Flutter热更新技术探索 - 京东云开发者
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一，需求背景：
APP发布到市场后，难免会遇到严重的BUG阻碍用户使用，因此有在不发布新版本APP的情况下使用热更新技术立即修复BUG需求。原生APP（例如：Android & IOS）的热更新需求已经比较成熟，但Flutter技术栈目前还缺少类似的技术方案，因此Flutter研发团队，也需要类似的热更新技术。
二，Flutter热更新技术方向分析：
经过分析目前可能有三种可行的方案： 1）类似RN框架； 2）页面动态组件框架； 3）Dart虚拟机定制方案；
| 方案名称 | 原理 | 优点 | 缺点 | 开源方案 |
|---|---|---|---|---|
| 类似RN的方案 | 用JS以Flutter语法写dart，然后用JavaScript把XML DSL转为Flutter的原子widget组件，然后再让Flutter来渲染 | 由于ios系统内置支持js，ios上完全可以实现更新 | 1)由于跨语言执行，对于性能有影响；学习成本高 2)Android 端需要额外引入JS库 | 手Q的MXFlutter，58同城的Fair |
| 页面动态组件方案 | 编译期时插桩/预埋好DynamicWidget到代码中，然后动态下发Json 数据，通过协定好的语义匹配到JSON内的数据，动态替换Widget内容来实现更新 | 能支持Android/iOS 两端的更新 | 1）UI更新相对较容易，业务逻辑动态化较麻烦； 2）语义解析器开发成本相对较大，且不易维护 3）需要一整套前后端服务和工具 | 天猫的Tangram，淘宝的DinamicX等 |
| Dart虚拟机定制方案 | 通过分析Dart虚拟机的原理，修改Flutter Engine层Java/C++代码实现热更新的目标； | 性能影响小，动态性很高，技术上可以替换所有Flutter页面（包括UI，逻辑，资源文件） | 由于使用的是定制引擎，需要维护不同版本的Flutter引擎代码； | 未开源 |
因为其他方式都有开源的示例，本案将重点以第三种“Dart虚拟机定制方案”为目标，做方案的研究讲解。
三，预备知识
在开始了解技术方案之前，需要提前了解一些相应的技术概念：
3.1 Flutter编译模式
Flutter开发语言是Dart，它的编译模式来自Dart的编译模式，主要有JIT(Just In Time)和AOT(Ahead Of Time)。
| 编译模式名称 | 特点 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| JIT | 即时编译，典型例子V8，它可以即时编译运行JS，只需要输入源代码字符串，就可以编译运行代码 | 可以动态下发和执行代码，不用管CPU架构，可以提供动态化内容 | 1,大量字符串代码让JIT编译器花费时间和内存； 2,性能不好; |
| AOT | 预先编译，典型例子C/C++，通过GCC编译成二进制代码，然后安装取得权限后才可以加载执行 | 事先编译好的，加载和执行速度快 | 1,编译时区分CPU架构; 2,生成的二进制代码包比较大; 3,二进制代码需要取得权限才可以执行，无法在ios系统上动态更新 |
Flutter编译模式有：Debug，Release，Profile；
| Flutter编译模式 | 特点 |
|---|---|
| Debug | 对应JIT模式，支持设备和模拟器； 打开了断言，支持快速开发，支持HotReload； 并未对包大小，执行速度做优化； |
| Release | 对应AOT模式，支持真机，不支持模拟器； 禁止了所有断言调试信息； 对包大小，启动和执行速度进行了优化； |
| Profile | 类似Release模式，保留了一些调试功能，帮助性能分析； |
3.2 Flutter编译产物分析
Flutter下的iOS/Android工程本质上是一个标准的iOS/Android的工程；IOS平台： Flutter通过在BuildPhase中添加shell(xcode_backend.sh)来生成和嵌入App.framework和Flutter.framework到ios; Android平台： Flutter通过gradle来添加flutter.jar和编译完的二进制文件添加到Android;
3.2.1 引擎层结构分析：
3.2.2 Android编译产物的分析
3.2.3 IOS编译产物的分析
四，热更新技术方案分析
4.1 业务代码分析
根据“3.3.1” ～“3.3.2”的分析可以确定无论是IOS还是Android APP业务代码都是由四个段组成：kDartVmSnapshotData、kDartVmSnapshotInstructions、kDartIsolateSnapshotData、kDartIsolateSnapshotInstructions；理论上只要能动态替换加载的代码段&数据段代码即可实现目标。
| 名称 | 注释 | 作用 | 注释 |
|---|---|---|---|
| kDartIsolateSnapshotData | Dart isolate数据段 | 类信息，全局变量，函数指针等 | 允许动态下发 |
| kDartIsolateSnapshotInstructions | Dart isolate指令段 | 包含由Dart isolate执行的AOT代码 | IOS不允许动态下发 |
| kDartVmSnapshotData | vm isolate数据段 | isolate 之间共享的 Dart 堆 (heap) 的初始状态 | 允许动态下发 |
| kDartVmSnapshotInstructions | vm isolate指令段 | 包含 VM 中所有 Dart isolate 之间共享的通用程序的 AOT 指令 | IOS不允许动态下发 |
注释： isolate, snapshot, vm isolate含义解释如下：
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| isolate | Dart是单线程，isolate跟线程差不多，可以理解为 Dart 中的线程。 isolate 与线程的区别：线程与线程之间是共享内存的，而 isolate 和 isolate 之间是内存不共享的。 不存在锁竞争问题，两个Isolate完全是两条独立的执行线，且每个Isolate都有自己的事件循环，它们之间只能通过发送消息通信，所以它的资源开销低于线程。 |
| snapshot | 将类信息、全局变量、函数指令直接以序列化的方式存在磁盘中，称为 Snapshot（快照）。 |
| vm isolate | 同一个进程里可以有很多isolate，但两个 isolate 的堆区是不能共享的，所以官方设计了 VM isolate，也就是 kDartVmSnapshot，用来多个 isolate 之间的交互。 |
4.2 业务代码的加载分析（运行时）
按照4.1的分析思路，我们首先需要了解Flutter运行时代码加载的完整流程，经过梳理分析流程如下：
1 ）Android- APP业务代码的加载流程：
2）IOS- APP业务代码的加载流程：
4.3 业务代码的编译生成（编译时）
根据以上的分析，我们知道了Flutter业务代码的数据结构，也知道了在运行时如何加载，因此我们只需要在编译时做更改，产生自己需要的代码段，和数据段文件。在运行时加载自己的构建产物即可达到目标。
1）在此以 IOS 构建自己的业务代码流程做详细分析：
**有完成构建流程可以分析，基本流程是“Dart Code（业务代码）” -> (通过Dart编译器gen_snapshot.cc) 生成 snapshot_assemble.S 的汇编文件 -> (通过xcrun工具)生成 snapshot_assemble.o的obj文件 -> (通过xcun clang工具链) 生成了 App.Framework。
2）Android的产物构建流程和IOS类似。由于Android有其他更简单的方案， 因此省略详细的构建流程分析，大致如下：
4.4 实现热更新的方案探索
根据上面的技术分析结果，已经可以独立生成自己的代码段，数据段文件。通过需改虚拟机底层代码的方式，也可以动态的加载运行。但由于IOS系统目前底层的系统还不能动态加载可读写的代码段数据到内存中，所以还有技术难点需要突破。但Android端有更简单的路径可以解决，因此下面以Android端为例重点分析思路，大致如下图所示：
由上图可以得知，Android端 热修复核心步骤如下：
1， 修改Flutter Engine代码，加载指定路径的libapp.so和flutter_aasets，比如私有目录(data/data/files)；
2， 编译APK时，利用Gradle Transform插件，根据Flutter SDK的engine version动态替换官方的Flutter engine，最终写入修改后的engine到APK；
3， 生成补丁包：利用BSdiff算法比较新旧APK文件，生成patch补丁包
4， APP启动时访问后端接口，根据参数（app的版本号，补丁包版本号，md5，flutter SDK版本号，Engine版本号）拉取补丁包；
5， 合成补丁包：校验md5，app版本号，补丁版本号，安装时间；
6， 自定义Flutter Engine加载指定路径的libapp.so和flutter_assets资源文件；
作者：京东科技 刘振中、周智
内容来源：京东云开发者社区
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