Tags: C#, Unity, 热更新
简介
InjectFix是腾讯开源的Unity C#热更新解决方案。本文主要介绍InjectFix的相关内容，从手把手的一个例子来介绍如何使用InjectFix，一直到阅读源码来分析它的内部实现原理。
项目主页：
https://github.com/Tencent/InjectFix
原理介绍（原作者）：
https://www.oschina.net/news/109803/injectfix-opensource
如何使用InjectFix
这里我们会从一个空项目开始，介绍如何使用InjectFix。并根据这个例子做引子来进行它的原理分析。
本文的例子的源码都在：https://github.com/sandin/InjectFixSample
这里InjectFix的使用说明主要是参考Github上面的官方帮忙文档：
https://github.com/Tencent/InjectFix/blob/master/Doc/quick_start.md
本例中使用的开发环境如下：
- macOS Big Sur 11.1
- Unity 2019.4.17f1c1 (安装目录：/Applications/Unity/Hub/Editor/2019.4.17f1c1/Unity.app）
接入InjectFix
第一步就是讲InjectFix的源码clone到本地：
$ git clone git@github.com:Tencent/InjectFix.git
然后准备开始编译源码，windows环境的编译脚本为 build_for_unity.bat ，Mac环境为 build_for_unity.sh ，需要先修改该编译脚本的UNITY_HOME值，将其修改为本机Unity编辑器的安装目录。
例如本例中我们修改 build_for_unity.sh 中的
UNITY_HOME="/Applications/Unity/Hub/Editor/2019.4.17f1c1/Unity.app"
然后执行编译脚本即可开始编译。
$ cd InjectFix/VsProj
$ ./build_for_unity.sh
这个编译脚本会使用Unity自带的Mono编译器，将源码中的一些CS脚本进行编译，并生成一些CS脚本，最后编译出IFix的核心库 IFix.Core.dll ，这个库就是唯一需要接入到项目中去的热更新库。
编译成功后会生成如下几个文件：
- Source/UnityProj/Assets/Plugins/IFix.Core.dll
- Source/UnityProj/IFixToolkit/IFix.exe
- Source/UnityProj/IFixToolkit/IFix.exe.mdb
- Source/VSProj/Instruction.cs
- Source/VSProj/ShuffleInstruction.exe
接下来我们创建一个新的项目，并将InjectFix的如下文件夹拷贝到我们的项目根目录。
- 项目根目录
- IFixToolKit ← InjectFix/Source/UnityProj/IFixToolKit
- Assets
- IFix ← InjectFix/Source/UnityProj/Assets/IFix
- Plugins ← InjectFix/Source/UnityProj/Assets/Plugins
拷贝后则会发现Unity编辑器的菜单栏增加了 【InjectFix】菜单。
然后我们新建一个C#脚本文件，作为热更新的实验，代码如下：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using IFix;
using IFix.Core;
using UnityEngine;
public class NewBehaviourScript : MonoBehaviour
{
void Start()
{
string text = Path.Combine(Application.streamingAssetsPath, "Assembly-CSharp.patch.bytes");
bool flag = File.Exists(text);
if (flag)
{
Debug.Log("Load HotFix, patchPath=" + text);
PatchManager.Load(new FileStream(text, FileMode.Open), true);
}
}
void Update()
{
}
void OnGUI()
{
if (GUI.Button(new Rect((Screen.width - 200) / 2, 20, 200, 100), "Call FuncA"))
{
Debug.Log("Button, Call FuncA, result=" + FuncA());
}
}
public string FuncA()
{
return "Old";
}
}
然后通过提供Config文件，告诉IFix我们可能需要热更新的类有哪些（必须放到Editor目录下）。
using System;
using System.Collections.Generic;
using IFix;
[Configure]
public class InterpertConfig
{
[IFix]
static IEnumerable<Type> ToProcess
{
get
{
return new List<Type>() {
typeof(NewBehaviourScript),
};
}
}
}
正常运行程序，点击按钮，会看到控制台输出 FuncA 的返回值为字符串 Old .
Unity会将我们的C#代码编译成DLL文件，路径为：<ProjectRoot>\Library\ScriptAssemblies\Assembly-CSharp.dll。此时这个DLL文件是还未进行任何插桩修改的，也就是暂时还没有热更新能力的。
在正式打包之前需要运行编辑器菜单 【InjectFix】-【Inject】来对我们的DLL进行自动插桩。（注意编辑器需要处在非运行状态才可进行注入）。
运行这个菜单工具后，这时IFix会根据我们提供的Config文件去给这些注册的类里面的每个方法插桩，它会直接修改 <ProjectRoot>\Library\ScriptAssemblies\Assembly-CSharp.dll 这个文件，正常注入后即可得到一个拥有热更新能力的DLL文件。
生成补丁
在打包完成后，例如需要对某个函数进行热修复，那么我们需要来制作补丁。
例如我们如下函数进行修复，将FuncA的返回值从 "Old" 修改为 ”New“，那么需要将需要打补丁的函数打上 [Patch] 的注解来告诉IFix我们希望给该函数打补丁。
public class NewBehaviourScript : MonoBehaviour
{
[Patch]
public string FuncA()
{
return "New";
}
}
然后运行编辑器菜单 【InjectFix】-【Fix】来对生成补丁，生成的补丁会保存在项目根目录的，文件名为： Assembly-CSharp.patch.bytes, 这是一个二进制的il字节码。
将补丁文件移动到我们想要放置补丁的目录下，使用如下代码即可自动加载和应用这些补丁：
string text = Path.Combine(Application.streamingAssetsPath, "Assembly-CSharp.patch.bytes");
bool flag = File.Exists(text);
if (flag)
{
Debug.Log("Load HotFix, patchPath=" + text);
PatchManager.Load(new FileStream(text, FileMode.Open), true);
}
为了在编辑器里面实验，这里我们需要把代码回滚一下，回复到补丁之前的版本来验证热更新是否有效，如下：
public class NewBehaviourScript : MonoBehaviour
{
public string FuncA()
{
return "Old";
}
}
这时在编辑器里运行，我们会发现控制台输出 FuncA 函数的输出值为 Old 。
然后我们再次点击菜单 【InjectFix】- 【Inject】 来进行插桩，再次运行则会发现控制台的输出会变成 New ：
Load HotFix, patchPath=/Users/liudingsan/project/unity/IFixTest/IFixTest/Assets/StreamingAssets/Assembly-CSharp.patch.bytes
Button, Call FuncA, result=New
这里我们就成功的使用InjectFix进行了C#代码的热更新。接下来我们会深入源码中来了解InjectFix的具体实现原理。
原理分析
IFix的原理主要包括两个部分：
- 自动插桩，首先在代码里面插桩，进入这些的函数的时候判断是否需要热更新，如果需要则直接跳转去执行热更新补丁中的IL指令。
- 生成补丁，将需要热更新的代码生成为IL指令。
技术难点在于去实现一个IL运行时的虚拟机，支持所有的IL指令。
自动插桩
插桩的入口在菜单 【InjectFix】-【Inject】，源码在：Source/UnityProj/Assets/IFix/Editor/ILFixEditor.cs
[MenuItem("InjectFix/Inject", false, 1)]
public static void InjectAssemblys()
{
if (EditorApplication.isCompiling || Application.isPlaying)
{
UnityEngine.Debug.LogError("compiling or playing");
return;
}
EditorUtility.DisplayProgressBar("Inject", "injecting...", 0);
try
{
InjectAllAssemblys();
}
catch(Exception e)
{
UnityEngine.Debug.LogError(e);
}
EditorUtility.ClearProgressBar();
}
InjectAllAssemblys 对 ./Library/ScriptAssemblies 目录下的两个dll文件进行注入：
- Assembly-CSharp.dll
- Assembly-CSharp-firstpass.dll
/// <summary>
/// 对指定的程序集注入
/// </summary>
/// <param name="assembly">程序集路径</param>
public static void InjectAssembly(string assembly)
{
}
反编译它可以看到它给原代码进行了插桩，修改如下：
public class NewBehaviourScript2 : MonoBehaviour
{
private void Start()
{
if (WrappersManagerImpl.IsPatched(16))
{
WrappersManagerImpl.GetPatch(16).__Gen_Wrap_0(this);
return;
}
string text = Path.Combine(Application.streamingAssetsPath, "Assembly-CSharp.patch.bytes");
bool flag = File.Exists(text);
if (flag)
{
Debug.Log("Load HotFix, patchPath=" + text);
PatchManager.Load(new FileStream(text, FileMode.Open), true);
}
}
private void Update()
{
if (WrappersManagerImpl.IsPatched(17))
{
WrappersManagerImpl.GetPatch(17).__Gen_Wrap_0(this);
return;
}
}
private void OnGUI()
{
if (WrappersManagerImpl.IsPatched(18))
{
WrappersManagerImpl.GetPatch(18).__Gen_Wrap_0(this);
return;
}
bool flag = GUI.Button(new Rect((float)((Screen.width - 200) / 2), 20f, 200f, 100f), "Call FuncA");
if (flag)
{
Debug.Log("Button, Call FuncA, result=" + this.FuncA());
}
}
public string FuncA()
{
if (WrappersManagerImpl.IsPatched(19))
{
return WrappersManagerImpl.GetPatch(19).__Gen_Wrap_5(this);
}
return "Old";
}
}
可以看到每个函数都增加一个if判断的插桩，用来判断这个方法是否需要热更新的版本，如果有则直接跳转去执行热更新的代码，否则正常执行该方法的原代码。
if (WrappersManagerImpl.IsPatched(19))
{
return WrappersManagerImpl.GetPatch(19).__Gen_Wrap_5(this);
}
其中判断是否有patch以及获取patch都是由IFix生成的代码来实现的，如下：（生成这段代码的源码在：https://github.com/Tencent/InjectFix/blob/master/Source/VSProj/Src/Tools/CodeTranslator.cs）
namespace IFix
{
public class WrappersManagerImpl : WrappersManager
{
public static bool IsPatched(int id)
{
return id < ILFixDynamicMethodWrapper.wrapperArray.Length && ILFixDynamicMethodWrapper.wrapperArray[id] != null;
}
public static ILFixDynamicMethodWrapper GetPatch(int id)
{
return ILFixDynamicMethodWrapper.wrapperArray[id];
}
}
}
调用patch的代码，实现如下：
namespace IFix
{
public class ILFixDynamicMethodWrapper
{
public string __Gen_Wrap_5(object P0)
{
Call call = Call.Begin();
if (this.anonObj != null)
{
call.PushObject(this.anonObj);
}
call.PushObject(P0);
this.virtualMachine.Execute(this.methodId, ref call, (this.anonObj != null) ? 2 : 1, 0);
return call.GetAsType<string>(0);
}
private VirtualMachine virtualMachine;
}
}
这里我们看到热更新的逻辑就是将参数入栈，然后调用IFix实现的il虚拟机( VirtualMachine ) 来执行这个函数。
这里的VirtualMachine是由接入项目中的 Assets\Plugins\IFix.Core.dll 提供的，源码在：https://github.com/Tencent/InjectFix/blob/master/Source/VSProj/Src/Core/VirtualMachine.cs
这个VirtualMachine虚拟机是由加载补丁的时候 PatchManager.Load函数创建的:
public static class PatchManager
{
unsafe static public VirtualMachine Load(Stream stream, bool checkNew = true)
{
// ...
// stream是二进制的补丁，里面放着热更新代码的IL指令，该二进制文件格式参考后面章节
BinaryReader reader = new BinaryReader(stream);
// 这里会将二进制的补丁文件的所有热更新的方法定义及IL指令都读出来
// 并把所有指令都保存到unmanagedCodes变量中，传给 VirtualMachine 构造函数。
unmanagedCodes = (Instruction**)nativePointer.ToPointer();
var virtualMachine = new VirtualMachine(unmanagedCodes, () =>
{
for (int i = 0; i < nativePointers.Count; i++)
{
System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal(nativePointers[i]);
}
})
{
ExternTypes = externTypes,
ExternMethods = externMethods,
ExceptionHandlers = exceptionHandlers.ToArray(),
InternStrings = internStrings,
FieldInfos = fieldInfos,
AnonymousStoreyInfos = anonymousStoreyInfos,
StaticFieldTypes = staticFieldTypes,
Cctors = cctors
};
// ...
}
}
创建虚拟机方法如下：
internal VirtualMachine(Instruction** unmanaged_codes, Action on_dispose);
- 参数1： 热修复的所有函数及其IL指令。
- 参数2：当虚拟机被消耗时，用于释放相关内存的析构函数。
执行热更新的代码，主要通过调用 VirtualMachine 的 Execute 函数来实现的，这个方法会直接去执行热更新补丁中这个函数的IL指令：
public void Execute(int methodIndex, ref Call call, int argsCount, int refCount = 0)
{
Execute(unmanagedCodes[methodIndex], call.argumentBase + refCount, call.managedStack,
call.evaluationStackBase, argsCount, methodIndex, refCount, call.topWriteBack);
}
public Value* Execute(Instruction* pc, Value* argumentBase, object[] managedStack,
Value* evaluationStackBase, int argsCount, int methodIndex,
int refCount = 0, Value** topWriteBack = null)
{
// ...
}
这里传参的pc就直接是热更新代码的IL指令，关于IL的说明可查看wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Common_Intermediate_Language
补丁格式
参考源码：Source\VSProj\Src\Builder\FileVirtualMachineBuilder.cs
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