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滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航
2016-12-22 22:23:21   来源:   评论:0 点击:

滴滴出行客户端 App 架构团队在对 React Native、Weex 进行调研尝试后发现并不适用于滴滴现有业务,由此自研了 iOS 动态化方案——D...
滴滴出行客户端 App 架构团队在对 React Native、Weex 进行调研尝试后发现并不适用于滴滴现有业务,由此自研了 iOS 动态化方案——DynamicCocoa,在这篇文章中,作者详细分享了它的背景以及具体功能实现。

方案诞生

动态化一直是 App 开发梦寐以求的能力,而在 iOS 环境下,Apple 禁止了在 Main Bundle 外加载和执行的自己的动态库,所以像 Android 一样下发原生代码的方案被堵死。

后来像 React Native、Weex 这样的基于 Web 标准的跨端方案出现,各大公司都有对其进行尝试,但对于滴滴现状,也许并不适合:

滴滴 App 强交互、以地图为主体、端特异性高;

客户端人员充足,跨技术栈学习和开发有较大成本;

大量固化 Native 代码,重写成本高。

所以我们思考,能不能做一套保持 iOS 原生技术栈、不重写代码就神奇的拥有动态化能力的方案呢?

于是,我们设计和实现了一个具有里程碑意义的 iOS 专属动态化方案:DynamicCocoa

DynamicCocoa 初识

DynamicCocoa 可以让现有的 Objective-C 代码转换生成中间代码(JS),下发后动态执行,相比其他动态化方案,优势在于:

使用原生技术栈:使用者完全不用接触到 JS 或任何中间代码,保持原生的 Objective-C 开发、调试方式不变;

无需重写已有代码:已有 native 模块能很方便的变成动态化插件;

语法支持完备性高:支持绝大多数日常开发中用到的语法,不用担心这不支持那不支持;

支持 HotPatch:改完 bug 后直接从源码打出 patch,一站式解决动态化和热修复需求。

不论是动态化还是 HotPatch,我们都能让开发者“Write Cocoa, Run Dynamically”。

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

语法支持

DynamicCocoa 能支持绝大部分日常使用的 Objective-C / C 语法,挑几个特殊的:

完整的 Class 定义:interface、category、class extension、method、property,最重要的是支持完备的 ivar定义,保持和 native 完全一致的实例内存结构;

ARC:可以正确处理 strong、weak、unsafe_unretained 等对象的引用计数,对象的 ivar 也可以正确的释放;

C 函数:支持 C 函数的定义与 C 函数的调用、内联函数的调用;

可变参数:支持 C 与 OC 的可变参数方法的调用,如 NSLog;

struct:支持任意结构体的使用,无需额外处理;

block:支持创建和调用任意参数类型的 block;

其他 OC 特性:如 @[email protected]@encode、for..in 等;

其他 C 特性:支持使用宏、static 变量、全局变量,取地址等。

举个例子,你可以放心的使用下面的写法,并能被正确的动态执行:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

资源支持

一个功能模块,除了代码外,资源也是必不可少的,DynamicCocoa 的动态 bundle 支持:

xib 和 storyboard;

xcassets;

不放在 xcassets 里的图片资源;

其他资源文件。

对于习惯于使用 IB 来开发 UI 的人来说,这将是一个很好的开发体验。

工具链支持

我们使用 Ruby 开发了一套命令行工具( 类比为 xcodebuild ),大幅简化了配置开发环境、OC 代码转换、资源处理、打包的复杂度,它可以:

解析 Xcode Project:读取工程编译选项,保持和 native 编译参数一致;

增量编译:缓存 JS 转换结果,只重新转换修改过的文件,大幅提高 build 速度;

链接:分析类依赖,将多个 JS 按依赖顺序合并,提高文件读取速度;

资源编译:编译用到的 xib、storyboard 和 xcassets;

打包:将 JS、资源等打包成 bundle。

对于开发者来说,就像 pod 命令一样,所有操作都可以通过这个命令完成。

动态插件开发流程

首先 App 中需要集成 DynamicCocoa Engine SDK,用来执行下发的 bundle 开发到发布的流程如下图所示:

当然,DynamicCocoa 只提供命令行工具和 Engine SDK,可以完成本地打包、运行和测试,而线上发布后台、服务端、CDN 等需要自行解决。

在滴滴内部,我们构建了开发、Review、线上回归测试、灰度、发布、回滚、统计的闭环系统,以服务的形式给内部接入。

HotPatch 过程

HotPatch 本质上是方法粒度上的动态化,所以在整个框架搭建起来后,HotPatch 也不难实现,使用 DynamicCocoa 做热修复的最大优势是开发者依然只对源码负责,修改完 bug 后,打个 patch 包,修复成功后把源码改动直接 push 到代码仓库就行了。

假设我们发现了下面的 bug:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

然后在 Native 进行修复并自测:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

自测完成后,在这个方法后面添加一个神奇的 Annotation:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

使用命令行工具在 patch 模式下进行打包,就能把所有标记了的 method 提取出来,分别转换成 JS 表示,打到一起进行发布。

除了修改一个方法外,patch 模式还支持:

调用原方法;

新增一个方法;

新增一个 property 来辅助修复 bug;

新增一个 Class。

最后,开发者可以安心的把修改后的代码(甚至可以保留 Annotation)git push,完成热修复工作。

打开黑箱

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

就像 Objective-C 是由 Clang 编译器和 Objective-C Runtime 共同实现一样,DynamicCocoa 也是由对应的两部分构成:

在 Clang 的基础上,实现了一个 OC 源码到 JS 代码的转换器;

实现 OC-JS 互调引擎的 DynamicCocoa SDK。

我们知道,Clang-LLVM 的标准编译流程是从源代码经过预处理、词法解析、语法解析生成语法树,CodeGen 生成 LLVM-IR,进入编译器后端进行优化和汇编,最终生成目标文件 (Mach-O)。

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

而我们既希望 Clang 帮助完成源码处理的步骤,又希望生成结果是 JS 表示形式,于是在 Clang 生成抽象语法树(AST)后,我们进行接管,实现了一个 OC2JS CodeGen,遍历各个特定语法节点输出 JS 表示:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

由于转换器和 Clang 前端标准编译流程相同,所以只要 native 代码能 build,转换器就能 build,这也是 DynamicCocoa 能让动态包和 native 保持严格一致的先决条件。

注:转换器是基于 Clang 开发的独立命令行工具,它的使用并不会对原有的 Xcode 工程产生任何影响。

另一部分是要集成进 App 的 DynamicCocoa SDK,它的职责是为 JS 中间代码提供 Runtime 环境,实现 OC-JS 的互调引擎,能够加载动态 bundle,提供便捷的 API,整体架构如下:

滴滴 iOS 动态化方案 DynamicCocoa 的诞生与起航

其中一些有趣的点:

底层使用 libffi 来处理各个架构下的 calling conventions,实现 caller 调用栈的构建和 callee 调用栈的解析,用于实现 OC / C 函数调用、动态 imp、block 等。

由于 JS 的弱类型,数值变量在做计算时很容易丢失类型信息,比如 int a = 1 / 2; 在 OC 中表示整除,结果为 0,但进入 JS 就都会按照 double 计算,结果为 0.5,造成了不一致。所以 DynamicCocoa 接管了 JS 中的类型信息,强转或运算符都需要特殊处理。

为了实现 block,我们构造了和 native block 一致的内存结构,不论是 JS 创建的 block 还是 native 传进 JS 的 block,都可以无差别的调用。

虽然 runtime 提供了动态创建 OC Class 的 API,但只能创建 MRC 的 Class,导致 ARC 下 ivar 并不会乖乖释放,我们深入到 Class 和实例真实内存结构中,给动态创建的类增加了 ARC 能力,并按照 Non-Fragile ABI 模拟真实 ivar 内存布局和 ivar layout 编码,如果你重写了 dealloc 方法,DynamicCocoa 甚至能够像 native 一样自动调用 super。

DynamicCocoa 带来的改变

DynamicCocoa 动态化技术给 App 开发带来了很大的想象空间:

低成本的动态化:无需额外学习,无需重写代码,可以快速的将已有模块动态化;

协作方式:对于大团队,发布版本不必再彼此牵制;

功能快速迭代:无需经过审核和 App Store 发版,像 HTML5 一样随发随上;

App 瘦身:Native 只需要留好插件入口,实现由网络下发,减少 App 体积;

AB Test:不必局限于 Native 埋进去的 AB 功能 Test,发版后能动态下发各种 Test。

相比跨端方案,也带来了一个新思路:iOS 和 Android 都保留 Native 开发模式,用各自的方式将 Native 代码直接动态化,保持各平台的差异性。

Q&A

与 JSPatch 有什么区别?

两者思路上都是实现 JS 和 OC 的互调:DynamicCocoa 的重点是动态化能力,优势在于完全不用写 JS 和更多的语法特性支持;对于 HotPatch 来说 JSPatch 是更加小巧、轻量的解决方案。

这套框架在滴滴 App 有上线使用么?

有,在滴滴 App 已经上线并使用了好几个版本,如滴滴小巴、专车接送机都有过 10k 级别的动态化模块上线。

动态包运行的性能是否有很大下降?

动态 JS 代码的运行要经过频繁的 JSCore 和 OC 间的切换,性能相比 Native 必定会有损耗,但经过优化,现在已经达到了无感知的程度:在我们的实际使用中,若不在页面上添加特定标志,开发者和 QA 都无法分辨出当前页面运行的是 native 还是动态包… 后续会有详细的性能分析和大家分享。

动态包大小如何?

与资源大小和 Native 源码量有很大关系,不考虑资源的情况下,量级大概在 10000 行代码 100KB 的动态包。

是否支持多线程?

现在简单的支持 GCD 来处理多线程,可以使用 dispatch_async 将一个 block 放到另一个 queue 中执行。

如何定位动态包的 Crash?

动态 JS 代码运行在 JSCore 中,并没有直接获取调用栈的方式,我们提供了 stack trace 功能,将最近调用栈中每个 JS 到 OC / C 的互调都记录下来,在发生 Crash 时便可以取出来作为附加信息随 Crash 日志上报给统计平台,方便问题的定位。

会不会过不了苹果审核?

市面上很多动态化、HotPatch 方案都基于 JS 的下发,运行在原生 JSCore 上,相信只要不在审核期间下发动态功能,Apple 是不太会拒绝的。

有没有可能支持 Swift 直接动态化?

相比 OC,Swift 的动态化和 HotPatch 更加有难度,但我们已经有了可行的方案,是可以做到的,只是对于当前滴滴的现状(绝大多数都在用 OC 开发),紧急程度并不高,后面再考虑支持。

是否有开源计划?

有,我们正在积极的准备相关事项,于 2017 年初考虑开源。

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