

ILRuntime的实现原理

• ILRuntime借助Mono.Cecil库来读取DLL的PE信息，以及当中类型的所有信息，最终得到方法的IL汇编码，然后通过内置的IL解译执行虚拟机来执行DLL中的代码
• 为了高性能进行运算，尤其是栈上的基础类型运算，如int,float,long之类类型的运算，直接借助C#的Stack类实现IL托管栈肯定是个非常糟糕的做法。因为这意味着每次读取和写入这些基础类型的值，都需要将他们进行装箱和拆箱操作，这个过程会非常耗时并且会产生巨量的GC Alloc，使得整个运行时执行效率非常低下
• 因此ILRuntime使用unsafe代码以及非托管内存，实现了自己的IL托管栈。

ILRuntime的性能优化建议

• 在Release模式下进行性能测试
• 关闭Development Build选项来发布Unity项目
• 避免GC：
  • ILRuntime跨域调用默认采用反射，这种方式少用，多用CLR绑定或基于InvocationContext的调用
  • 基于IL托管栈重新实现值类型的代码绑定(使用unsafe代码以及非托管内存)
  • 在频繁调用的方法(例如Update方法)上避免使用params可变参数列表(会new数组出来)

ILRuntime的性能优化建议

• 不依赖MonoBehaviour的代码框架
• 自动化CLR绑定代码生成
• 与Addressable资源管理和热更系统的结合

HybridCLR热更新

官方文档

• HybridCLR是一个特性完整、零成本、高性能、低内存的近乎完美的Unity全平台原生c#热更方案。

• HybridCLR扩充了il2cpp的代码，使它由纯AOT runtime变成AOT+Interpreter 混合runtime，进而原生支持动态加载assembly，使得基于il2cpp backend打包的游戏不仅能在Android平台，也能在IOS、Consoles等限制了JIT的平台上高效地以AOT+interpreter混合模式执行，从底层彻底支持了热更新。

• HybridCLR不仅支持传统的全解释执行模式，还开创性地实现了 Differential Hybrid Execution(DHE) 差分混合执行技术。即可以对AOT dll任意增删改，会智能地让变化或者新增的类和函数以interpreter模式运行，但未改动的类和函数以AOT方式运行，让热更新的游戏逻辑的运行性能基本达到原生AOT的水平。