【游戏开发】Mono和IL2CPP的区别

2021-03-29

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用了好几年的unity，都是摸着石头过河，对于一些底层的知识，并没有了解，都停留在知其然，不知所以的状态，每每大家提到Mono堆内存啊，IL2cpp啊，都有点迷幻，今天决定自己分清楚这几个东西。

跨平台：一旦编译，应用程序就可以在任何平台上运行，而无需任何代码修改，即代码不依赖于操作系统或硬件环境。

我们都知道游戏必须是跨平台的。我们不能只支持一个平台。否则，如果每个对应的平台都做了相应的编译器，那就真的很累人了。所以对于跨平台的需求，对于游戏开发来说，是非常重要的。当然，统一的架构需求设计也需要这个特性。

（u3dnotes注：现只支持C#）

Unity是如何实现跨平台的？

这就得提到Unity脚本后处理(Scripting Backend)的两种方式Mono和IL2CPP。让我们来搞清楚这2个的区别

一、Mono

Wiki： Mono是一个由Xamarin公司（先前是Novell，最早为Ximian）所主持的自由开放源码项目。该项目的目标是创建一系列符合ECMA标准的.NET工具，包括C#编译器和通用语言架构。与微软的.NET Framework不同，Mono项目不仅可以运行于Windows系统上，还可以运行于Linux、Unix、OS X，甚至一些游戏平台。
Mono组成组件：C# 编译器，CLI虚拟机，以及核心类别程序库。

工作流程：

1.通过C#编译器mcs，将C#编译为IL（中间语言，byte code）

2..通过Mono运行时中的编译器将IL编译成对应平台的原生码

IL科普
IL的全称是 Intermediate Language，很多时候还会看到CIL（Common Intermediate Language，特指在.Net平台下的IL标准）。翻译过来就是中间语言。
它是一种属于通用语言架构和.NET框架的低阶（lowest-level）的人类可读的编程语言。目标为.NET框架的语言被编译成CIL，然后汇编成字节码。
CIL类似一个面向对象的汇编语言，并且它是完全基于堆栈的，它运行在虚拟机上（.Net Framework, Mono VM）的语言。
具体过程是：C#或者VB这样遵循CLI规范的高级语言，被先被各自的编译器编译成中间语言：IL（CIL），等到需要真正执行的时候，这些IL会被加载到运行时库，也就是VM中，由VM动态的编译成汇编代码（JIT）然后在执行。

知识点：

1.1. 编译器

C#编译器mcs：将C#编译为 IL
Mono运行时中的编译器：将IL转移为原生码。

1.2. 三种转译方式：

（1）即时编译（Just-in-time,JIT）:程序运行过程中，将CIL的byte code转译为目标平台的原生码。
（2）提前编译（Ahead-of-time,AOT）:程序运行之前，将.exe或.dll文件中的CIL的byte code部分转译为目标平台的原生码并且存储，程序运行中仍有部分CIL的byte code需要JIT编译。
（3）完全静态编译（Full-ahead-of-time,Full-AOT）:程序运行前，将所有源码编译成目标平台的原生码。

1.3 Unity跨平台的原理

Mono运行时编译器支持将IL代码转为对应平台原生码，IL可以在任何支持CLI(Common Language Insfrastructure,通用语言环境结构)中运行，IL的运行是依托于Mono运行时。

1.4 IOS不支持jit编译原因：

机器码被禁止映射到内存，即封存了内存的可执行权限，变相的封锁了jit编译方式，详情参考：cnblogs.com/murongxiaop

1.5 JIT编译

将IL代码转为对应平台原生码并且将原生码映射到虚拟内存中执行。JIT编译的时候IL是在依托Mono运行时，转为对应的原生码后在依托本地运行。

优点：

构建应用非常快
由于Mono的JIT(Just In Time compilation ) 机制, 所以支持更多托管类库
支持运行时代码执行
必须将代码发布成托管程序集(.dll 文件 , 由mono或者.net 生成 )
Mono VM在各个平台移植异常麻烦，有几个平台就得移植几个VM（WebGL和UWP这两个平台只支持 IL2CPP）
Mono版本授权受限，C#很多新特性无法使用
iOS仍然支持Mono , 但是不再允许Mono(32位)应用提交到Apple Store

unity 2018 mono版本仍然是mono2.0、unity2020的版本更新到了mono 5.11。

二、IL2CPP【AOT编译】

1. 通过AOT编译器把IL中间语言转换成CPP文件。
2. 运行时库提供服务和抽象，例如垃圾收集器，与平台和线程和文件的独立访问以及内部调用的实现（直接修改托管数据结构的本机代码）。

2.1 AOT编译器

IL2CPP AOT编译器名为il2cpp.exe。在Windows上，您可以在Editor \ Data \ il2cpp目录中找到它。在OSX上，它位于Unity安装的Contents / Frameworks / il2cpp / build目录中。il2cpp.exe实用程序是一个托管可执行文件，完全用C＃编写。

IL2CPP工具链：

2.2 运行时库

IL2CPP技术的另一部分是运行时库，用于支持虚拟机。
我们将运行时库称为libil2cpp，这个简单且可移植的运行时库是IL2CPP技术的主要优势之一
通过查看我们随Unity一起提供的libil2cpp的头文件，您可以找到有关libil2cpp代码组织方式的一些线索（您可以在Windows的Editor \ Data \ PlaybackEngines \ webglsupport \ BuildTools \ Libraries \ libil2cpp \ include目录中找到它们），或OSX上的Contents / Frameworks / il2cpp / libil2cpp目录）。

2.3 为啥要转成CPP呢？

1.快

根据官方的实验数据，换成IL2CPP以后，程序的运行效率有了1.5-2.0倍的提升。

2. Mono VM在各个平台移植，维护非常耗时，有时甚至不可能完成

Mono的跨平台是通过Mono VM实现的，有几个平台，就要实现几个VM，像Unity这样支持多平台的引擎，Mono官方的VM肯定是不能满足需求的。所以针对不同的新平台，Unity的项目组就要把VM给移植一遍，同时解决VM里面发现的bug。这非常耗时耗力。这些能移植的平台还好说，还有比如WebGL这样基于浏览器的平台。要让WebGL支持Mono的VM几乎是不可能的。

3. 可以利用现成的在各个平台的C 编译器对代码执行编译期优化，这样可以进一步减小最终游戏的尺寸并提高游戏运行速度。

4. 由于动态语言的特性，他们多半无需程序员太多关心内存管理，所有的内存分配和回收都由一个叫做GC（Garbage Collector）的组件完成。虽然通过IL2CPP以后代码变成了静态的C ，但是内存管理这块还是遵循C#的方式，这也是为什么最后还要有一个 IL2CPP VM的原因：它负责提供诸如GC管理，线程创建这类的服务性工作。但是由于去除了IL加载和动态解析的工作，使得IL2CPP VM可以做的很小，并且使得游戏载入时间缩短。

2.4 编译区别

使用Mono的时候，脚本的编译运行如下图所示：