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滴滴 iOS 動態化方案 DynamicCocoa 的誕生與起航

編輯：IOS開發基礎

作者簡介：孫源（@我就叫Sunny怎麼了），滴滴出行 iOS 技術專家，多年專注於 iOS 開發，現就職於滴滴 App 架構組，在技術上做探索和深挖；善於刨根問底，對未知的東西興趣強烈，代碼風格強迫症；同時喜歡寫博客(http://blog.sunnyxx.com/)，線上線下分享，貢獻開源（forkingdog）累計 star 破萬。

滴滴出行客戶端App架構團隊在對ReactNative、Weex進行調研嘗試後發現並不適用於滴滴現有業務，由此自研了iOS動態化方案——DynamicCocoa，在這篇文章中，作者詳細分享了它的背景以及具體功能實現。

方案誕生

動態化一直是App開發夢寐以求的能力，而在iOS環境下，Apple禁止了在MainBundle外加載和執行的自己的動態庫，所以像Android一樣下發原生代碼的方案被堵死。

後來像ReactNative、Weex這樣的基於Web標准的跨端方案出現，各大公司都有對其進行嘗試，但對於滴滴現狀，也許並不適合：

滴滴App強交互、以地圖為主體、端特異性高；
客戶端人員充足，跨技術棧學習和開發有較大成本；
大量固化Native代碼，重寫成本高。

所以我們思考，能不能做一套保持iOS原生技術棧、不重寫代碼就神奇的擁有動態化能力的方案呢？

於是，我們設計和實現了一個具有裡程碑意義的iOS專屬動態化方案：DynamicCocoa

DynamicCocoa初識

DynamicCocoa可以讓現有的Objective-C代碼轉換生成中間代碼（JS），下發後動態執行，相比其他動態化方案，優勢在於：

使用原生技術棧：使用者完全不用接觸到JS或任何中間代碼，保持原生的Objective-C開發、調試方式不變；
無需重寫已有代碼：已有native模塊能很方便的變成動態化插件；
語法支持完備性高：支持絕大多數日常開發中用到的語法，不用擔心這不支持那不支持；
支持HotPatch：改完bug後直接從源碼打出patch，一站式解決動態化和熱修復需求。

不論是動態化還是HotPatch，我們都能讓開發者“Write Cocoa,Run Dynamically”。

語法支持

DynamicCocoa能支持絕大部分日常使用的Objective-C/C語法，挑幾個特殊的：

完整的Class定義：interface、category、classextension、method、property，最重要的是支持完備的ivar定義，保持和native完全一致的實例內存結構；
ARC：可以正確處理strong、weak、unsafe_unretained等對象的引用計數，對象的ivar也可以正確的釋放；
C函數：支持C函數的定義與C函數的調用、內聯函數的調用；
可變參數：支持C與OC的可變參數方法的調用，如NSLog；
struct：支持任意結構體的使用，無需額外處理；
block：支持創建和調用任意參數類型的block；
其他OC特性：如@selector、@protocol、@encode、for..in等；
其他C特性：支持使用宏、static變量、全局變量，取地址等。

舉個例子，你可以放心的使用下面的寫法，並能被正確的動態執行：

資源支持

一個功能模塊，除了代碼外，資源也是必不可少的，DynamicCocoa的動態bundle支持：

xib和storyboard；
xcassets；
不放在xcassets裡的圖片資源；
其他資源文件。

對於習慣於使用IB來開發UI的人來說，這將是一個很好的開發體驗。

工具鏈支持

我們使用Ruby開發了一套命令行工具（類比為xcodebuild），大幅簡化了配置開發環境、OC代碼轉換、資源處理、打包的復雜度，它可以：

解析XcodeProject：讀取工程編譯選項，保持和native編譯參數一致；
增量編譯：緩存JS轉換結果，只重新轉換修改過的文件，大幅提高build速度；
鏈接：分析類依賴，將多個JS按依賴順序合並，提高文件讀取速度；
資源編譯：編譯用到的xib、storyboard和xcassets；
打包：將JS、資源等打包成bundle。

對於開發者來說，就像pod命令一樣，所有操作都可以通過這個命令完成。

動態插件開發流程

首先App中需要集成DynamicCocoaEngineSDK，用來執行下發的bundle開發到發布的流程如下圖所示：

當然，DynamicCocoa只提供命令行工具和EngineSDK，可以完成本地打包、運行和測試，而線上發布後台、服務端、CDN等需要自行解決。

在滴滴內部，我們構建了開發、Review、線上回歸測試、灰度、發布、回滾、統計的閉環系統，以服務的形式給內部接入。

HotPatch過程

HotPatch本質上是方法粒度上的動態化，所以在整個框架搭建起來後，HotPatch也不難實現，使用DynamicCocoa做熱修復的最大優勢是開發者依然只對源碼負責，修改完bug後，打個patch包，修復成功後把源碼改動直接push到代碼倉庫就行了。

假設我們發現了下面的bug：

然後在Native進行修復並自測：

自測完成後，在這個方法後面添加一個神奇的Annotation：

使用命令行工具在patch模式下進行打包，就能把所有標記了的method提取出來，分別轉換成JS表示，打到一起進行發布。

除了修改一個方法外，patch模式還支持：

調用原方法；
新增一個方法；
新增一個property來輔助修復bug；
新增一個Class。

最後，開發者可以安心的把修改後的代碼（甚至可以保留Annotation）gitpush，完成熱修復工作。

打開黑箱

就像Objective-C是由Clang編譯器和Objective-CRuntime共同實現一樣，DynamicCocoa也是由對應的兩部分構成：

在Clang的基礎上，實現了一個OC源碼到JS代碼的轉換器；
實現OC-JS互調引擎的DynamicCocoaSDK。

我們知道，Clang-LLVM的標准編譯流程是從源代碼經過預處理、詞法解析、語法解析生成語法樹，CodeGen生成LLVM-IR，進入編譯器後端進行優化和匯編，最終生成目標文件(Mach-O)。

而我們既希望Clang幫助完成源碼處理的步驟，又希望生成結果是JS表示形式，於是在Clang生成抽象語法樹（AST）後，我們進行接管，實現了一個OC2JSCodeGen，遍歷各個特定語法節點輸出JS表示：

由於轉換器和Clang前端標准編譯流程相同，所以只要native代碼能build，轉換器就能build，這也是DynamicCocoa能讓動態包和native保持嚴格一致的先決條件。

注：轉換器是基於Clang開發的獨立命令行工具，它的使用並不會對原有的Xcode工程產生任何影響。

另一部分是要集成進App的DynamicCocoaSDK，它的職責是為JS中間代碼提供Runtime環境，實現OC-JS的互調引擎，能夠加載動態bundle，提供便捷的API，整體架構如下：

其中一些有趣的點：

底層使用libffi來處理各個架構下的callingconventions，實現caller調用棧的構建和callee調用棧的解析，用於實現OC/C函數調用、動態imp、block等。
由於JS的弱類型，數值變量在做計算時很容易丟失類型信息，比如inta=1/2;在OC中表示整除，結果為0，但進入JS就都會按照double計算，結果為0.5，造成了不一致。所以DynamicCocoa接管了JS中的類型信息，強轉或運算符都需要特殊處理。
為了實現block，我們構造了和nativeblock一致的內存結構，不論是JS創建的block還是native傳進JS的block，都可以無差別的調用。
雖然runtime提供了動態創建OCClass的API，但只能創建MRC的Class，導致ARC下ivar並不會乖乖釋放，我們深入到Class和實例真實內存結構中，給動態創建的類增加了ARC能力，並按照Non-FragileABI模擬真實ivar內存布局和ivarlayout編碼，如果你重寫了dealloc方法，DynamicCocoa甚至能夠像native一樣自動調用super。

DynamicCocoa帶來的改變

DynamicCocoa動態化技術給App開發帶來了很大的想象空間：