热更新探索

一、什么是Mono

Mono虚拟机包含一个实时编译引擎,该引擎可用于如下处理器: x86, SPARC, PowerPC, ARM, S390 (32位模式和64位模式), x86-x64, IA64和64位模式的SPARC.该虚拟机可以将代码实时编译或者预先编译到原生代码.对于那些没有列出来的系统,则使用的是代码解释器。

它包含了一个C#语言的编译器，一个CLR的运行时，和一组类库，并实现了 ADO NET和ASP NET。

二、Mono为何能跨平台

简而言之，其实现原理在于使用了叫CIL（Common Intermediate Language通用中间语言，也叫做MSIL微软中间语言）的一种代码指令集，CIL可以在任何支持CLI（Common Language Infrastructure，通用语言基础结构）的环境中运行，就像.NET是微软对这一标准的实现，Mono则是对CLI的又一实现，是.NET框架的开源版本。由于CIL能运行在所有支持CLI的环境中，也就是说和具体的平台或者CPU无关。

代码的编译只需要分为两部分：

1. 从代码本身到CIL的编译（其实之后CIL还会被编译成一种位元码，生成一个CLI assembly）
2. 运行时从CIL（其实是CLI assembly，不过为了直观理解，不必纠结这种细节）到本地指令的即时编译（这就引出了为何U3D官方没有提供热更新的原因：在iOS平台中Mono无法使用JIT引擎，而是以Full AOT模式运行的，所以此处说的额即时编译不包括IOS）

为什么CIL与CPU架构无关

CIL是基于堆栈的，也就是说CIL的VM（mono运行时）是一个栈式机。这就意味着数据是推入堆栈，通过堆栈来操作的，而非通过CPU的寄存器来操作，所以跟你CPU怎么架构的没啥关系

堆栈与寄存器关系

• 寄存器：寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们回可用来暂存指令、答数据和位址。寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快，高于内存条的读写速度。

• 堆栈：内存是CPU和硬盘之间的通道，数据结构为堆栈。

  堆和栈的申请方式不同：栈（英文名称是stack）是系统自动分配空间的，而堆（英文名称是heap）则是程序员根据需要自己申请的空间。

  由于栈上的空间是自动分配自动回收的，所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中，运行后就释放掉，不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间，就一直可以访问到，不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。

CIL编译本机原生代码的过程

Mono提供了两种编译方式，就是我们经常能看到的：JIT（Just-in-Time compilation，即时编译）和AOT（Ahead-of-Time，提前编译或静态编译）。这两种方式都是将CIL进一步编译成平台的原生代码。

JIT即时编译：

从名字就能看的出来，即时编译，或者称之为动态编译，是在程序执行时才编译代码，解释一条语句执行一条语句，即将一条中间的托管的语句翻译成一条机器语句，然后执行这条机器语句。但同时也会将编译过的代码进行缓存，而不是每一次都进行编译。所以可以说它是静态编译和解释器的结合体。不过你想想机器既要处理代码的逻辑，同时还要进行编译的工作，所以其运行时的效率肯定是受到影响的。因此，Mono会有一部分代码通过AOT静态编译，以降低在程序运行时JIT动态编译在效率上的问题。

JIT编译需要底层系统支持动态代码生成，对操作系统来说这意味着要支持动态分配带有“可写可执行”权限的内存页。当一个应用程序拥有请求分配可写可执行内存页的权限时，它会比较容易受到攻击从而允许任意代码动态生成并执行，这样就让恶意代码更容易有机可乘。不过一向严苛的IOS平台是不允许这种动态的编译方式的，IOS并非把JIT禁止了。或者换个句式讲，IOS封了内存（或者堆）的可执行权限，写入权限和执行权限二选一，相当于变相的封锁了JIT这种编译方式。这也是U3D官方无法给出热更新方案的一个原因。而Android平台恰恰相反，Dalvik虚拟机使用的就是JIT方案。

AOT静态编译：

其实Mono的AOT静态编译和JIT并非对立的。AOT同样使用了JIT来进行编译，只不过是被AOT编译的代码在程序运行之前就已经编译好了。当然还有一部分代码会通过JIT来进行动态编译。

AOT的过程：

1. 收集要被编译的方法
2. 使用JIT进行编译
3. 发射（Emitting）经JIT编译过的代码和其他信息
4. 直接生成文件或者调用本地汇编器或连接器进行处理之后生成文件。

Full AOT：

当然上文也说了，IOS平台是禁止使用JIT的，可看样子Mono的AOT模式仍然会保留一部分代码会在程序运行时动态编译。所以为了破解这个问题，Mono提供了一个被称为Full AOT的模式。即预先对程序集中的所有CIL代码进行AOT编译生成一个本地代码映像，然后在运行时直接加载这个映像而不再使用JIT引擎。目前由于技术或实现上的原因在使用Full AOT时有一些限制，不过这里不再多说了。以后也还会更细的分析下AOT。

Mono跨平台总结

1. CIL是CLI标准定义的一种可读性较低的语言。
2. 以.NET或mono等实现CLI标准的运行环境为目标的语言要先编译成CIL，之后CIL会被编译，并且以位元码的形式存在（源代码--->中间语言的过程）。
3. 这种位元码运行在虚拟机中(.net mono的运行时）。
4. 这种位元码可以被进一步编译成不同平台的原生代码（中间语言--->原生代码的过程）。
5. 面向对象
6. 基于堆栈

出处：https://www.cnblogs.com/murongxiaopifu/p/4211964.html

三、热更本质

热更新，就是将需要更新的代码保存为Dll，然后程序动态的加载c#的DLL，反射调用DLL中的代码方法来达到脚本更新。

在CLR Via C#中，对于DLL的加载有详细的讲解，这儿就不再长篇幅的讲解整个过程，简单的来说，在C#的工程中，都会生成一个默认的程序域appDomain，就叫做DefaultAppDomain吧，在这个程序域的基础上，我们可以加载多个不同的程序集。在.Net中，程序集不能卸载，但是可以随着程序域的释放而一起释放，所以我们可以利用程序域来实现程序集（DLL）的加载和释放。

Unity在PC和安卓平台热更DLL代码如下（至于为什么IOS平台无法使用这种方式，在前文CIL编译过程中有讲到）：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using UnityEngine;
using System.Reflection;

namespace ETModel
{
    public sealed class Hotfix : Object
    {
        private Assembly assembly;

        //IL静态方法
        private IStaticMethod start;
        //热更程序集中的所有类型
        private List<Type> hotfixTypes;

        public void Start()
        {
            LoadHotfixAssembly();
            //执行静态热更方法
            this.start.Run();
        }

        /// <summary>
        /// 加载热更程序集
        /// </summary>
        public void LoadHotfixAssembly()
        {
            //加载程序集文件
            Game.Scene.GetComponent<ResourcesComponent>().LoadBundle($"code.unity3d");
            GameObject code = (GameObject)Game.Scene.GetComponent<ResourcesComponent>().GetAsset("code.unity3d", "Code");

            //-载入程序集
            //将程序集文件转换成字符流
            byte[] assBytes = code.Get<TextAsset>("Hotfix.dll").bytes;
            byte[] pdbBytes = code.Get<TextAsset>("Hotfix.pdb").bytes;

            Log.Debug($"当前使用的是Mono模式");
            //加载程序集
            this.assembly = Assembly.Load(assBytes, pdbBytes);
            //获取要执行方法所在的类的类型
            Type hotfixInit = this.assembly.GetType("ETHotfix.Init");
            //创建执行方法（类型，方法名）
            this.start = new MonoStaticMethod(hotfixInit, "Start");
            //获取热更程序集中的所有类型
            this.hotfixTypes = this.assembly.GetTypes().ToList();

            //卸载资源
            Game.Scene.GetComponent<ResourcesComponent>().UnloadBundle($"code.unity3d");
        }
    }
}

四、编译器与解释器

什么是编译器

编译器是一种计算机程序，负责把一种编程语言编写的源码转换成另外一种计算机代码，后者往往是以二进制的形式被称为目标代码(object code)。这个转换的过程通常的目的是生成可执行的程序。

编译器的产出是「另外一种代码」，然后这些代码等着被别人拿来执行，如果还不能直接被执行，那么还需要再编译或解释一遍，再交由计算机硬件执行。
编译器，往往是在「执行」之前完成，产出是一种可执行或需要再编译或者解释的「代码」。

什么是解释器

解释器是一种计算机程序，它直接执行由编程语言或脚本语言编写的代码，并不会把源代码预编译成机器码。一个解释器，通常会用以下的姿势来执行程序代码：

• 分析源代码，并且直接执行。
• 把源代码翻译成相对更加高效率的中间码，然后立即执行它。
• 执行由解释器内部的编译器预编译后保存的代码

可以把解释器看成一个黑盒子，我们输入源码，它就会实时返回结果。不同类型的解释器，黑盒子里面的构造不一样，有些还会集成编译器，缓存编译结果，用来提高执行效率（例如 Chrome V8 也是这么做的）。

解释器通常是工作在「运行时」，并且对于我们输入的源码，是一行一行的解释然后执行，然后返回结果。

五、IOS可替代热更方案

现在比较流行的热更方案还是以Lua和C#为主

基于Lua的热更

Lua 是一种脚本语言，可以运行再对应平台的虚拟机上。Lua 在虚拟机上是被解释-执行，而不是像 JIT 一样先编译成对应机器码，没有编译过程，所以不会受到IOS的限制。我们所需要做的就是在程序里嵌入一个Lua解释器然后在运行时读取脚本并解释执行（当然，还要再C#与Lua代码之间做一些数据通信，以及在Lua代码支持对C#的调用 ）。

通过覆盖脚本即可实现逻辑的更新。lua方案相比起C#通过 JIT 或者 AOT 得到的 native code 一般而言性能上相对弱势，更不用说还有 IL2CPP这种东西。把性能敏感模块弄成非 lua 代码还是相当地有必要的。所以还是需要提前确定好哪部分代码是需要热更的，需要项目把频繁迭代的业务模块以及稳定的基本功能模块划分开来，（不过大部分项目早期开发基本所有地方都是要频繁地迭代修复的。。。）。

C#转Lua

Lua 这种弱类型语言开发效率与维护体验对很多人来说都是不如C#的，于是就出现了一些能够将C#代码转换为Lua的工具。但是显然lua不可能把所有特性都支持了，实际项目也不是所有代码都需要热更新，实际搞进工作流还是有很多的麻烦的，不过幸好已经有了很多比较成熟的方案，比如xlua、tolua 。总的来说这类方案的核心热更原理还是基于Lua解释型脚本语言的特点。

ILRuntime

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。

上面是ILRuntime作者对原理的讲解，再次对其中几点进行补充。

1. DLL文件打包出来时被编译成了IL汇编语言。
2. ILRuntime抽象来说是个虚拟机，用于桥接热更工程DLL的IL调用主工程中IL代码。
3. ILRuntime没有对代码进行任何修改或编译，也没有对内存或硬件进行任何修改，只是起引导调用的作用。
4. 由于ILRuntime没有生成代码和执行，那么也就不存在IOS内存写入执行权限限制。