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热修复原理学习（4）冷启动类加载原理，flutter路由动画

作者：互联网

综上可知，如果类没有在加载时的verifyAndOptimizeClass()的方法打上 CLASS_ISPERVERIFIED/CLASS_ISOPTIMIZED这两个标识，则会在 类的初始化时去执行类的校验和优化。

由于类检验的任务可以认为是很重的，因为会对类的所有方法中的所有指令都做校验，单个类加载时耗时并不多，但是同一个时间点加载大量的类情况下，这种耗时就会被放大。所以这也是插桩给类的加载效率带来比较大影响的后果。（因为这些情况都是放在第一次安装Apk的时候做的）

我们知道若采用插桩，会导致所有类都非perverify，从而导致类校验和类优化会在类加载时触发。

平均每个类检验与优化的耗时并不长， 而且这个耗时每个类只有一次（类只会加载一次）。但是由于在应用刚启动这种场景下一般会同时加载大量的类，因此在这种情况下影响还是蛮大的，启动的时候就容易白屏，这一点用户是无法容忍的。

1.3 避免插桩的QFix方案

手机QQ热补丁轻量级 QFix方案提供了一种不同的思路：

在这里插入图片描述

上图是 dvmResolveClass()的内容，从1.2节中我们知道，如果不插桩，会走到上图的第二个方框的if语句内，该判断检验两个东西：

而QFix的思路则是将着手点放在fromUnverifiedConstant上，如果它为true，那么就不用再使用 插桩的方案了。

那该怎样改变这个字段的值呢？

我们首先要保证 resClass不为null，即 dvmDexGetResolvedClass()的返回结果不为null，如果保证这个方法的返回值不为null呢？

我们只需要调用过一次 dvmDexSetResolvedClass(pDvmDex, classIdx, resClass);就可以了，下面举个例子来简单说明：

public class B {

public static void test() {

A.a();

}

}

我们此时需要打包的类A，所以类A被打入到一个独立的补丁 dex文件中。

那么执行到类B的test方法时，A.a(); 这行代码就会尝试去解析类A，此时进行 dvmResolveClass(const ClassObject* referrer, u4 classIdx, bool fromUnverifiedConstant).

此时调用的是类A的静态a方法， invoke-static指令不属于 const-class/instance-of这两个指令。如果不做任何处理，dvmDexGetResolvedClass()的返回值时null。因为类A是从补丁dex中解析加载的，类B是在原dex中，所以 B->pDvmDex != A->pDvmDex，接下来就会看到 dvmThrowIllegalAccessError从而导致运行异常。

为了避免异常，必须要在开始的时候，就把补丁类A添加到原有dex(pDvmDex)的pResClasses数组中。这样就确保了在执行类B的test方法时，dvmDexGetResolvedClass()返回值不为null了。这样就会在图片中注释3的下面一行，直接返回这个resClass，而不会去执行后续类A和类B的dex一致性校验了。

具体实现，首先通过补丁工具反编译dex为smali文件拿到以下文件。

需要打包的类A的描述符，非必须，为了调试方便加上该参数而已

需要打包的类A所在的dex文件的任何一个类描述符，注意，这里不限定必须是引用补丁类A的某个类，实际上只要是同一个dex中的任意一个类都可以。所以我们直接拿原dex中的第一个类即可。

需要打包的类A在原有dex文件中的类索引ID。

然后通过dlopen 拿到 libdvm.so库的句柄，通过 dlsym拿到该so库的 dvmResolveClass/dvmFindLoadedClass函数指针。首先需要预加载引用类xxx/xxx/class，这样dvmFindLoadedClass(xxx/xxx/class)返回值才不为null，然后 dvmFindLoadedClass()的执行结果得到的 ClassObejct作为第一个参数执行 dvmResolvedClass(class,id ,true)即可。

下面来看下JNI层代码实现。实际上可以看到 preResolveClz参数是非必须的：

jboolean resolveClodPatchClasses(JNIEnv *env, jclass clz, jstring preResolveClz, jstring refererClz, jlong classIdx, dexstuff_t *dexstuff) {

LOGD(“start resolveClodPatchClasses”);

ClassObject *refererObj = dexstuff->dvmFindLoadedClass_fnPtr(

Jstring2CStr(env, refererClz)); //通过refererClz 调用dvmFindLoadedClass加载补丁类

LOGD(“referrer ClassObject: %s\n”, refererObj->decriptor);

if (strlen(refererObj->descriptor) == 0) {

return JNI_FALSE;

}

ClassObject *resolveClass = dexstuff->dvmResolveClass-fnPtr(refererObj, classIdx, true); //调用dvmResolveClass方法

LOGD(“classIDx ClassObject: %s\n”, resolveClass->descriptor);

if (strlen(resolveClass->descriptor) == 0) {

return JNI_FLASE;

}

return JNI_TRUE;

}

这个思路不同于去Hook某个系统方法，而是从native层直接调用，同时更不需要插桩。具体实现需要注意以下3点：

然而，QFix的方案有它独特的缺陷，由于是在dexopt后绕过的，dexopt会改变原有的很多逻辑，许多odex层面的优化会固定字段和方法的访问偏移，这就会导致比较严重的bug，在2.2节会详细讲解这一影响。最后采用的是自研的全量dex方案，具体在下一章讲解。

1.4 Art下冷启动实现

前面说过补丁在热部署模式下是一个完整的类，补丁的粒度是类。现在的需求是补丁既能走热部署模式也能走冷启动模式，为了减小补丁包的大小，并没有为热部署和冷启动分别准备一套补丁，而是在同一个热部署模式下补丁能够降级直接走冷启动，所以不需要做dex merge。

但是通过前面的阅读，我们知道了为了解决Art下类地址写死的问题，Tinker通过 dex merge成一个全新完整的新dex整体替换掉旧的dexElements数组。事实上，Art虚拟机下面默许已经支持多dex压缩文件的加载。

下面分别来看一下 DVM和ART对 DexFile.loadDex()尝试把一个dex文件解析加载到native中，内存都发生了什么。实际上都是调用了 DexFile.openDexFileNative()这个native方法。看下 native层对应的 C/C++代码具体实现。

（1）在DVM中的实现：

// dalvik/vm/native/dalvik_system_DexFile.cpp

static void Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFileNative(const u4* args,

JValue* pResult)

{

…

if (hasDexExtension(sourceName)

&& dvmRawDexFileOpen(sourceName, outputName, &pRawDexFile, false) == 0) { //加载一个原始dex文件

ALOGV(“Opening DEX file ‘%s’ (DEX)”, sourceName);

pDexOrJar = (DexOrJar*) malloc(sizeof(DexOrJar));

pDexOrJar->isDex = true;

pDexOrJar->pRawDexFile = pRawDexFile;

pDexOrJar->pDexMemory = NULL;

} else if (dvmJarFileOpen(sourceName, outputName, &pJarFile, false) == 0) { //加载一个压缩文件

ALOGV(“Opening DEX file ‘%s’ (Jar)”, sourceName);

pDexOrJar = (DexOrJar*) malloc(sizeof(DexOrJar));

pDexOrJar->isDex = false;

pDexOrJar->pJarFile = pJarFile;

pDexOrJar->pDexMemory = NULL;

} else {

ALOGV(“Unable to open DEX file ‘%s’”, sourceName);

dvmThrowIOException(“unable to open DEX file”);

}

…

}

int dvmJarFileOpen(…){

…

entry = dexZipFindEntry(&archive, kDexInJarName); /* kDexInJarName==“classes.dex”，说明只加载一个dex */

…

}

在 dvmJarFileOpen()方法中，Dalvik尝试加载一个压缩文件的时候只会去把 classes.dex加载到内存中。如果此时压缩文件中有多个dex文件，那么除了classes.dex之外的其他dex文件将会被直接忽略掉。

在Art虚拟机下：方法调用链 DexFile_openDexFileNative -> OpenDex.FilesFromOat -> LoadDexFiles

具体代码就不展示了，我们只需要知道，在Art下默认已经支持加载压缩文件中包含多个dex，首先肯定加载primary dex也就是 classes.dex，后续会加载其他的dex。所以补丁类只需要放到classes.dex中即可，后续出现在其他dex中的“补丁类”是不会被重复加载的。

所以Sophix得到在Art最终的冷启动方案：我们只要把补丁dex命名为classes.dex。原Apk中的dex依次命名为 classes(2,3,4...).dex就可以了，然后一起打包为一个压缩文件，在通过 DexFile.loadDex()得到DexFile对象，最后用该DexFile对象整体替换旧的dexElements数组就可以了。

Sophix方案和Tinker方案的不同点如下所示：

在这里插入图片描述

需要注意：

1.5 不得不说的其他点

我们知道DexFile.loadDex()尝试把一个dex文件解析并加载到native内存， 在加载到native内存之前， 如果dex不存在对应的odex， 那么Dalvik下会执行dexopt， Art下会执行dexoat， 最后得到的都是一个优化后的odex。 实际上最后虚拟机执行的是这个odex而不是dex。

现在有这么一个问题，如果dex足够大那么dexopt/dexoat实际上是很耗时的，根据上面我们提到的方案， Dalvik下实际上影响比较小， 因为loadDex仅仅是补丁包。 但是Art下影响是非常大的， 因为loadDex是补丁dex和apk中原dex合并成的一个完整补丁压缩包， 所以dexoat非常耗时。

所以如果优化后的odex文件没生成或者没生成一个完整的odex文件， 那么loadDex便不能在应用启动的时候进行的， 因为会阻塞loadDex线程， 一般是主线程。 所以为了解决这个问题， 我们把loadDex当做一个事务来看， 如果中途被打断， 那么就删除odex文件， 重启的时候如果发现存在odex文件， loadDex完之后， 反射注入/替换dexElements数组， 实现patch。 如果不存在odex文件， 那么重启另一个子线程loadDex， 重启之后再生效。

另外一方面为了patch补丁的安全性， 虽然对补丁包进行签名校验， 这个时候能够防止整个补丁包被篡改， 但是实际上因为虚拟机执行的是odex而不是dex， 还需要对odex文件进行md5完整性校验， 如果匹配， 则直接加载。 不匹配，则重新生成一遍odex文件， 防止odex文件被篡改。

1.6 完整的方案考虑

代码修复冷启动方案由于它的高兼容性， 几乎可以修复任何代码修复的场景， 但是注入前被加载的类（比如：Application类）肯定是不能被修复的。 所以我们把它作为一个兜底的方案， 在没法走热部署或者热部署失败的情况， 最后都会走代码冷启动重启生效， 所以我们的补丁是同一套的。 具体实施方案对Dalvik下和Art下分别做了处理：

2 多态对冷启动类加载的影响

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前面我们知道冷启动方案几乎可以修复任何场景的代码缺陷，但Dalvik下的QFix方案存在很大的限制，下面将深入介绍在目前方案下为什么会有这些限制，同时给出具体的解决方案。

2.1 重新认识多态

实现多态的技术一般叫做动态绑定，是指在执行期间判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。多态一般指的是非静态私有方法的多态，field和静态方法不具有多态性。示例如下：

public class B extends A {

Strign name = “B name”;

@Override

void a_t1() {

System.out.println(“B a_t1”);

}

void b_t1(){}

public static void main(String[] args) {

A obj = new B();

System.out.println(obj.name);

obj.a_t1();

}

}

class A {

String name = “A name”;

void a_t1() {

System.out.println(“A a_1…”);

}

void a_t2();

}

输出结果： A name / B a_t1

可以看到name这个field没有多态性，print这个方法具有多态性，这里先分析一下方法多态性的实现。首先 new B()的执行会尝试加载类B，方法调用链 dvmResolveClass->dvmLinkClass->createVtable，此时会为类B创建一个vtable，其实在虚拟机中加载每个类都会为这个类生成一张vtable表，vtable表就是当前类的所有virtual方法的一个数组，当前类和所有继承父类的public/protected/default方法就是virtual方法，因为public/protected/default修饰的方法是可以被继承的。private/static方法不属于这个范畴，因为不能被继承。

这里就不放 createVtable()的代码了，有兴趣的可以自行上网查阅，这里来大概说一下它做了什么，子类vtable的大小等于子类virtual方法数+父类vtable的大小：

所以在上述示例中，假如父类A的vtable是 vtable[0]=A.a_t1, vtable[1]=A.a_t2，那么B类的vtable就是 vtable[0]=B.a_t1, vtable[1]=A.a_t2, vtable[2]=B.b_t1。接下来 obj.a_t1()发生了什么。invoke-virtual指令的解释如下：

…

if(methodCallRange) {

thisPtr = (Object*) GET_REGISTER(vdst);

} else {

thisPtr = (Object*) GET_REGISTER(vdst & 0x0f); //当前对象

}

baseMethod = dvmDexGetReslvedMethod(methodClassDex, ref); //是否已经解析过该方法

if(baseMethod == NULL) {

baseMethod = dvmResolveMethod(curMethod->clazz, ref, METHOD_VIRTUAL);

//没有解析过该方法调用 dvmResolveMethod，baseMethod得到的当然是A.a_t1方法

…

}

methodToCall = thisPtr->clazz->vtable[baseMethod->methodIndex]; /* A.a_t1方法在类A的vtable中的索引去类B的vtable中查找

…

首先 obj 引用类型是基类A，所以上述代码中 baseMethod拿到的是 A.a_t1()，baseMethod->methodIndex是该方法在类A的vtable中的索引0，obj的实际类型是类B，所以thisPtr->clazz就是类B，那么 B.vtable[0]就是 B.a_t1()方法，所以 obj.a_t1()实际上最后调用的是 B.a_t1()方法。这样就实现了方法的多态。

至于field/static方法为什么不具有多态性，这里不进行详细的代码分析，有需要的可以看 iget/invoke-static的指令解释，简单来讲，是从当前变量的引用类型而不是实际类型中查找，如果找不到，再去父类中递归查找。

所以field和static方法不具备多态性。

2.2 冷启动方案限制

obj 引用类型是基类A，所以上述代码中 baseMethod拿到的是 A.a_t1()，baseMethod->methodIndex是该方法在类A的vtable中的索引0，obj的实际类型是类B，所以thisPtr->clazz就是类B，那么 B.vtable[0]就是 B.a_t1()方法，所以 obj.a_t1()实际上最后调用的是 B.a_t1()方法。这样就实现了方法的多态。

至于field/static方法为什么不具有多态性，这里不进行详细的代码分析，有需要的可以看 iget/invoke-static的指令解释，简单来讲，是从当前变量的引用类型而不是实际类型中查找，如果找不到，再去父类中递归查找。

所以field和static方法不具备多态性。

2.2 冷启动方案限制

标签：dex,vtable,补丁,t1,冷启动,原理,方法,flutter,加载
来源： https://blog.csdn.net/m0_65321095/article/details/122707087