DevOps专题|Lua引擎打造超轻量级客户端

Lua 作为一门轻量级脚本语言，源码使用标准C语言发布，语法简洁，非常适合嵌入式、客户端、游戏等场景。

Lua引擎语言特点

• 轻量级

源码简单，以lua最新版5.3.5为例，加上lua自身提供的lib库，仅30多个.c文件，编译后仅200多k，strip后经upx压缩，可控制在100k以下。

• 语法简洁

小巧灵活，支持闭包，有GC机制，通过语法糖可实现面向对象编程，提供了通用类型table，可实现数组、map和对象。

• 支持多平台

lua语言本身和lib库由标准C语言编写，可在windows、*nix等各种环境编译运行。

• 易扩展

lua提供了易用的扩展接口机制，和C相互调用非常方便。

Lua引擎应用场景

• 嵌入式

运行环境苛刻，对CPU、内存等资源占用情况有严格限制

• 游戏及客户端

对性能敏感，功能更新不希望全量升级，需要增量更新或热更新

Lua引擎客户端实践

1、客户端常用语言和技术选型

• Python/Shell等脚本语言

开发效率高，但需要环境自带脚本执行环境，有语言版本兼容性问题，适合比较统一的环境

• GoLang

自包含、跨平台，支持交叉编译，编译出的可执行文件仅依赖libc，部署方便

• C/C++

编译生成的可执行文件小、移植性强、性能高，但开发、调试比较费劲
结合Lua，用C封装io、网络操作，Lua实现业务逻辑，就能在保证轻量和性能的前提下，提高开发效率

2、Lua客户端研发目标

• 自包含
• 轻量级
• 易实现自更新
• 高性能
• 开发效率高
• 跨平台
• 源码保护

Lua客户端工作模式分析

lua启动时创建lua虚拟机，加载lua lib和用户实现的C库，读取lua脚本文件，开始解析和执行。

由于lua属于编译型语言，在读取用户脚本的时候，如果是luac编译过的字节码，则交给lua虚拟机直接执行；如果是lua脚本，则由luac编译成字节码，再交给lua虚拟机执行。当lua脚本中require其他脚本时，lua引擎尝试解析、执行被引用的脚本。

1、Lua客户端研发分析

理解lua工作模式后，我们的客户端设计分为两部分。第一部分是C模块：

C部分作为程序入口，负责加载lua引擎，加载lua自身lib库和我们实现的C库，最终读取、解析执行lua脚本。

Lua部分实现业务代码，lua入口文件通过require调用执行各lua模块。

2、Lua客户端之编译原理

为了保证客户端尽量小，且没有第三方依赖，我们最终会把C模块和lua脚本编译打包到一起，整个客户端是独立的可执行文件。

C模块部分，把我们的入口程序、lua引擎、第三方库静态编译到一起，strip后用upx进行压缩。

Lua部分，我们用lua-amalg把多个lua文件合并成一个lua文件，经luac编译，再用ucl工具压缩。
注：ucl是upx所使用的压缩算法，压缩率与gzip相近，但解压算法仅200字节，也可替换成其他算法

最终，我们把压缩后的lua脚本拼接到可执行文件末尾，实现可参考开源的srlua。

至此，我们实现了由lua实现业务逻辑，C提供lib库的客户端，和golang一样，客户端可在macos、linux、windows编译执行，本身只有一个可执行文件，但却非常轻量级。以京东云的部署客户端为例，客户端包含json、socket、http、mbedtls（类似openssl）等库，加上实现部署业务的lua脚本，整个客户端仅100多k！

Lua引擎之扩展操作

1、加密及代码混淆

在一些闭源的场景，我们并不希望lua源码被直接看到。lua作为一门脚本语言，即使通过luac编译成字节码，源码也能被工具反编译出来。为了对抗反编译，我们可以调整lua opcode表、修改版本和lua头等。

Lua opcode表

2、自动更新

lua脚本在编译成字节码，压缩后比较小，利用这一特性，我们可以在server端提供编译压缩好的lua脚本，客户端只需下载执行脚本，就实现了自动更新和热更新

3、一些花操作

• javascript写轻量级客户端

在互联网公司，lua普及程度是次于js的。通常服务端js指nodejs，node比较重，写客户端显得不太合适。得力于lua和js相近的语言特性，如闭包、匿名函数等，js脚本可通过js2lua转换成lua，于是，我们可以用js、甚至typescript实现业务逻辑，编译转换成lua脚本，实现轻量级客户端

• 移植到windows

C和lua本身都是跨平台的，但实际开发过程中，可能初期只考虑了对linux的支持，为了快速开发，代码中出现大量shell调用。当开始需要支持windows，一种办法是重写shell调用部分的代码，工作量相当于重构。

另一种可行的方法是引入msys或者cygwin，由msys/cygwin提供windows下的shell环境，业务程序本身只做少量修改即可运行，比较知名的例子是git-shell。

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