HybridCLR——划时代的Unity原生C#热更新技术

发布时间:2024-08-18 13:01

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。

HybridCLR开创性地实现了“Differential Hybrid Dll“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。

HybridCLR(wolong)原作者walon(focus-creative-games创始人)将该系列课程放入UWA学堂连载更新,现已【免费上线UWA学堂】,本文先带大家对HybridCLR——划时代的Unity原生C#热更新技术有个简单的了解,更多内容可前往UWA学堂查看。


1. 基础概念

1.1 CLR
CLR即Common Language Runtime,中文叫公共语言运行时,是让.NET程序执行所需的外部服务的集合,是.NET平台的核心和最重要的组件,类似于Java的JVM。更详细介绍请看《公共语言运行时 (CLR) 概述》

1.2 IL2CPP
IL2CPP是Unity开发的跨平台CLR解决方案,诞生它的一个关键原因是Unity需要跨平台运行。但一些平台如iOS,这种禁止JIT并导致依赖JIT的官方CLR虚拟机无法运行,而是必须使用AOT技术将Mananged程序提前转化为目标平台的静态原生程序后再运行。而Mono虽然也支持AOT,但性能较差以及跨平台支持不佳。

IL2CPP方案包含一套AOT运行时以及一套DLL到C++代码及元数据的转换工具,使得原始的C#开发的代码最终能在iOS这样的平台运行起来。

1.3 IL2CPP与热更新
很不幸,不像Mono有Hybrid mode execution,可支持动态加载DLL。IL2CPP是一个纯静态的AOT运行时,不支持运行时加载DLL,因此不支持热更新。

目前Unity平台的主流热更新方案xLua、ILRuntime之类都是引入一个第三方VM(Virtual Machine),在VM中解释执行代码,来实现热更新。这里我们只分析使用C#为开发语言的热更新方案。这些热更新方案的VM与IL2CPP是独立的,意味着它们的元数据系统是不相通的,在热更新里新增一个类型是无法被IL2CPP所识别的(例如,通过System.Activator.CreateInstance是不可能创建出这个热更新类型的实例),这种看起来像,但实际上又不是的伪CLR虚拟机,在与IL2CPP这种复杂的CLR运行时交互时,会产生极大量的兼容性问题,另外还有严重的性能问题。

一个大胆的想法是,是否有可能对IL2CPP运行时进行扩充,添加Interpreter模块,进而实现Mono hybrid mode execution这样机制?这样一来就能彻底支持热更新,并且兼容性极佳。对开发者来说,除了解释模式运行的部分执行得比较慢,其他方面跟标准的运行时没有区别。

对IL2CPP加以了解并且深思熟虑后的答案是——确实是可行的!具体分析参见第二节《关于HybridCLR可行性的思维实验》 。这个想法诞生了HybridCLR,Unity平台第一个支持iOS的跨平台原生C#热更新方案!


2. 原理

HybridCLR扩充了IL2CPP运行时,将它由AOT运行时改造为“AOT + interpreter”双引擎的混合运行时,进而完美支持在iOS这种禁止JIT的平台上以解释模式无缝地运行动态加载的DLL。如下图所示:

HybridCLR——划时代的Unity原生C#热更新技术_第1张图片

更具体一些,至少需要实现以下功能:

  • 加载和解析DLL元数据
  • 动态注册元数据,其中关键为Hook动态函数的执行流到解释器函数
  • 实现一个高效正确的解释器
  • 正确处理GC及多线程等运行时机制

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