Unity热更新技术学习——Lua，Luajit

Lua

Lua是一门轻量级的脚本语言，使用C语言编写，编译器和解释器也是C语言编写。

下载资源：

• 源码 http://www.lua.org/ftp/
• 预编译好的Lua库和编译器 http://luabinaries.sourceforge.net/

预编译资源

下载第二个预编译好的lua资源（windows平台），包含如下文件：

文件	描述
lua.exe	lua脚本的编译器
lua53.dll	lua5.3的库
luac.exe	它将lua脚本翻译成字节码并输出到文本，而不会去执行。
wlua.exe	windows下的lua.exe

使用 Lua

将上面lua.exe所在的目录加入环境变量。新建一个lua脚本：test.lua。循环执行一段包含取余，乘法和加法的运算。然后测量其执行时间。

st = os.clock()

a = 1
for i = 1, 100000000 do
	b = i % 1000
	a = b * b + 1
end

et = os.clock()
print(string.format("cost time: %.2f s", (et - st)))

在命令行中敲入：

lua test.lua

结果：

luajit

luajit是Lua的另一款编译器，采用了JIT —— Just In Time技术。从 luajit 官网 扒下来一张图它与普通的lua的编译器的速度区别（Arm 架构）：

图中显示，在多种基准测试中，luajit最快可以达到普通lua编译器的64倍。

我没找到它提供的预编译的版本，所以就先在 这里 下载luajit的源码。选择最新的stable版本即可。

在编译之前，你需要在电脑中安装好gcc和make工具，windows下推荐使用Cygwin工具下载，并使用阿里的Cygwin镜像。

解压源码，可以看到如下文件：

将命令行定位到当前目录，执行：

make

之后你就可以在 src 目录下找到 luajit.exe 了。

然后将src目录加入环境变量，并用luajit编译上面的lua脚本：

luajit test.lua

结果：

快了13倍！

其他语言

同样可以编写类似的C语言程序和python程序：

#include 
#include 

int main()
{
	clock_t st, et;

	st = clock();
	int a = 1;
	for(int i=0;i<100000000;i++)
	{
		int b = i % 1000;
		a = b * b + 1;
	}
	et = clock();
	printf("cost time: %f", (double)(et - st)/CLOCKS_PER_SEC);
	return 0;
}

import time

st = time.time()

a = 1
for i in range(100000000):
    b = i % 1000
    a = b * b + 1
    
et = time.time()
print(f"cost time: {et - st} s")

C语言的结果：

Python的结果：

关于JIT

一般来说，将我们书写的源代码转化成目标机器CPU能够识别的机器指令有两种方法：

1. 直接将源代码转化成机器码，然后执行程序；
2. 实现一个解释器，然后使用解释器一句一句地将源码翻译成机器码并执行。

Lua就是第二种方式。lua.exe中的编译程序将lua源代码转化成平台无关的伪代码——字节码，然后再由解释程序将字节码一句句解释成机器码并执行。字节码的出现让语言能够很轻松地移植到多平台运行，而你只需要实现不同平台下的解释器即可。

Pascal是最早使用中间伪代码的一种语言，那时候，这种中间伪代码还叫（P-Code，即Pascal Code），后来被这个名称渐渐被字节码所取代，因为大多数的语言的中间伪代码都是一个字节的长度。

跨平台的问题解决了，却产生了性能问题。将字节码解释成机器码再执行肯定不如直接执行机器码来得快。而JIT的出现就是为了尝试结合两者的优点。它会在运行时将一部分经常执行的字节码转化成机器码，然后之后都会直接执行机器码。

理论上如果程序运行的时间足够长，那JIT的性能应当和静态编译的程序性能很相近。

一些采用JIT技术的例子：

• Java：JVM（Java Virtual Machine）
• C#：CLR（Common Language Runtime）
• Android：DVM（Dalvik Virtual Machine），ART（Android RunTime）

在Java的例子中，JVM会追踪每个函数的执行计数，如果执行计数超过某个阈值，JVM会将该函数的字节码转化成机器码，之后执行到该函数的时候就直接执行机器码，而不是重复逐行解释逐行运行。

IOS 和 JIT

假如有这么一段代码：

int a = 1;
int b = a * 3 + 2;

然后虚拟机将它翻译成如下的字节码（下面用伪代码代替）：

asg a 1 // 赋值
asg temp [a] // 赋值
mul temp 3 // 乘
add temp 2 // 加
asg b [temp] // 赋值

上面有三种不同的字节码，即赋值（asg），乘法（mul），加法（add），虚拟机进一步解释字节码可以这么写：

void exec_bytecode(bytecode){
	string code_name = bytecode[0]; // 字节码的第一部分，表示操作
	val code_val_1 = bytecode[1]; // 字节码的第二部分，第一个操作数
	val code_val_2 = bytecode[2]; // 字节码的第三部分，第二个操作数
	switch(code_name){
		case "asg":
			set_register_val(code_val_1, code_val_2); // 为一个与 code_val_1 关联的寄存器赋值
			break;
		case "mul":
			mul_register_val(code_val_1, code_val_2); // 将 code_val_1 关联的寄存器中的值乘以 code_val_2 然后放回 code_val_1 关联的寄存器中。
			break;
		case "add":
			add_register_val(code_val_1, code_val_2); // 将 code_val_1 关联的寄存器中的值加上 code_val_2 然后放回 code_val_1 关联的寄存器中。
			break;
		default:
			// do something...
	}
}

某个实现了JIT的虚拟机需要将某一段字节码转化成机器码，为此它需要做这么几件事情：

• 申请一个可执行内存，将翻译后的机器码放入内存中
• 每当CPU执行到该函数的时候，虚拟机将CPU的指令寄存器修改到机器码所在的地址

然而在IOS中，第一步的申请可执行内存就是被禁止的行为。

每当提交一个应用程序给Apple时，它会对你的代码做审核和代码签名，标识你的程序所在的地址空间是可执行的。但它不允许你的程序新申请别的可执行内存，因为它绕过了Apple的代码验证。

更详细地说，无论从你的源码所生成的字节码是什么，字节码都不是可执行的。

1. 如果你不采用JIT，最终执行的就是虚拟机中的代码，因为虚拟机已经写好了如何“解释”字节码的程序，你只需要运行这部分程序就可以了，而这部分代码在应用程序提交给Apple的时候就已经做过代码签名验证了。
2. 相反，如果你采用JIT，你为字节码新生成的机器码是新的可执行代码，这在Apple看来是不被允许的。

这也就是为什么Lua的JIT在IOS平台上是不可用的原因，不过这也是后话了。

IOS 和 jit 的后话

IOS禁止jit已经是众所周知了，但是macOS是可以使用JIT的。只需要在申请内存的时候，给系统传递个 MAP_JIT 即可。请参考：
Allow Execution of JIT-compiled Code Entitlement

2020-10-12 补充：上面测试速度的代码例子可能不太准确，但是不同解释器/编译器的速度排序是对的。因为C的编译器在实际使用的时候往往会至少开启-O2级别的优化，做了优化之后，上面for循环中，实际只做了1000遍运算（因为往后，b和a都是重复赋值），所以C的运算结果耗时打印为0。
另外，尽管luajit无法在IOS上使用，但是luajit提供了解释器模式来兼容IOS平台。在windows/linux上，我们可以给luajit加上-joff 参数来使用解释器模式而不是JIT模式。这个测试下来会发现，luajit的解释器依然比lua原生的解释器要快上一倍左右。