首页 > 其他分享> > 安卓热修复比较介绍

安卓热修复比较介绍

2020-03-23 22:03:40 作者：互联网

概述：

热修复其实很简单，通俗理解就找到有bug的apk和无bug的apk的差异生成一个.apatch（按照AndFix使用）结尾的文件，通过预先固定的通道从网上下载无bug的代码替换有bug的代码，从而实现bug的修复，最关键的是用户体验好，如果按照正常的流程操作的话需要开发人员修复完bug后打包经过测试人员测试后，上传到多个应用市场；通过热修复的方法就省去了很大的人力物力成本。

Android类加载介绍
Android中的ClassLoader类加载机制主要用来加载dex文件，系统提供了PathClassLoader、DexClassLoader两个API可供选择。ClassLoader种类如下：

BootClassLoader
BaseDexClassLoader：父类
PathClassLoader：只能加载已安装到Android系统的APK文件；
DexClassLoader：支持加载外部的APK、Jar或dex文件；（所有的插件化方案都是使用它来加载插件APK中的.class文件，也是动态加载的核心依据！）
如上，在简单理解之后发现Android的ClassLoade和Java的大体上是一一对应的，只不过内部实现有些变化。思考一个问题，一个App正常运行最少需要哪些ClassLoade？

答案揭晓：最少需要BootClassLoader和PathClassLoader。首先BootClassLoader是无可或缺的，因为它需要加载framework层的一些class文件，而PathClassLoader用来加载已安装到系统上的文件。

热修复框架分析

底层替换方案：阿里的AndFix、HotFix
类加载方案：QQ空间补丁技术、微信的Tinker方案、饿了么的Amigo
二者结合：Sophix

目前最主要有三种方案：

Native Hook 进行底层替换---java虚拟机的热修复（hotfix）

基于类加载与 Dex 分包方案，进行 Dex 插桩/替换（基于Classloader的热修复（tinker））；
Install Run 进行类的注入；由于国内手机厂商定制系统的多样，Dex 插桩/替换是我认为最适合的方案。
当然还有其他的，目前阿里的Sophix据说是非侵入式，但是不是今天研究重点（没有开源，我也不知道原理）

1.1 . 基于虚拟机的热修复：

这个的原理需要了解一点java虚拟机的类加载机制。我们都知道java虚拟机内存模型中有方法区，堆区，栈区。

我们写好的类的class字节码就在方法区中，方法区中为每个类生成一个方法表，hotfix会用到这张表；new出来的对象就保存在

堆区中；对象调用方法会从方法区中的方法表找到方法压倒方法栈中成为占帧。

那么修复用的原理就是把方法区中的方法字节码替换成已经修改好的，然后去执行。

原理很简单实现起来还是很麻烦的，需要在c层去处理。在底层会有一个叫ArtMethod的对象保存方法的描述，我们要做的就是替换这个对象，具体实现后续补充吧。

2、热修复：Andfix为例子
2、热修复的原理
我们知道Java虚拟机 —— JVM 是加载类的class文件的，而Android虚拟机——Dalvik/ART VM 是加载类的dex文件，
而他们加载类的时候都需要ClassLoader,ClassLoader有一个子类BaseDexClassLoader，而BaseDexClassLoader下有一个
数组——DexPathList，是用来存放dex文件，当BaseDexClassLoader通过调用findClass方法时，实际上就是遍历数组，
找到相应的dex文件，找到，则直接将它return。而热修复的解决方法就是将新的dex添加到该集合中，并且是在旧的dex的前面，
所以就会优先被取出来并且return返回。

Dex插桩原理：
ClassLoader 是通过调用 findClass 方法，在 pathList 对象中的 dexElements[] 中遍历dex文件寻找相关的类。由于靠前的dex会优先被系统调用，所以就有了插桩的概念。将修复好的 dex 插入到 dexElements[] 的最前方，这样系统就会调用修复好的插入类而不是靠后的 bug 类。

上图中，patch.dex 是插入的 dex ，classes2.dex 是原有的 bug dex。ClassLoader 在遍历时优先获取了 patch.dex 中的 D.class ,所以 classes2.dex 中的 D.class 就不会被调用，这样就完成了对 D.class 的替换，修复了bug。

本文简单介绍了代码修复的技术原理，下篇文章将从系统源码入手，结合我自己封装的代码修复开源框架Fettler，详细解读代码修复的每一个过程。

1 热修复的原理

Android的类加载器有两种: PathClassLoader和DexClassLoader，两者的父类是BaseDexClassLoader, BaseDexClassLoader的父类是ClassLoader

其中PathDexLoader用来加载系统类和应用类；

DexClassLoader用来加载一些jar、apk、dex文件，其实jar和apk文件实际上加载的都是dex文件。

热修复原理： ClassLoader 会遍历一个由dex文件组成的数组，然后加载其中的dex文件，

我们会把正确的dex（修复过的类所在的dex）文件插入数组的前面，当加载器加载到好的类文件时候就不会加载有bug的类了，就实现了热修复

1，基于ClassLoad的修复实现

原理：在android中有两个常用ClassLoader，PathClassLoader加载已安装apk中class，DexClassLoader加载未安装apk或者aar中class.两个有一个共同的父类，BaseDexClassLoader，在BaseDexClassLoader->DexPathList->Element[] dexElements

中存储着apk或者aar中所有dex的集合。class加载类是从头遍历这个集合找到class就返回不会再往下找，这样我们就可以把修改好的dex查在数组的前边,让类加载器选择我们修改好的class（不知道算不算是一个bug）。

==================

热修复介绍
1.开发流程

当项目出现紧急bug时，传统的开发流程是发布新版本，引导用户覆盖安装。抛开平台审核上线的时间不说，一天重复下载安装至少两次的用户体验是很差的。

而热修复的出现完美解决了这个问题，用户在收到服务器推送过来的修复包后，在项目运行时进行修复。

整个过程是在用户无感知状态下完成，也无需下载相对来说较大的安装包，代价小。

总结为两个优点：

无需重新发版，修复效率高；用户无感知，代价小

2.都能修复什么

资源修复
代码修复
so库修复

=================

一、代码修复

热修复框架分析

底层替换方案：阿里的AndFix、HotFix
类加载方案：QQ空间补丁技术、微信的Tinker方案、饿了么的Amigo
二者结合：Sophix

1、类加载方案

（1）Dex分包原理

单个Dex文件里面方法数不能超过65536个方法。

（1）原因：
因为android会把每一个类的方法id检索起来，存在一个链表结构里面。但是这个链表的长度是用一个short类型来保存的， short占两个字节（保存-2的15次方到2的15次方-1，即-32768~32767），最大保存的数量就是65536。

（2）解决方案：

精简方法数量,删除没用到的类、方法、第三方库。
使用ProGuard去掉一些未使用的代码
对部分模块采用本地插件化的方式。
分割Dex

Dex分包方案主要做的是在打包时将应用代码分成多个Dex，将应用启动时必须用到的类和这些类的直接引用类放到主Dex中，其他代码放到次Dex中。当应用启动时先加载主Dex，等到应用启动后再动态的加载次Dex。

（2）类加载修复方案

如果Key.Class文件中存在异常，将该Class文件修复后，将其打入Patch.dex的补丁包
(1) 方案一：
通过反射获取到PathClassLoader中的DexPathList，然后再拿到 DexPathList中的Element数组，将Patch.dex放在Element数组dexElements的第一个元素，最后将数组进行合并后并重新设置回去。在进行类加载的时候，由于ClassLoader的双亲委托机制，该类只被加载一次，也就是说Patch.dex中的Key.Class会被加载。

(2)方案二：
提供dex差量包patch.dex,将patch.dex与应用的classes.dex合并成一个完整的dex，完整dex加载后得到dexFile对象，作为参数构建一个Element对象，然后整体替换掉旧的dex-Elements数组。（Tinker）

（3）类加载方案的限制

方案一：

由于类是无法进行卸载，所以类如果需要重新加载，则需要重启App，所以类加载修复方案不是即时生效的。
在ART模式下，如果类修改了结构，就会出现内存错乱的问题。为了解决这个问题，就必须把所有相关的调用类、父类子类等等全部加载到patch.dex中，导致补丁包大，耗时严重。

方案二：

下次启动修复
dex合并内存消耗可能导致OOM，最终dex合并失败

2、底层替换方案

（1）基本方案

主要是在Native层替换原有方法，ArtMethod结构体中包含了Java方法的所有信息，包括执行入口、访问权限、所属类和代码执行地址等。替换ArtMethod结构体中的字段或者替换整个ArtMethod结构体，就是底层替换方案。由于直接替换了方法，可以立即生效不需要重启。

（2）优缺点

（1）缺点

不能够增减原有类的方法和字段，如果我们增加了方法数，那么方法索引数也会增加，这样访问方法时会无法通过索引找到正确的方法。
平台兼容性问题，如果厂商对ArtMethod结构体进行了修改，替换机制就有问题。

（2）优点

Bug修复的即时性
生成的PATCH体积小，性能影响低

二、资源修复

1、Instant Run

核心代码:runtime/MonkeyPatcher.java

#MonkeyPatcher
public static void monkeyPatchExistingResources(@Nullable Context context,
@Nullable String externalResourceFile,
@Nullable Collection<Activity> activities) {
......
try {
// Create a new AssetManager instance and point it to the resources installed under
// (1)通过反射创建了一个newAssetManager，调用addAssetPath添加了sdcard上的资源包
AssetManager newAssetManager = AssetManager.class.getConstructor().newInstance();
Method mAddAssetPath = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class);
mAddAssetPath.setAccessible(true);
if (((Integer) mAddAssetPath.invoke(newAssetManager, externalResourceFile)) == 0) {
throw new IllegalStateException("Could not create new AssetManager");
}
// Kitkat needs this method call, Lollipop doesn't. However, it doesn't seem to cause any harm
// in L, so we do it unconditionally.
Method mEnsureStringBlocks = AssetManager.class.getDeclaredMethod("ensureStringBlocks");
mEnsureStringBlocks.setAccessible(true);
mEnsureStringBlocks.invoke(newAssetManager);
if (activities != null) {
//(2)反射获取Activity中AssetManager的引用，替换成新创建的newAssetManager
for (Activity activity : activities) {
Resources resources = activity.getResources();
try {
Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets");
mAssets.setAccessible(true);
mAssets.set(resources, newAssetManager);
} catch (Throwable ignore) {
Field mResourcesImpl = Resources.class.getDeclaredField("mResourcesImpl");
mResourcesImpl.setAccessible(true);
Object resourceImpl = mResourcesImpl.get(resources);
Field implAssets = resourceImpl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
implAssets.setAccessible(true);
implAssets.set(resourceImpl, newAssetManager);
}
Resources.Theme theme = activity.getTheme();
try {
try {
Field ma = Resources.Theme.class.getDeclaredField("mAssets");
ma.setAccessible(true);
ma.set(theme, newAssetManager);
} catch (NoSuchFieldException ignore) {
Field themeField = Resources.Theme.class.getDeclaredField("mThemeImpl");
themeField.setAccessible(true);
Object impl = themeField.get(theme);
Field ma = impl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
ma.setAccessible(true);
ma.set(impl, newAssetManager);
}
......
}
//(3)遍历Resource弱引用的集合，将AssetManager替换成newAssetManager
for (WeakReference<Resources> wr : references) {
Resources resources = wr.get();
if (resources != null) {
// Set the AssetManager of the Resources instance to our brand new one
try {
Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets");
mAssets.setAccessible(true);
mAssets.set(resources, newAssetManager);
} catch (Throwable ignore) {
Field mResourcesImpl = Resources.class.getDeclaredField("mResourcesImpl");
mResourcesImpl.setAccessible(true);
Object resourceImpl = mResourcesImpl.get(resources);
Field implAssets = resourceImpl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
implAssets.setAccessible(true);
implAssets.set(resourceImpl, newAssetManager);
}
resources.updateConfiguration(resources.getConfiguration(), resources.getDisplayMetrics());
}
}
} catch (Throwable e) {
throw new IllegalStateException(e);
}
}
复制代码

反射构建新的AssetManager，并反射调用addAssertPath加载sdcard中的新资源包，这样就得到一个含有所有新资源的AssetManager
将原来引用到AssetManager的地方，通过反射把引用处替换为新的AssetManager

2、资源包替换（Sophix）

默认由Android SDK编译出来的apk，其资源包的package id为0x7f。framework-res.jar的资源package id为0x01

构造一个package id为0x66的资源包（非0x7f和0x01），只包含已经改变的资源项。
由于不与已经加载的Ox7f冲突，所以可以通过原有的AssetManager的addAssetPath加载这个包。

三、SO库修复

本质是对native方法的修复和替换

1、so库加载

(1)通过以下方法加载so库

#System
public static void loadLibrary(String libname) {
Runtime.getRuntime().loadLibrary0(VMStack.getCallingClassLoader(), libname);
}
参数为so库名称，位于apk的lib目录下
public static void load(String filename) {
Runtime.getRuntime().load0(VMStack.getStackClass1(), filename);
}
加载外部自定义so库文件，参数为so库在磁盘中的完整路径
复制代码

private static native String nativeLoad(String filename, ClassLoader loader, String librarySearchPath);
复制代码

最终都是调用了native方法nativeLoad，参数fileName为so在磁盘中的完整路径名

(2)遍历nativeLibraryDirectories目录

#DexPathList
public String findLibrary(String libraryName) {
String fileName = System.mapLibraryName(libraryName);
for (File directory : nativeLibraryDirectories) {
File file = new File(directory, fileName);
if (file.exists() && file.isFile() && file.canRead()) {
return file.getPath();
}
}
return null;
}
复制代码

类似于类加载的findClass方法，在数组中每一个元素对应一个so库，最终返回了so的路径。如果将so补丁添加到数组的最前面，在调用方法加载so库时，会先将补丁so的路径返回。

2、SO修复方案

（1）接口替换

提供方法替代System.loadLibrary方法

如果存在补丁so，则加载补丁so库，不去加载apk安装目录下的so库
如果不存在补丁so，调用System.loadLibrary去加载安装apk目录下的so库

（2）反射注入

因为加载so库会遍历nativeLibraryDirectories

通过反射将补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数组的最前面
遍历nativeLibraryDirectories时，就会将补丁so库进行返回并加载，从而达到修复目的

参考资料：

主流热修复方案分析
Android热修复技术，你会怎么选？
《Android进阶解密》
《深入探索Android热修复技术原理》

======

具体实现：

if (context == null) {
return;
}
File filesDir = context.getDir("odex", Context.MODE_PRIVATE);
File[] listFiles=filesDir.listFiles();
for (File file : listFiles) {
if(file.getName().startsWith("classes")||file.getName().endsWith(".dex")){
Log.i("INFO", "dexName:"+file.getName());
loadedDex.add(file);
}
}
String optimizeDir = filesDir.getAbsolutePath() + File.separator + "opt_dex";
File fopt = new File(optimizeDir);
if (!fopt.exists()) {
fopt.mkdirs();
}
for (File dex : loadedDex) {
DexClassLoader classLoader = new DexClassLoader(dex.getAbsolutePath(), fopt.getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());
PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();

try {
// -----------------------系统的ClassLoader------------------------------------
Class baseDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
Field pathListFiled=baseDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
pathListFiled.setAccessible(true);
Object pathListObject = pathListFiled.get(pathClassLoader);

Class systemPathClazz=pathListObject.getClass();
Field systemElementsField = systemPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
systemElementsField.setAccessible(true);
Object systemElements=systemElementsField.get(pathListObject);

// ------------------自己的ClassLoader--------------------------
Class myDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
Field myPathListFiled=myDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
myPathListFiled.setAccessible(true);
Object myPathListObject =myPathListFiled.get(classLoader);

Class myPathClazz=myPathListObject.getClass();
Field myElementsField = myPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
myElementsField.setAccessible(true);
Object myElements=myElementsField.get(myPathListObject);

// ------------------------融合-----------------------------
Class<?> sigleElementClazz = systemElements.getClass().getComponentType();
int systemLength = Array.getLength(systemElements);
int myLength = Array.getLength(myElements);
int newSystenLength = systemLength + myLength;
// 生成一个新的数组类型为Element类型
Object newElementsArray = Array.newInstance(sigleElementClazz, newSystenLength);
for (int i = 0; i < newSystenLength; i++) {
if (i < myLength) {
Array.set(newElementsArray, i, Array.get(myElements, i));
}else {
Array.set(newElementsArray, i, Array.get(systemElements, i - myLength));
}
}
// ---------------------------融合完毕将新数组放到系统的PathLoad内部---------------------------------
Field elementsField=pathListObject.getClass().getDeclaredField("dexElements");;
elementsField.setAccessible(true);

elementsField.set(pathListObject,newElementsArray);

这样就完成了dex的插入替换。

比较以上两种方案比较喜欢第二种，应为第一种只能修改方法，第二种可以整个类替换，切适配性很好（只要java不修改这个bug在哪都能用）。

标签：dex,修复,setAccessible,介绍,so,安卓热,class,加载
来源： https://www.cnblogs.com/awkflf11/p/12555425.html