UE引擎多平台资源热更新系统：从架构设计到生产实践¶

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本文基于视频内容生成 - 视频标题: [UFSH2025]基于UE引擎的多平台资源更新方案 | 阵雨 字节晶核 游戏客户端开发 - 视频链接: https://www.bilibili.com/video/BV14RU7BJEUc - 本文由 AI 辅助生成,旨在为读者提供结构化的技术解析

导读¶

核心观点:

1. 对于多平台、高频更新的 3D MMO ARPG,传统的资源更新方案会导致严重的磁盘冗余和下载体积膨胀
2. 二进制差分(Binary Diff)配合分组分任务的资源管理,可以将包外资源的更新体积减少 70% 以上
3. 通过自动化采集 + 配置驱动的边玩边下(Progressive Download)方案,可以将移动端的二次下载从 6GB 优化至 100MB 左右

前置知识: 本文适合熟悉 Unreal Engine PAK 文件系统、了解游戏资源打包流程的开发者阅读。需要对 UE 的 IoStore、PlatformFile 系统有基本了解。

背景与痛点:为什么需要重新设计资源更新系统?¶

字节跳动的《晶核》是一款使用 UE4 引擎开发的多平台(PC、移动端、主机)、多地区发行的内容向 3D MMO ARPG。这个项目特性决定了它的资源更新系统面临三大核心挑战:

1. 多平台适配的复杂性

不同平台对资源更新有不同的限制和要求: - iOS 平台:代码(C++ DLL)不能热更新,必须通过整包更新 - Android 平台:包体大小有严格限制(Google Play 初始 APK 限制 150MB,扩展文件最多 2GB) - PC 平台:Steam 等平台有自己的 Patch 分发系统 - 主机平台:索尼/微软/任天堂都有各自的审核流程和技术限制

2. 高频更新与资源体量的矛盾

作为内容向 MMO ARPG,《晶核》需要: - 高频更新:每周甚至每日都可能有新内容上线(新角色、新地图、新活动) - 大体量资源:高品质 3D 资源占用空间巨大,安卓版本资源总量超过 14GB

在传统的资源更新方案下,每次更新都需要下载完整的变更文件,这导致: - 同一个文件在硬盘上存在多个版本(例如某个角色资源在 v1.1、v1.3 的 PAK 中都存在) - 更新体积远大于实际变更内容(修改地图中一个 NavMesh,却要下载整个地图文件)

3. 新玩家的首次体验问题

对于新下载游戏的玩家,传统方案的痛点在于: - 二次下载界面等待时间过长(国内玩家可能勉强接受,但海外玩家往往在下载 5-6GB 时就会流失) - 无法快速进入游戏体验核心玩法

核心架构:分组-任务-文件的三层资源管理模型¶

为什么 UE 官方工具不够用?¶

Unreal Engine 官方提供了两个资源更新相关的工具:

UnrealPak(Pak Launcher) - 功能:方便地打整包和打 Patch - 局限性: - 不支持 IoStore 格式 - 不支持散文件(Loose Files)管理 - 不支持二进制差分(Binary Diff) - 静态配置无法满足复杂的分包规则

ChunkDownloader(Runtime) - 功能:运行时 PAK 下载、流式文件写入、断点续传、下载后立即挂载 - 局限性: - 发布时间晚,项目已接入字节内部的下载 SDK - 字节 SDK 支持大文件分片下载 + 多 CDN 竞速,下载速度更有优势

因此《晶核》团队选择了自研资源更新系统。

三层架构设计¶

整个资源管理系统采用**分组(Group) → 任务(Task) → 文件(File)**的三层架构:

第一层:分组(Group)——资源更新的特性抽象¶

分组用于描述资源的**更新时机和下载策略**。《晶核》定义了 4 个核心分组:

分组 A(Base Package) - 特点:打包时打入安装包内 - 下载时机:随安装包一起安装 - 更新方式:如果后续版本修改,需要在二次下载界面更新

分组 B(Essential Download) - 特点:因包体大小限制无法打入安装包,但属于必要资源 - 下载时机:在二次下载界面与分组 A 的 Patch 一起下载 - 典型场景:Android 平台的核心资源(受限于 Google Play 的包体限制)

分组 C(Progressive Download) - 特点:非必要资源,可以边玩边下 - 下载时机:玩家进入游戏后,在后台或特定时机下载 - 典型场景:后期地图、高级副本资源

分组 D(On-Demand) - 特点:仅在玩家主动请求时下载 - 下载时机:玩家触发特定功能时 - 典型场景:多语言包(玩家切换语言时才下载对应语言资源)

关键设计原则:

1. 分组稳定性:文件的修改本身不会改变其所属分组,除非显式配置
2. 新增文件自动分组:新增文件会根据既有规则自动划分到对应分组
3. 跨平台差异化:不同平台可以有不同的分组组合(例如 PC 版没有 B、C 组,资源直接打入安装包)

第二层:任务(Task)——资源更新的基本单位¶

任务是**资源更新的最小调度单元**,每个任务: - 拥有独立的更新流程和状态记录(下载中、已完成、失败等) - 包含多个 PAK 文件和散文件 - 这些文件共享任务的状态信息

任务的作用: - 细粒度控制:可以精确控制某一批资源的下载优先级 - 容错处理:某个任务失败不影响其他任务 - 进度展示:可以向玩家展示"正在下载角色 XX 的资源"

第三层:文件(File)——实际的资源载体¶

文件层包含三种类型:

PAK 文件 - UE 的标准资源打包格式 - 支持压缩、加密、版本管理 - 通过 PAK Order 控制文件查找优先级

散文件(Loose Files) - 未打包的单独文件 - 适合频繁更新的小文件(如配置表) - 读取优先级高于 PAK 内文件

Chunk 文件 - PAK 的分片文件 - 用于大文件的分段下载 - 分片大小基于**压缩后的大小**精准控制(避免因压缩率导致分片过小)

关键优化:散文件划分时,基于 PAK **压缩后的大小**进行切分,而不是原始大小。这样可以确保每个分片的实际下载大小都接近目标值(例如 50MB),避免因高压缩率导致某些分片过小。

模块职责划分:插件与项目的协作模式¶

架构概览¶

整个系统分为**插件(Plugin)和**项目(Project)**两大部分,每部分又分为**编辑器(Editor)**和**运行时(Runtime):

插件编辑器(Plugin Editor)¶

核心职责:生成运行时所需的文件

生成的文件分为两类:

1. 资源文件(Runtime Assets) - 散文件:配置表、Lua 脚本等 - PAK 文件:打包后的 UAsset - 二进制差分文件:用于增量更新的 Patch 文件

2. 更新信息文件(Update Metadata)

这类文件又分为两种用途:

(1) 辅助后续打包的文件

典型例子是 Manifest 文件,记录每个文件的: - 文件路径 - 所属分组 - 所属任务 - Hash 值(用于版本对比)

在打下一个版本的 Patch 时,通过对比当前版本和上一版本的 Manifest,可以确定哪些文件需要打差分。

(2) 供人阅读的文件

例如**版本对比报告**,内容包括: - 从 v1.0 到 v1.1 需要下载的总大小 - 哪些文件需要打 Patch - 变更原因(文件修改、分组变更、删除等)

这类文件主要用于开发团队的版本管理和问题排查。

插件运行时(Plugin Runtime)¶

核心功能: 1. 更新逻辑:根据本地版本和远端版本,动态获取需要下载的更新信息文件 2. 文件下载:调用下载 SDK 下载资源 3. 二进制差分合并:将下载的 Patch 文件与本地文件合并 4. PAK 挂载:挂载新下载的 PAK 文件到虚拟文件系统 5. UFS 扩展:扩展 Unreal File System,支持散文件优先读取、IO Hook 等 6. 热重载(Hot Reload):支持 Lua、配置表、蓝图的热更新

项目编辑器(Project Editor)¶

职责:提供资源更新相关的配置,例如: - 分组规则配置 - 任务划分规则 - 边玩边下的资源优先级配置 - 平台差异化配置

项目运行时(Project Runtime)¶

职责: 1. 发起更新任务:整个更新流程从项目运行时发起 2. 处理更新回调:处理下载进度、错误等事件 3. 界面展示:二次下载界面、边玩边下的全服公告等 4. 用户交互:处理玩家的暂停、继续、取消等操作

二进制差分:解决磁盘冗余与下载体积的核心技术¶

传统方案的问题¶

在**非二进制差分方案**中,每次版本更新都会将变更的文件重新打成 PAK。例如:

v1.0 → v1.1: - 角色 A 资源修改 → 打成 Character_v1.1.pak - 武器 B 资源修改 → 打成 Weapon_v1.1.pak

v1.1 → v1.2: - 角色 A 资源再次修改 → 打成 Character_v1.2.pak

v1.2 → v1.3: - 武器 B 资源修改 → 打成 Weapon_v1.3.pak

问题一:磁盘冗余

假设武器 B 的 Weapon.uasset 文件在 v1.1 和 v1.3 都存在修改,那么玩家硬盘上会同时存在: - Weapon_v1.1.pak 中的 Weapon.uasset - Weapon_v1.3.pak 中的 Weapon.uasset

对于高频更新的游戏,同一个文件可能在磁盘上有 5 份、10 份甚至更多,严重浪费存储空间(移动设备尤其敏感)。

问题二:下载体积膨胀

假设一张地图 Level_City.umap 大小为 500MB,美术只是修改了其中一个 NavMesh 区域(实际改动可能只有几 KB): - 光照数据(Lighting Build Data):没有变化(占大部分体积) - 导航网格数据(NavMesh):只有一小块区域改动

但在传统方案下,玩家需要下载整个 500MB 的新版本地图文件。

二进制差分方案¶

核心思路:不再打包完整文件,而是**打包文件的二进制差异(Binary Diff)**。

工作流程示例¶

假设版本演进如下:

v1.0(初始版本): - Character_v1.0.pak 包含角色 A、B 的资源 - Weapon_v1.0.pak 包含武器 X、Y 的资源

v1.1 版本更新: - 角色 A、B 的资源发生修改

传统方案:打出 Character_v1.1.pak(完整文件,例如 200MB)

二进制差分方案:

1. 对比 v1.0 和 v1.1 的角色资源,生成**差分文件(Patch File)**:Character_v1.0_to_v1.1.patch(可能只有 20MB)
2. 玩家运行时:
3. 下载 Character_v1.0_to_v1.1.patch(20MB)
4. 使用差分合并工具,将 Character_v1.0.pak + Patch → 合并生成 Character_v1.1.pak
5. 删除旧的 v1.0 PAK

v1.2 版本更新: - 角色 A 再次修改

生成 Character_v1.1_to_v1.2.patch,玩家基于本地的 v1.1 PAK 合并生成 v1.2 PAK。

核心优势¶

优势 1:磁盘无冗余 - 包外资源始终只保留最新版本的 PAK - 老版本 PAK 在合并后即可删除

优势 2:下载体积大幅减少 - 只下载文件的二进制差异 - 对于只有少量修改的大文件,差分文件可能只有原文件的 5%-10%

优势 3:支持跨版本差分 - 可以为任意两个版本生成差分文件 - 例如 v1.0 直接升级到 v1.5,生成 v1.0_to_v1.5.patch

包内文件的差分:跨越整包更新的障碍¶

二进制差分不仅适用于包外资源(分组 B、C、D),还可以应用于**安装包内的资源(分组 A)**:

平台差异化实现¶

1. 移动平台(Android/iOS) - 利用平台自带的差分更新能力(例如 Google Play 的 App Bundle、Apple 的差分下载) - 不仅对包内文件进行二进制差分,还可以**跳过安装流程**,进一步减少用户等待时间

2. PC 平台 - 自行实现对安装包内文件的二进制差分 - 下载差分文件后,与安装目录的文件合并

3. 其他平台 - 根据平台提供的能力选择性支持

实际效果¶

对于《晶核》的移动版本,包外资源总量约 14.5GB,在两个大版本之间的二进制差分大小通常在 2-3GB,节省了 70%-80% 的下载量。

差分路径优化:避免无限制的差分更新¶

问题场景¶

由于《晶核》在整包更新时也对包外文件进行差分,理论上**任意老版本的玩家都可以通过差分路径更新到最新版本**。

例如,一个两年前参加测试的玩家(v0.1),也可以通过差分链路更新到 v2.5:

v0.1 → v0.2 → v0.3 → ... → v2.4 → v2.5

但这会带来两个问题: 1. 差分链路过长:需要下载和合并几十个甚至上百个差分文件,耗时巨大 2. 元数据开销:获取每个版本的更新信息文件(Manifest)本身也有网络和时间开销

优化策略¶

策略一:基于开销的动态判断

通过公式评估差分更新的总开销:

总开销 = 差分文件下载大小 + (差分合并时间 × 时间权重)

将其与**全量下载开销**对比:

if (总开销 > 全量下载大小 × 阈值):
    转为全量更新

关键参数: - 差分文件下载大小:累加所有差分 Patch 的大小 - 差分合并时间:根据文件大小和设备性能估算(可通过历史数据统计) - 阈值:通常设置为 1.2-1.5,即差分开销超过全量下载的 120%-150% 时放弃差分

策略二:基于版本距离的硬性限制

if (当前版本与目标版本的距离 > N):
    转为全量更新

例如设置 N = 50,即跨越 50 个版本就强制全量更新。

为什么需要策略二?

因为策略一需要先获取差分链路上所有版本的更新信息文件,这本身就有开销: - 如果版本距离很远(例如 100 个版本),光是下载这 100 个 Manifest 文件就需要较长时间 - 最终算出来不适合差分,前面的时间就白费了

所以策略二是一个**快速预判**,避免无谓的元数据下载。

任务级别的差异化处理

需要注意,这两个策略都是**针对每个下载任务(Task)**的,而不是全局的。

这意味着: - 某些频繁变更的任务可能转为全量更新 - 而大量变更较少的任务仍然可以走差分更新

例如,跨越 100 个版本时: - 核心角色资源(高频变更)→ 全量更新 - 早期地图资源(很少变更)→ 差分更新

FastPatch:减少差分链路长度的捷径¶

问题背景¶

即使有了前面的优化策略,长差分链路仍然是一个问题。例如从 v1.0 更新到 v2.3:

正常差分链路:

v1.0 → v1.1 → v1.2 → v1.3 → v2.0 → v2.1 → v2.2 → v2.3

需要下载和合并 7 个差分文件。

FastPatch 方案¶

核心思路:在版本图中添加**跳跃边(FastPatch)**,允许跨越多个版本一次性更新。

示例:

如果添加了以下 FastPatch: - v1.0 → v1.3(FastPatch) - v1.3 → v2.0(FastPatch) - v2.0 → v2.2(FastPatch)

那么更新链路变为:

v1.0 → v1.3 → v2.0 → v2.2 → v2.3

只需要 4 个差分文件。

实现细节¶

1. FastPatch 的生成时机

通常在发布**大版本**或**里程碑版本**时生成 FastPatch: - v1.0(公测版本)→ v2.0(首个大更新) - v2.0 → v3.0(周年版本)

2. FastPatch 的存储

FastPatch 本质上就是一个**大的差分文件**,例如: - v1.0_to_v2.0.fastpatch(可能 500MB)

它包含了 v1.0 到 v2.0 之间所有变更的二进制差分。

3. 路径选择算法

打包工具在生成更新方案时,会: 1. 构建一个**版本图(Version Graph),节点是版本,边是差分文件 2. 使用**最短路径算法(如 Dijkstra)找到最优更新路径 3. 边的权重 = 差分文件大小 + 合并时间估算

实际收益¶

对于《晶核》: - 跨越 30 个版本的更新,链路长度从 30 降低至 5-8 - 总下载量减少约 15%-25%(因为跳过了中间版本的冗余差分)

KV 差分:针对配置文件的深度优化¶

适用场景¶

某些文件以 KV(Key-Value) 形式存储,例如: - 策划配置表:CharacterConfig.csv、ItemDatabase.json - Ini 配置文件:DefaultEngine.ini、GameSettings.ini

这类文件的特点: - 内容以 Key-Value 或 Record 形式组织 - 修改往往只涉及少数条目(例如修改某个角色的攻击力)

传统二进制差分的局限¶

假设配置表 CharacterConfig.csv 有 10,000 行,每次版本更新修改了其中 10 行:

传统二进制差分: - 虽然只改了 10 行,但二进制差分算法会识别出多处变化(因为行号偏移) - 差分文件可能达到几百 KB

KV 差分: - 直接对比两个版本的 KV 数据 - 生成差分信息:{ "Character_123": { "Attack": 100 → 120 } } - 差分文件可能只有几 KB

实现思路¶

打包时: 1. 解析旧版本和新版本的 KV 文件 2. 生成**增删改信息**:

{
  "Added": { "新Key": "新Value" },
  "Modified": { "已有Key": "新Value" },
  "Deleted": ["删除的Key"]
}

运行时: 1. 下载差分文件 2. 加载本地的旧版本 KV 数据 3. 应用差分: - 添加新条目 - 修改已有条目 - 删除指定条目 4. 保存新版本数据

收益¶

对于《晶核》的配置表: - 压缩率提升 80%-95%(相比传统二进制差分) - 例如某次配置表更新,传统差分 500KB,KV 差分只需 25KB

边玩边下:移动端的首次体验优化¶

问题背景¶

对于新玩家,传统的资源更新流程是: 1. 下载安装包(例如 2GB) 2. 安装 3. 打开游戏,进入二次下载界面 4. 等待下载包外资源(例如 6GB)← 玩家流失的主要环节 5. 进入游戏

数据表明: - 国内玩家对二次下载的容忍度相对较高(愿意等待 10-20 分钟) - 海外玩家容忍度极低,下载超过 5GB 或等待超过 5 分钟,流失率显著上升

老方案的局限¶

《晶核》曾尝试过**静态配置的边玩边下方案**: - 通过一张表配置哪些资源属于"前期内容",可以拆分到分组 C(边玩边下) - 效果:从 9GB 的资源中配置出了 3GB 的前期内容

问题: - 仍然有 6GB 需要在二次下载界面等待 - 静态配置维护成本高,且容易遗漏

新方案:自动化采集 + 配置驱动¶

新方案的**核心思路**:

前期内容基于自动化采集划分 其他内容基于配置和依赖关系划分

第一部分:自动化采集前期内容¶

步骤:

1. 运行自动化测试:使用自动化脚本(或手动)跑游戏的前两章流程
2. Hook 文件系统 IO:在文件被读取的瞬间,记录:
3. 文件路径
4. 当前游戏阶段(主线任务 ID、玩家等级、时间戳等)
5. 生成采集文件:将记录的数据序列化为一个采集文件(Collection File)

采集文件示例:

[
  { "file": "Character/Warrior.uasset", "stage": "Tutorial_01", "time": 120 },
  { "file": "Map/City_Main.umap", "stage": "Tutorial_02", "time": 180 },
  ...
]

1. 打包时使用采集文件:根据采集文件,将前两章涉及的所有资源划分到**核心资源组**,其他资源划分到**其他资源组**

核心资源组的处理: - 打入分组 B(Essential Download),在二次下载界面优先下载 - 或者进一步优化:将核心资源的一部分打入安装包(分组 A),剩余部分放入分组 B

第二部分:配置和依赖关系划分¶

采集不会覆盖游戏的所有流程(只采集前两章),剩余的大量资源需要通过**配置和依赖关系**划分:

1. 配置驱动

项目编辑器提供配置界面,允许策划/开发手动配置: - 哪些地图属于"中期内容"(可以延迟下载) - 哪些角色/武器属于"高级内容"(分组 D,按需下载)

2. 依赖关系分析

对于配置的资源,自动分析其**依赖树**: - 如果某个地图被标记为"中期内容",自动将其引用的所有资源(贴图、模型、特效等)也划分到相应分组 - 使用 UE 的 Asset Registry 和 Dependency Graph 分析依赖关系

下载任务划分策略¶

划分好资源后,还需要将资源组织成**下载任务**:

原则: - 每个下载任务的大小控制在 50-200MB(基于压缩后大小) - 按游戏流程顺序编号,例如: - Task_001:新手村资源 - Task_002:第一章主城资源 - Task_003:第一个副本资源 - ...

运行时调度: - 玩家进入游戏后,检测当前进度(例如等级 10) - 动态下载接下来可能需要的任务(例如 Task_005-Task_010) - 低优先级任务在后台下载,或在玩家空闲时提示下载

实际效果¶

《晶核》移动版的优化数据:

关键指标: - 二次下载从 6GB 降至 100MB,减少 98% - 新玩家可以在 2-5 分钟**内进入游戏 - 海外玩家的首日留存率提升 **15%

说明: - 安装包内已包含分组 A 的资源 - 二次下载的 100MB 主要是分组 A 在安装包提交后产生的 Patch(因为提审和上线之间有时间差,策划会继续修改资源) - 核心资源(1.8GB)会在玩家进入游戏后,按优先级在后台下载 - 其他资源(12.7GB)采用边玩边下或按需下载

语言包的按需下载:Google Play 的 On-Demand Delivery¶

海外多语言的挑战¶

《晶核》的海外版本支持 10+ 种语言(英语、日语、韩语、德语、法语等),每个语言包约 400MB(包含配音、字幕、UI 文本等)。

传统做法的问题: - 将所有语言包打入安装包 → 包体膨胀至 6GB+ - 在二次下载界面根据玩家的系统语言下载对应语言包 → 又增加了 400MB 的二次下载

即使做了前面的边玩边下优化,新玩家仍然需要下载 100MB(核心资源 Patch) + 400MB(语言包) = 500MB,体验仍不理想。

On-Demand Delivery 方案¶

对于 Google Play 商店的应用,可以使用官方提供的 On-Demand Delivery 功能:

核心机制: 1. 将不同语言包打包成独立的 Asset Pack 2. 在 build.gradle 中配置每个 Asset Pack 的分发模式:

assetPack {
    packName = "language_ja"
    deliveryType = "on-demand"
}

用户体验: - 日语系统的玩家,安装时自动下载日语包 - 英语系统的玩家,安装时自动下载英语包 - 下载过程与安装包下载合并,玩家无感知

代码实现:

// C++ 代码示例(实际使用 Google Play Core SDK)

// 检查语言包是否已安装
bool IsLanguagePackInstalled(const FString& LanguageCode)
{
    // 调用 Google Play Core API
    return PlayCore::IsAssetPackInstalled(FString::Printf(TEXT("language_%s"), *LanguageCode));
}

// 如果玩家在游戏中切换语言,动态下载对应语言包
void DownloadLanguagePack(const FString& LanguageCode)
{
    FString PackName = FString::Printf(TEXT("language_%s"), *LanguageCode);
    PlayCore::RequestAssetPackDownload(PackName, [](bool bSuccess) {
        if (bSuccess) {
            // 挂载语言包,刷新 UI
            MountLanguagePack(LanguageCode);
        }
    });
}

收益¶

• 完全消除语言包的二次下载:从 500MB 降至 100MB
• 减少不必要的存储占用:玩家只保留自己使用的语言包(节省 3.6GB)

UFS 扩展:实现散文件更新与 IO Hook¶

为什么需要扩展文件系统?¶

前面提到,资源更新系统有两个功能需要扩展 Unreal File System(UFS):

1. 散文件更新:包外的散文件读取优先级高于安装包内的 PAK 文件
2. 边玩边下的 IO Hook:采集游戏运行时读取了哪些文件

这两个需求都无法通过简单的配置实现,必须**深入 UE 的文件系统底层**。

UE 文件系统架构¶

UE 的文件系统基于**责任链模式**,核心概念:

1. IPlatformFile 接口

定义了文件操作的规范:

class IPlatformFile
{
public:
    virtual bool FileExists(const TCHAR* Filename) = 0;
    virtual IFileHandle* OpenRead(const TCHAR* Filename) = 0;
    virtual IFileHandle* OpenWrite(const TCHAR* Filename) = 0;
    virtual bool DeleteFile(const TCHAR* Filename) = 0;
    // ... 其他文件操作接口

    // 责任链:指向下一个 PlatformFile
    IPlatformFile* LowerLevel;
};

2. 多种 IPlatformFile 实现

UE 内置了多个 IPlatformFile 实现: - FPakPlatformFile:读取 PAK 文件 - FCachedReadPlatformFile:提供 IO 缓存 - FLoggedPlatformFile:记录文件操作日志(调试用) - FWindowsPlatformFile / FAndroidPlatformFile:与操作系统 API 交互,读取物理文件

3. PlatformFile 链表

运行时,这些 PlatformFile 对象组成一个**单向链表**:

FPlatformFileManager (管理器)
    ↓
FCachedReadPlatformFile (头节点)
    ↓ LowerLevel
FPakPlatformFile
    ↓ LowerLevel
FWindowsPlatformFile (尾节点,直接访问物理磁盘)

4. 文件操作的分发机制

当调用 FPlatformFileManager::Get().OpenRead("MyFile.uasset") 时:

1. 从链表头节点开始(FCachedReadPlatformFile)
2. 头节点处理逻辑:
3. 如果缓存中有 → 直接返回
4. 如果缓存中没有 → 调用 LowerLevel->OpenRead()
5. 下一节点(FPakPlatformFile)处理:
6. 遍历所有挂载的 PAK,按 PAK Order 从高到低查找
7. 如果找到 → 返回 PAK 内的文件句柄
8. 如果没找到 → 调用 LowerLevel->OpenRead()
9. 最后到达物理层(FWindowsPlatformFile):
10. 直接调用 Windows API CreateFile() 打开物理文件
11. 如果文件不存在 → 返回 nullptr

实现散文件更新¶

需求: - 安装包外的散文件读取优先级 > PAK 内文件 > 安装包内的散文件

实现思路:

1. 自定义 PlatformFile:实现一个 FJHPlatformFile(JH = 晶核)
2. 插入链表:将其插入到 FPakPlatformFile 之前

插入后的链表:

FCachedReadPlatformFile
    ↓
FJHPlatformFile ← 新增
    ↓
FPakPlatformFile
    ↓
FWindowsPlatformFile

1. 实现 OpenRead 逻辑:

class FJHPlatformFile : public IPlatformFile
{
public:
    virtual IFileHandle* OpenRead(const TCHAR* Filename) override
    {
        // 1. 检查是否是包外散文件
        FString LooseFilePath = GetLooseFilePath(Filename);
        if (LowerLevel->FileExists(*LooseFilePath))
        {
            // 找到了 → 直接返回
            return LowerLevel->OpenRead(*LooseFilePath);
        }

        // 2. 没找到 → 继续责任链
        return LowerLevel->OpenRead(Filename);
    }

private:
    FString GetLooseFilePath(const TCHAR* VirtualPath)
    {
        // 将虚拟路径转换为包外散文件的物理路径
        // 例如: "Game/Characters/Warrior.uasset"
        //   →  "C:/GameData/LooseFiles/Characters/Warrior.uasset"
        return FPaths::Combine(LooseFilesDir, VirtualPath);
    }
};

1. 插入链表的代码:

void InitializeJHPlatformFile()
{
    IPlatformFile& PlatformFile = FPlatformFileManager::Get().GetPlatformFile();

    // 找到 FPakPlatformFile 节点
    IPlatformFile* Current = &PlatformFile;
    IPlatformFile* PakFilePrev = nullptr;
    while (Current)
    {
        if (Current->GetTypeName() == TEXT("PakFile"))
        {
            // 找到了 PakFile,插入到它前面
            FJHPlatformFile* JHFile = new FJHPlatformFile(Current);
            if (PakFilePrev)
            {
                PakFilePrev->LowerLevel = JHFile;
            }
            else
            {
                // PakFile 是头节点,替换头节点
                FPlatformFileManager::Get().SetPlatformFile(JHFile);
            }
            break;
        }
        PakFilePrev = Current;
        Current = Current->LowerLevel;
    }
}

实现 IO Hook(边玩边下的采集)¶

需求: - 记录游戏运行时读取的所有文件 - 记录读取时的游戏阶段(任务 ID、等级等)

实现思路:

1. 创建 Hook PlatformFile:实现 FIOHookPlatformFile
2. 插入链表头部:确保它是第一个处理文件操作的节点

class FIOHookPlatformFile : public IPlatformFile
{
public:
    virtual IFileHandle* OpenRead(const TCHAR* Filename) override
    {
        // 1. 记录文件访问
        RecordFileAccess(Filename);

        // 2. 继续责任链
        return LowerLevel->OpenRead(Filename);
    }

private:
    void RecordFileAccess(const TCHAR* Filename)
    {
        // 获取当前游戏阶段
        int32 QuestID = GetCurrentQuestID();
        int32 PlayerLevel = GetPlayerLevel();
        float GameTime = GetGameTime();

        // 写入采集文件
        FFileAccessRecord Record;
        Record.FilePath = Filename;
        Record.QuestID = QuestID;
        Record.PlayerLevel = PlayerLevel;
        Record.Timestamp = GameTime;

        CollectionFile.AddRecord(Record);
    }
};

1. 插入链表头部:

void EnableIOHook()
{
    IPlatformFile& CurrentTop = FPlatformFileManager::Get().GetPlatformFile();
    FIOHookPlatformFile* HookFile = new FIOHookPlatformFile(&CurrentTop);
    FPlatformFileManager::Get().SetPlatformFile(HookFile);
}

插入后的链表:

FIOHookPlatformFile ← 新增(头节点)
    ↓
FCachedReadPlatformFile
    ↓
FJHPlatformFile
    ↓
FPakPlatformFile
    ↓
FWindowsPlatformFile

注意事项: - Hook PlatformFile 必须在**最前面**,确保所有文件操作都被记录 - JH PlatformFile 在 Pak 之前,确保散文件优先于 PAK - Cached PlatformFile 在 Hook 之后,避免缓存命中导致文件访问未被记录

文件查找加速:Hash Map 优化¶

性能瓶颈¶

引入 FJHPlatformFile 后,文件查找流程变成:

1. 检查是否是包外散文件(IO 操作)
2. 如果不是,遍历所有 PAK(400+ 个 PAK,每个都要查询)
3. 如果还不是,查找安装包内的散文件(IO 操作)

对于《晶核》: - PAK 数量:400+ 个(因为边玩边下,每个 PAK 约 50MB) - 每次查找一个不在包外的散文件,都要进行 1 次 IO + 400+ 次 PAK 查询

优化方案:内存 Hash Map¶

核心思路:在内存中维护一个 UFS 路径 → 文件信息 的 Hash Map。

数据结构:

struct FFileLocationInfo
{
    EFileLocation Location; // 枚举:LooseFile, PAK, PhysicalFile
    FString PakPath;        // 如果在 PAK 中,记录 PAK 路径
    int32 PakIndex;         // 如果在 PAK 中,记录 PAK 索引
};

TMap<uint64, FFileLocationInfo> FileHashMap; // Key 是路径的 Hash

初始化:

void BuildFileHashMap()
{
    // 1. 遍历所有包外散文件
    TArray<FString> LooseFiles;
    IFileManager::Get().FindFilesRecursive(LooseFiles, *LooseFilesDir, TEXT("*"), true, false);
    for (const FString& File : LooseFiles)
    {
        uint64 Hash = CityHash64(GetVirtualPath(File));
        FileHashMap.Add(Hash, FFileLocationInfo{ EFileLocation::LooseFile, TEXT(""), -1 });
    }

    // 2. 遍历所有 PAK 文件
    TArray<FPakFile*> PakFiles = FCoreDelegates::GetPakFiles();
    for (int32 i = 0; i < PakFiles.Num(); ++i)
    {
        FPakFile* Pak = PakFiles[i];
        for (const TPair<FString, FPakEntry>& Entry : Pak->GetIndex())
        {
            uint64 Hash = CityHash64(Entry.Key);
            FileHashMap.Add(Hash, FFileLocationInfo{ EFileLocation::PAK, Pak->GetPath(), i });
        }
    }
}

加速后的查找逻辑:

IFileHandle* FJHPlatformFile::OpenRead(const TCHAR* Filename)
{
    uint64 Hash = CityHash64(Filename);

    // 1. 在 Hash Map 中查找
    if (FFileLocationInfo* Info = FileHashMap.Find(Hash))
    {
        if (Info->Location == EFileLocation::LooseFile)
        {
            // 直接打开包外散文件
            return LowerLevel->OpenRead(*GetLooseFilePath(Filename));
        }
        else if (Info->Location == EFileLocation::PAK)
        {
            // 直接去指定的 PAK 中查找,不遍历所有 PAK
            FPakFile* TargetPak = FCoreDelegates::GetPakFiles()[Info->PakIndex];
            return TargetPak->OpenRead(Filename);
        }
    }

    // 2. 没找到,继续责任链(可能是运行时动态生成的文件)
    return LowerLevel->OpenRead(Filename);
}

效果¶

• 查找时间:从平均 5-10ms 降至 <0.1ms
• 加载速度提升:游戏启动时间减少 30%,关卡加载减少 20%

注意事项:Hash 碰撞检测¶

使用 Hash Map 有一个前提:必须保证 Hash 不会碰撞。

实现: 1. 在打包工具中,对所有文件路径计算 Hash 2. 检测是否有碰撞:

TMap<uint64, FString> HashCheck;
for (const FString& File : AllFiles)
{
    uint64 Hash = CityHash64(File);
    if (FString* Existing = HashCheck.Find(Hash))
    {
        UE_LOG(LogTemp, Fatal, TEXT("Hash Collision: %s vs %s"), *File, **Existing);
    }
    HashCheck.Add(Hash, File);
}

对于 64 位 Hash(CityHash64),在文件数量 < 100 万的情况下,碰撞概率极低(约 10^-9)。

同步加载优化:避免阻塞主线程¶

问题背景¶

UE 的异步加载(Async Loading)可以避免主线程卡顿,但《晶核》项目中仍然存在**同步加载**:

原因: 1. 小对象:组件(Component)、配置表等小对象,异步加载反而增加复杂度 2. 蓝图硬引用:策划和美术在蓝图中使用 Soft Object Reference 时,有时会调用 LoadSynchronous() 3. 历史遗留代码:老代码中存在大量 LoadObject() 调用

后果: - 游戏中偶尔出现 100-500ms 的卡顿峰值(尤其是加载新场景时)

优化方案¶

思路:在同步加载时,优先处理同步任务,避免被异步任务的回调阻塞。

UE 的资源加载流程:

同步加载调用 LoadObject()
    ↓
创建 AsyncPackage(即使是同步加载,底层也用异步机制)
    ↓
Tick AsyncLoadingThread(逐步加载资源)
    ↓
加载完成后,触发回调(OnAssetLoaded)
    ↓
返回资源指针

问题:如果有大量异步加载任务在排队,同步加载会被阻塞。

优化:

// 引擎修改:FAsyncLoadingThread 的 Tick 函数

void FAsyncLoadingThread::Tick()
{
    // 原始逻辑:按顺序处理异步任务队列
    for (FAsyncPackage* Package : AsyncPackages)
    {
        Package->Tick();
    }

    // 优化后:优先处理同步加载任务
    TArray<FAsyncPackage*> SyncPackages;
    TArray<FAsyncPackage*> AsyncPackages;

    for (FAsyncPackage* Package : AllPackages)
    {
        if (Package->IsSyncLoad())
        {
            SyncPackages.Add(Package);
        }
        else
        {
            AsyncPackages.Add(Package);
        }
    }

    // 先处理同步任务
    for (FAsyncPackage* Package : SyncPackages)
    {
        Package->Tick();
        if (Package->IsFullyLoaded())
        {
            // 立即返回,不等待其他任务
            return;
        }
    }

    // 再处理异步任务
    for (FAsyncPackage* Package : AsyncPackages)
    {
        Package->Tick();
    }
}

进一步优化:避免 FlushAsyncLoading

某些蓝图代码会调用 FlushAsyncLoading(),强制等待所有异步任务完成,这会导致严重卡顿。

解决方案: - 提供一个自定义的 LoadObjectSynchronous() 函数,替代 LoadObject() - 内部逻辑:只等待当前资源的依赖完成,不等待全局队列

UObject* LoadObjectSynchronous(const FSoftObjectPath& Path)
{
    // 1. 启动异步加载
    TSharedPtr<FStreamableHandle> Handle = AssetManager.LoadAssetAsync(Path);

    // 2. 只 Tick 当前加载任务,不 Flush 全局队列
    while (!Handle->HasLoadCompleted())
    {
        FAsyncLoadingThread::Get().TickSyncLoad(Handle->GetRequestID());
    }

    // 3. 返回资源
    return Handle->GetLoadedAsset();
}

效果¶

• 卡顿峰值:从 500ms 降至 50-100ms
• 平均帧率:提升 5-10 FPS(在资源加载频繁的场景)

热重载:支持配置表、蓝图、Lua 的运行时更新¶

配置表热重载¶

《晶核》使用自定义的配置表格式(类似 CSV 或 JSON),策划频繁修改配置表(如角色属性、技能参数)。

实现: 1. 监听配置表文件的修改(使用文件系统的 Watcher) 2. 重新加载配置表:

void ReloadConfigTable(const FString& TablePath)
{
    // 1. 清空旧数据
    ConfigManager.UnloadTable(TablePath);

    // 2. 重新解析文件
    TArray<FConfigRow> NewData = ParseConfigFile(TablePath);

    // 3. 更新到内存
    ConfigManager.LoadTable(TablePath, NewData);

    // 4. 通知相关系统刷新
    OnConfigTableReloaded.Broadcast(TablePath);
}

蓝图热重载¶

方案一:基于 UClass 的热重载(传统方案)

void ReloadBlueprint(UBlueprint* BP)
{
    // 1. 找到 UClass
    UClass* BPClass = BP->GeneratedClass;

    // 2. 遍历所有实例
    TArray<UObject*> Instances;
    GetObjectsOfClass(BPClass, Instances);

    // 3. 逐个重新加载
    for (UObject* Instance : Instances)
    {
        Instance->ReloadConfig();
    }
}

局限性: - 如果蓝图实例被保存到其他对象(例如保存到数组、Map),无法被遍历到 - 需要遍历整个对象池,性能开销大

方案二:基于 Property 的热重载(《晶核》方案)

核心思路:不遍历 UClass,而是遍历所有**引用了该蓝图的 Property**。

void ReloadBlueprintByProperty(UBlueprint* BP)
{
    UClass* BPClass = BP->GeneratedClass;

    // 1. 遍历所有对象
    for (TObjectIterator<UObject> It; It; ++It)
    {
        UObject* Obj = *It;

        // 2. 遍历对象的所有 Property
        for (TFieldIterator<FProperty> PropIt(Obj->GetClass()); PropIt; ++PropIt)
        {
            FProperty* Prop = *PropIt;

            // 3. 检查 Property 是否引用了该蓝图
            if (FObjectProperty* ObjProp = CastField<FObjectProperty>(Prop))
            {
                UObject* PropValue = ObjProp->GetObjectPropertyValue_InContainer(Obj);
                if (PropValue && PropValue->IsA(BPClass))
                {
                    // 4. 触发重载
                    PropValue->ReloadConfig();
                }
            }
        }
    }
}

优势: - 可以找到所有引用,包括数组、Map 中的实例 - 适用于复杂的对象关系

性能优化: - 使用 Property 的 Hash 缓存,避免每次都遍历 - 只在 PIE(Play In Editor)或开发版本中启用

Lua 热重载¶

《晶核》使用 Lua 作为脚本语言,支持 Lua 的热重载可以极大提升开发效率。

实现思路:

-- Lua 热重载的核心函数

function HotReload(ModuleName)
    -- 1. 从 package.loaded 中移除旧模块
    package.loaded[ModuleName] = nil

    -- 2. 重新 require
    require(ModuleName)

    -- 3. 通知游戏逻辑刷新
    GameEventSystem:Broadcast("LuaModuleReloaded", ModuleName)
end

C++ 端的配合:

void FLuaHotReloadManager::ReloadLuaFile(const FString& FilePath)
{
    // 1. 获取 Lua 虚拟机
    lua_State* L = LuaManager->GetLuaState();

    // 2. 调用 Lua 的热重载函数
    lua_getglobal(L, "HotReload");
    lua_pushstring(L, TCHAR_TO_UTF8(*FilePath));
    lua_call(L, 1, 0);
}

编辑器集成:

1. PIE 自动重载:在编辑器中保存 Lua 文件时,自动触发 PIE 中的热重载
2. 真机热重载:通过网络工具,将本地修改的 Lua 文件推送到真机并重载
3. Remote Lua REPL:连接真机后,可以在编辑器中输入 Lua 代码,实时在真机上执行

开发工具:真机调试与快速迭代¶

UnrealPAK Automation Tool(UAT)¶

UnrealPAK Automation Tool 是 UE 官方提供的自动化构建工具,《晶核》基于它实现了:

1. 打 Patch 流程:

RunUAT.bat BuildCookRun
  -project="D:/JH/JH.uproject"
  -platform=Android
  -cook
  -stage
  -pak
  -generatepatch
  -basedonreleaseversion=1.0

2. 打整包流程:

RunUAT.bat BuildCookRun
  -project="D:/JH/JH.uproject"
  -platform=Android
  -cook
  -stage
  -pak
  -archive
  -archivedirectory="D:/Build/Android"

3. BuildGraph 集成:

使用 BuildGraph(UE 的 CI/CD 脚本系统)定义构建流程:

<BuildGraph xmlns="http://www.epicgames.com/BuildGraph" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance">
    <Agent Name="BuildAgent" Type="Win64">
        <!-- 任务 1:打 Patch -->
        <Node Name="BuildPatch">
            <Command Name="BuildCookRun" Arguments="-generatepatch ..."/>
        </Node>

        <!-- 任务 2:打整包 -->
        <Node Name="BuildFullPackage">
            <Command Name="BuildCookRun" Arguments="-archive ..."/>
        </Node>

        <!-- 任务 3:编译移动端 C++ 代码 -->
        <Node Name="CompileMobileCode">
            <Command Name="Build" Arguments="-platform=Android -configuration=Shipping"/>
        </Node>
    </Agent>
</BuildGraph>

真机替换文件工具¶

问题: - 《晶核》的资源体量巨大,开发者本地无法完整打包 - 每次测试都要等待 CI 打包(耗时 1-2 小时),效率极低

解决方案:真机替换文件工具

核心功能: 1. 连接真机(通过 ADB 或 USB) 2. 将本地修改的文件或文件夹推送到真机的包外目录 3. 利用前面实现的**散文件优先读取**机制,真机会优先使用推送的文件

实现:

class FDevicePushTool
{
public:
    // 推送单个文件
    void PushFile(const FString& LocalPath, const FString& DevicePath)
    {
        // 1. 连接设备
        IAndroidDeviceDetection& DeviceDetection = GetAndroidDeviceDetection();
        IAndroidDevice* Device = DeviceDetection.GetDevices()[0];

        // 2. 使用 ADB 推送文件
        FString Command = FString::Printf(TEXT("adb push \"%s\" \"%s\""), *LocalPath, *DevicePath);
        FPlatformProcess::CreateProc(TEXT("cmd.exe"), *Command, true, false, false, nullptr, 0, nullptr, nullptr);
    }

    // 推送整个文件夹
    void PushFolder(const FString& LocalFolder, const FString& DeviceFolder)
    {
        TArray<FString> Files;
        IFileManager::Get().FindFilesRecursive(Files, *LocalFolder, TEXT("*"), true, false);

        for (const FString& File : Files)
        {
            FString RelativePath = File.RightChop(LocalFolder.Len());
            FString DevicePath = FPaths::Combine(DeviceFolder, RelativePath);
            PushFile(File, DevicePath);
        }
    }
};

用户体验:

开发者在编辑器中修改资源后: 1. 右键资源 → "Push to Device" 2. 工具自动将资源推送到真机 3. 真机上重新进入场景,即可看到效果(无需重启游戏)

扩展:推送 C++ 代码

对于 C++ 代码的修改,也可以实现快速迭代:

1. 本地编译 C++ → 生成 .so(Android)或 .dll(PC)
2. 使用 BuildGraph 的"编译移动端 ISO"任务,快速编译出 Android 的 .so 文件
3. 推送 .so 文件到真机的 lib 目录
4. 重启游戏(C++ 代码无法热重载,必须重启)

收益: - 资源迭代时间:从 1-2 小时(等 CI)降至 10-30 秒(推送文件) - C++ 代码迭代时间:从 1-2 小时 降至 5-10 分钟(本地编译 + 推送)

Lua 热重载工具¶

功能 1:PIE 自动重载 - 在编辑器中保存 Lua 文件,自动触发 PIE 的热重载 - 基于 UE 的 FDirectoryWatcherModule 监听文件变化

void FLuaPIEHotReload::OnLuaFileSaved(const FString& FilePath)
{
    if (GEngine && GEngine->GetWorldContextFromPIEInstance(0))
    {
        // 在 PIE 的 World 中执行热重载
        ReloadLuaFile(FilePath);
    }
}

功能 2:本地 DS 服务器热重载 - 启动本地的 Dedicated Server(DS) - 保存 Lua 文件时,自动推送到 DS 并重载

功能 3:Remote Lua REPL

连接真机后,开发者可以在编辑器的控制台输入 Lua 代码,实时在真机上执行:

-- 在编辑器控制台输入
> RemoteLua "print('Hello from device')"

-- 真机上执行,返回结果
> [Device] Hello from device

实现: 1. 真机启动时,开启一个 TCP Server 2. 编辑器工具连接真机的 TCP Server 3. 编辑器发送 Lua 代码字符串 4. 真机接收后,使用 luaL_dostring() 执行 5. 将结果返回给编辑器

总结与最佳实践¶

技术方案对比¶

避坑指南¶

1. 二进制差分的性能陷阱

问题:差分合并在低端设备上耗时过长(例如 500MB 的 PAK 合并需要 2-3 分钟)

解决方案: - 控制单个 PAK 的大小(建议 50-200MB) - 使用多线程并行合并多个 PAK - 在 WiFi 环境下预下载,避免在 4G 下进行大规模合并

2. Hash 碰撞导致的文件查找错误

问题:使用 64 位 Hash 加速文件查找,但未检测碰撞,导致某些文件无法正确加载

解决方案: - 在打包工具中强制进行碰撞检测 - 如果发生碰撞,终止打包并报错 - 可以考虑使用 128 位 Hash(如 MD5)进一步降低碰撞概率

3. 边玩边下导致的关卡加载卡顿

问题:玩家进入某个地图时,发现资源未下载,触发临时下载,导致长时间黑屏

解决方案: - 在进入地图前,检查所需资源是否已下载 - 如果未下载,显示进度界面(而不是黑屏) - 提供"预下载"按钮,让玩家主动下载即将进入的内容

4. 散文件更新导致的版本混乱

问题:散文件更新后,未删除旧版本,导致运行时读取了错误版本的文件

解决方案: - 散文件更新时,同时生成一个"删除列表",删除旧版本文件 - 在挂载新 PAK 时,卸载旧 PAK(使用 UnmountPakFile())

最佳实践建议¶

1. 分组设计原则

• 分组数量:建议 4-6 个,不要过多(管理复杂度增加)
• 分组稳定性:分组规则应该在项目早期确定,后期尽量不变更
• 平台差异化:不同平台可以有不同的分组策略(例如 PC 无需分组 B)

2. 任务划分原则

• 任务大小:单个任务 50-200MB(压缩后),过大影响下载体验,过小增加管理成本
• 任务语义化:任务名称应该有业务含义(例如"新手村资源"、"角色 XX 皮肤"),方便排查问题
• 任务优先级:关键路径的资源(如主线剧情)应该有更高的下载优先级

3. 差分策略

• 全量更新的阈值:建议设置为差分开销 > 全量下载的 1.5 倍
• FastPatch 的生成时机:在大版本(如 v1.0 → v2.0)或里程碑版本(如公测、周年庆)生成
• 差分链路长度限制:建议不超过 20-30 个版本

4. 文件系统扩展

• PlatformFile 的插入位置:必须根据需求选择正确的位置(头部 vs 中间 vs 尾部)
• 性能监控:在开发版本中记录 PlatformFile 的耗时,及时发现性能瓶颈
• 兼容性测试:扩展后要在所有平台(PC、移动、主机)进行测试

参考资源¶

Unreal Engine 官方文档: - Packaging Projects: https://docs.unrealengine.com/en-US/Basics/Projects/Packaging/ - PAK Files: https://docs.unrealengine.com/en-US/TestingAndOptimization/PerformanceAndProfiling/UnrealPakFile/ - Asset Manager: https://docs.unrealengine.com/en-US/ProductionPipelines/AssetManagement/

相关技术分享: - GDC 2019: Fortnite's Content Delivery System - UE4 China 开发者日:腾讯游戏的资源更新实践

开源工具: - UnrealPakViewer: https://github.com/jashking/UnrealPakViewer - UE4 BuildGraph 示例: https://github.com/EpicGames/UnrealEngine/tree/release/Engine/Build/Graph

文章总结:

本文深入解析了字节跳动《晶核》项目的 UE 资源更新系统,从架构设计到具体实现,涵盖了: - 三层资源管理模型(分组-任务-文件) - 二进制差分的原理与优化(FastPatch、KV 差分) - 边玩边下的自动化采集方案 - UFS 扩展的底层实现(散文件更新、IO Hook、查找加速) - 开发工具的快速迭代方案(真机推送、Lua 热重载)

这套系统成功将移动端的二次下载从 6GB 优化至 100MB,新玩家留存率提升 15%,是大型多平台项目资源更新的工业级解决方案。