huatuo——划时代的Unity全平台原生c#热更新方案

发表于2022-04-26
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huatuo是一个特性完整、零成本、高性能、低内存近乎完美的Unity全平台原生c#热更方案。

 

huatuo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。

 

特性

 

  • 特性完整。 近乎完整实现了ECMA-335规范,除了 下文中"限制和注意事项" 之外的特性都支持。
  • 零学习和使用成本。 huatuo将纯AOT runtime增强为完整的runtime,使得热更新代码与AOT代码无缝工作。脚本类与AOT类在同一个运行时内,可以随意写继承、反射、多线程(volatile、ThreadStatic、Task、async)之类的代码。不需要额外写任何特殊代码、没有代码生成,也没有什么特殊限制。
  • 执行高效。实现了一个极其高效的寄存器解释器,所有指标都大幅优于其他热更新方案。性能测试报告
  • 内存高效。 热更新脚本中定义的类跟普通c#类占用一样的内存空间,远优于其他热更新方案。内存占用报告
  • 原生支持hotfix修复AOT部分代码。几乎不增加任何开发和运行开销。

 

工作原理

huatuo从mono的Hybrid mode execution技术中得到启发,为unity的il2cpp之类的AOT runtime额外提供了interpreter模块,将它们由纯AOT运行时改造为"AOT + Interpreter"混合运行方式。

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更具体地说,huatuo做了以下几点工作:

  • 实现了一个高效的元数据(dll)解析库
  • 改造了元数据管理模块,实现了元数据的动态注册
  • 实现了一个IL指令集到自定义的寄存器指令集的compiler
  • 实现了一个高效的寄存器解释器
  • 额外提供大量的instinct函数,提升解释器性能
  • 提供hotfix AOT的支持 (进行中)

与其他流行的c#热更新方案的区别

简单类比,将il2cpp比作一只没有翅膀的鸟儿,只能地面行走,huatuo则让il2cpp直接长出原生翅膀,可以飞翔。 而其他热更方案则类似于做了一个飞行器,让它可以乘坐飞起来。

 

本质比较

 

huatuo是原生的c#热更新方案。通俗地说,il2cpp相当于mono的aot模块,huatuo相当于mono的interpreter模块,两者合一成为完整mono。huatuo使得il2cpp变成一个全功能的runtime,原生(即通过System.Reflection.Assembly.Load)支持动态加载dll,从而支持ios平台的热更新。

 

正因为huatuo是原生runtime级别实现,热更新部分的类型与主工程AOT部分类型是完全等价并且无缝统一的。可以随意调用、继承、反射、多线程,不需要生成代码或者写适配器。

 

其他热更新方案则是独立vm,与il2cpp的关系本质上相当于mono中嵌入lua的关系。因此类型系统不统一,为了让热更新类型能够继承AOT部分类型,需要写适配器,并且解释器中的类型不能为主工程的类型系统所识别。特性不完整、开发麻烦、运行效率低下。

 

实际使用体验或者特性比较

 

  • huatuo学习和使用成本几乎为零。huatuo 让il2cpp变成全功能的mono,学习和使用成本几乎为零,几乎零侵入性。而其他方案则有大量的坑和需要规避的规则,学习和使用成本,需要对原项目作大量改造。
  • huatuo可以使用所有c#的特性。而其他方案往往有大量的限制。
  • huatuo中可以直接支持使用和继承主工程中的类型。其他方案要写适配器或者生成代码。
  • huatuo中热更新类型与主工程的AOT类型无缝统一。huatuo中反射代码能够正常工作的,主工程部分也可以通过标准Reflection接口创建出热更新对象。其他方案做不到。
  • huatuo对多线程支持良好。像多线程、ThreadStatic、async等等特性都是huatuo直接支持,其他方案除了async特性外均难以支持。
  • huatuo中Unity工作流与原生几乎完全相同。huatuo中热更新MonoBehaviour可以直接挂载在热更新资源上,并且正确工作。其他方案不行。
  • huatuo兼容性极高。各种第三方库只要在il2cpp下能工作,在huatuo下也能正常工作。其他方案往往要大量魔改源码。
  • huatuo内存效率极高。huatuo中热更新类型与主工程的AOT类型完全等价,占用一样多的空间。其他方案的同等类型则是假类型,不仅不能被runtime识别,还多占了数倍空间。
  • huatuo执行效率高。huatuo中热更新部分与主工程AOT部分交互属于il2cpp内部交互,效率极高。而其他方案则是独立虚拟机与il2cpp之间的效率,不仅交互麻烦还效率低下。

 

稳定性状况

 

技术评估上目前稳定性处于Alpha版本与Beta版本之间。

  • 完成了绝大多数指令的单元测试。只有calli、initblk等少数难以直接在c#里构造的指令未添加对应的单元测试。
  • 对照c#规范完成各项语法测试。
  • 测试了游戏常用库和框架的兼容性,兼容性良好。 参见兼容性报告
  • 可以正确地加载 luban 配置
  • 可以正确地运行 2048这样的轻量小游戏
  • 可以运行 StarForce 这样的小型游戏
  • 目前已经能在pc平台顺利运行一个大型的MMORPG游戏项目。
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RoadMap

huatuo虽然与il2cpp相关,但绝大多数核心代码独立于il2cpp,很容易移植(预计一个月)到其他不支持AOT+Interpreter的CLR平台。无论unity如何版本变迁,哪怕废弃了il2cpp改用.net 6+,huatuo会持续跟进,稳定地提供跨平台的CLR热更新服务,直至某天.net官方直接支持AOT+Interpreter,则huatuo完成其历史使命。

 

  • 持续修复bug,在Win平台能正常运行一个中大型游戏 (2022.4)
  • 持续跟进unity的版本更新,支持更多的unity版本。查看现在支持的Unity版本 (2022.4)
  • 推进Android与ios的全平台测试 (2022.5)
  • 支持 hotfix AOT部分的bug (2022.6)
  • 除去大多数普通AOT泛型类限制 (2022.6)
  • 支持增量式gc。 (2022.7)
  • 指令优化,编译后指令数减少到原来1/4-1/2,基础指令和大多数对象模型指令有100%-300%的性能提升。 (2022.7 出预览版本)
  • 支持 extern函数 (2022.7)
  • 其他内存和效率优化,以及代码重构
  • ===支持godot引擎===(2022.12)
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