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Flutter热更新技术探索 | 京东云技术团队

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

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:

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3.2.2 Android编译产物的分析

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3.2.3 IOS编译产物的分析

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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。

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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:

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2)IOS- APP业务代码的加载流程:

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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:

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**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:

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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:

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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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