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  • ulua、tolua原理解析

    在聊ulua、tolua之前,我们先来看看Unity热更新相关知识。

    什么是热更新

    举例来说: 游戏上线后,玩家下载第一个版本(70M左右或者更大),在运营的过程中,如果需要更换UI显示,或者修改游戏的逻辑,这个时候,如果不使用热更新,就需要重新打包,然后让玩家重新下载(浪费流量和时间,体验不好)。 热更新可以在不重新下载客户端的情况下,更新游戏的内容。 热更新一般应用在手机网游上。

    为什么要用lua做热更新

    其实C#本身的反射机制可以实现热更新,但是在ios平台上:

    System.Reflection.Assembly.Load
    System.Reflection.Emit
    System.CodeDom.Compiler
    

    无法使用,而动态载入dll或者cs的方法就这几个,因此在ios下不能动态载入dll或者cs文件(已经编译进去的没事),就把传统dotnet动态路径封死了。

    所以,只能通过把lua脚本打进ab包,玩家通过解压ab包来更新游戏逻辑和游戏界面。

    lua热更技术

    • ulua & tolua
    • xlua
    • slua

    lua热更新流程

    原理

    使用assetbundle进行资源的更新,而由于lua运行时才编译的特性,所以lua文件也可以被看成是一种资源文件(与fbx、Image等一样)可以打进ab包中。

    流程

    1. 对比files清单文件
    2. 更新文件
    3. 解压AB包中的资源
    4. 初始化

    游戏运行时从服务器下载files.txt清单文件,与本地的files.txt清单文件进行对比。如果新下载的files里面的md5值与本地files的md5值不一样,或者本地清单里根本没有这个文件就从服务器下载这个ab包到PersistentDataPath文件夹(可读写)中。下载完毕后解开AB包中的资源,然后完成初始化。

    ulua&tolua原理解析

    既然使用了lua作为热更脚本,那肯定避免不了lua和C#之间的交互。

    C#调用lua

    C#调用lua的原理是lua的虚拟机,具体步骤可参见我的博客

    也可以看看简单的示例:

    private string script = @"
                function luaFunc(message)
                    print(message)
                    return 42
                end
            ";
    void Start () {
            LuaState l = new LuaState();
            l.DoString(script);
            LuaFunction f = l.GetFunction("luaFunc");
            object[] r = f.Call("I called a lua function!");
            print(r[0]);
    }
    

    lua调用C#

    反射

    旧版本的ulua中lua调用C#是基于C#的反射。

    C#中的反射使用Assembly定义和加载程序集,加载在程序集清单中列出模块,以及从此程序集中查找类型并创建该类型的实例。

    反射用到的命名空间:

    System.Reflection
    System.Type
    System.Reflection.Assembly
    

    反射用到的主要类:

    • System.Type 类-通过这个类可以访问任何给定数据类型的信息。
    • System.Reflection.Assembly类-它可以用于访问给定程序集的信息,或者把这个程序集加载到程序中。

    ulua反射调用C#示例:

     private string script = @"
                luanet.load_assembly('UnityEngine') 
                luanet.load_assembly('Assembly-CSharp')
               GameObject = luanet.import_type('UnityEngine.GameObject')        
               ParticleSystem = luanet.import_type('UnityEngine.ParticleSystem')         
       
                local newGameObj = GameObject('NewObj')
                newGameObj:AddComponent(luanet.ctype(ParticleSystem))
            ";
    
    //反射调用
    void Start () {
            	LuaState lua = new LuaState();
            	lua.DoString(script);
            }
    
    

    可看到通过反射(System.Reflection.Assembly)把UnityEngine程序集加入到lua代码中,通过反射(System.Type)把Unity.GameObject和Unity.ParticleSystem类型加入到lua代码中,这样我们便可以在lua中像在C#里一样调用Unity定义的类。

    去反射

    现版本的ulua(tolua)中lua调用C#是基于去反射。

    去反射的意思是:

    把所有的c#类的public成员变量、成员函数,都导出到一个相对应的Wrap类中,而这些成员函数通过特殊的标记,映射到lua的虚拟机中,当在lua中调用相对应的函数时候,直接调用映射进去的c# wrap函数,然后再调用到实际的c#类,完成调用过程。

    具体调用过程可参考: Unity3d ulua c#与lua交互+wrap文件理解

    因为反射在效率上存在不足,所以通过wrap来提升性能。但是因为wrap需要自己去wrap,所以在大版本更新是可以用到的,小版本更新还是使用反射。

    C#与Lua数据交互(lua虚拟栈)

    C#与lua的数据交互是基于一个Lua先进后出的虚拟栈:image

    (1)若Lua虚拟机堆栈里有N个元素,则可以用 1 ~ N 从栈底向上索引,也可以用 -1 ~ -N 从栈顶向下索引,一般后者更加常用。

    (2)堆栈的每个元素可以为任意复杂的Lua数据类型(包括table、function等),堆栈中没有元素的空位,隐含为包含一个“空”类型数据

    (3)TValue stack[max_stack_len] // 定义在 lstate.c 的stack_init函数

    关于Lua虚拟栈入栈的具体操作做可以见下图:image

    更详细的可见: Lua初学者(四)–Lua调用原理展示(lua的堆栈)

    C#与Lua通信(P/Invoke)

    • 所有的通信都是基于P/Invoke模式(性能低)类似JNI
    • P/Invoke:公共语言运行库(CLR)的interop功能(称为平台调用(P/Invoke))
    • 命名空间:System.Runtime.InteropServices

    示例:

    [DllImport(LUADLL, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern IntPtr luaL_newstate();
    

    P/Invoke 要求方法被声明为 static。

    P/Invoke性能:image

    为啥P/Invoke看起来这么慢?

    (1)寻址方式:调用时指定了CharSet=CharSet.Ansi 那么CLR首先在非托管的DLL中寻找,若找不到,就用带A后缀的函数进行搜索造成开销,可将ExactSpelling的值设为true防止CLR通过修改入口名称进行搜索。

    (2)类型转换:在Managed Code和Native Code间传递参数和返回值的过程成为marshalling。托管函数每次调用非托管函数时,都要求执行以下几项操作:

    • 将函数调用参数从CLR封送到本机类型。
    • 执行托管到非托管形式转换。
    • 调用非托管函数(使用参数的本机版本)
    • Interop在进行封送时候,对bittable可以不进行拷贝,而是直接内存锚定。
    • 将返回类型及任何“out”或“in,out”参数从本机类型封送到 CLR 类型。

    (3)VC++ 提供自己的互操作性支持,这称为 C++ Interop。 C++ Interop 优于 P/Invoke,因为 P/Invoke 不具有类型安全性,参数传递还需要做类型检查。

    Bittable类型(byte,int,uint)与非Bittable类型(char, boolean,array,class)

    参考书: NET互操作 P_Invoke,C++Interop和COM Interop.pdf

    ulua的优化方式汇总

    • BinderLua太多wrap很慢(反射与去反射共存)
    • Lua代码打入AssetBundle为了绕过苹果检测
    • 动态注册Wrap文件到Lua虚拟机(tolua延伸)
    • ToLuaExport. memberFilter的函数过滤
    • 尽量减少c#调用lua的次数来做主题优化思想
    • 尽量使用lua中的容器table取代c#中的所有容器
    • 例子CallLuaFunction_02里附带了no gc alloc调用方式
    • Lua的bytecode模式性能要低于Lua源码执行
    • 取消动态参数:打开LuaFunction.cs文件,找到函数声明:
    public object[] Call(params object[] args){
        return call(args, null);
    }
    

    取消动态参数args,可用较笨方法,就是定义6-7个默认参数,不够再加。

    • 安卓平台如果使用luajit的话,记得在lua最开始执行的地方请开启 jit.off(),性能会提升N倍。
    • 记得安卓平台上在加上jit.opt.start(3),相当于c++程序-O3,可选范围0-3,性能还会提升。Luajit作者建议-O2
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