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Android中插件化学习—实现热补丁动态修复

2017-07-25 IT型男 终端研发部

前言介绍

插件化学习动态实现热补丁修复

人与宇宙的关系的博客地址:

http://blog.csdn.net/xinanheishao/article/details/75255390

正文

文章背景

  • 在做互联网app项目的时候,当我们发布迭代了一个新版本,把apk发布到各个Android应用市场上时,由于程序猿或是程序媛在编码上的疏忽,突然出现了一个紧急Bug时,通常的做法是重新打包,重新发布到各个应用市场。

  • 这不仅给公司相关部门增加大量工作量外,好比古时候皇帝下放一道紧急命令时,从州到县到镇到村,整条线都提着脑袋忙得不可交,搞的人心惶惶,而且更严重的是最终给用户带来的是重新下载覆盖安装,在一定程度上会流失用户,严重影响了公司的用户流量。

  • 在这种场景我们应该采用热补丁动态修复技术来解决以上这些问题。可以选择现成的第三方热修复SDK,我在这里不选择的原因,主要出于两点:

  • 1、使用第三方SDK有可能增大我们的项目包,而且总感觉受制于人;

  • 2、追逐技术进阶

文章目标

  • android类加载机制介绍

  • javassist动态修改字节码

  • 实现热补丁动态修复

  • Android类加载机制

1.ClassLoader体系结构

2、如何加载一个类

我们先来看一下BaseDexClassLoader源码中比较重要的code 

  • 根据截图可以看到里面有一个findClass方法

  • 它就是根据类名来查找指定的某一个类

  • 然后在该方法中调用了 DexPathList 实例的pathList.findClass(name, suppressedExceptions)的方法

可以看出最终在此处找到了某一个类

Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
  • 到这里我们可以直观的看出该过程是基于android dex分包方案的。

  • 其实最终我们打包apk时可能有一个或是多个dex文件,默认是一个叫classes.dex的文件。

  • 不管是一个还是多个,都会一一对应一个Element,按顺序排成一个有序的数组dexElements

  • 当找类的时候,会按顺序遍历dex文件,然后从当前遍历的dex文件中找类,如果找类则返回

  • 如果找不到从下一个dex文件继续查找

  • 按照这个原理,我们可以把有问题的类打包到一个dex(patch.dex)中去,然后把这个dex插入到Elements的最前面,当遍历findClass的时候,我们修复的类就会被查找到,从而替代有bug的类即可,那么下面来进行这一个过程的操作吧。

patch.dex补丁制作

  • 新建一个Hotfix的工程,然后新建一个BugClass类

package ydc.hotfix;public class BugClass {    
   public String bug() {        
       return "fix bug class";    } }

在新建一个LoadBugClass类

public class LoadBugClass {    
   public String getBugString() {        BugClass bugClass = new BugClass();
       return bugClass.bug();    } }

注意 LoadBugClass应用了BugClass类。

然后在界面层是这样调用的:

ok,假设我们把该apk发布出去了,那么用户看到效果应该是“ 测试调用方法:fix bug class”。这个时候公司领导认为这样的提示对于用户是致命的。那么我们要把BugClass 类中的bug()方法中字符串替换一下,仅仅是修复一句话而已,实在没有必要走打包发布下放市场等复杂的流程。

public String bug() {        
   return "fix bug class"; }

ok,把这个有问题的地方修正为:

public String bug() {        
   return "杨德成正在修复提示语fix bug class"; }

通过dex工具单独打包成path_dex.jar补丁包

  • 1、配置dex环境变量,最好是对应版本。 



  • 2、验证dex


3、先把BugClass.class文件做成成jar,注意路径,一定要定位到该位置执行以下命令:

jar cvf path.jar ydc/hotfix/BugClass.class

  • 4、做成补丁包path_dex.jar 再把path.jar做成补丁包path_dex.jar,只有通过dex工具打包而成的文件才能被Android虚拟机(dexopt)执行。

依然在该路径下执行以下命令:

dx --dex --output=path_dex.jar path.jar


  • 5、拷贝path_dex

    我们把path_dex文件拷贝到assets目录下 

开始来打补丁

  • 1、将我们的补丁包path_dex插入到上面提到的装有dex的有序数组dexElements的最前面

首先我们看一下hotfix的源码: 

根据截图所示,做了两个动作
  • a、创建一个私有目录,并把补丁包文件写入到该目录下

    • a1、 创建私有目录

File dexPath = new File(getDir(“dex”, Context.MODE_PRIVATE), “path_dex.jar”); 

  • a2、文件读写方式把补丁包文件写入到刚创建的私有目录下

    public class Utils {private static final int BUF_SIZE = 2048;
    public static boolean prepareDex(Context context, File dexInternalStoragePath, String dex_file) {    BufferedInputStream bis = null;    OutputStream dexWriter = null;    
    try {        bis = new BufferedInputStream(context.getAssets().open(dex_file));        dexWriter = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dexInternalStoragePath));        byte[] buf = new byte[BUF_SIZE];        int len;        while ((len = bis.read(buf, 0, BUF_SIZE)) > 0) {            dexWriter.write(buf, 0, len);        }        dexWriter.close();        bis.close();        
           return true;    } catch (IOException e) {        
           if (dexWriter != null) {            
           try {                dexWriter.close();            } catch (IOException ioe) {                ioe.printStackTrace();            }        }        if (bis != null) {          
            try {                bis.close();            } catch (IOException ioe) {                ioe.printStackTrace();            }        }        return false;    }  }
    }       


  • b、path_dex插入到上面提到的装有dex的有序数组dexElements的最前面patch方法中的代码如下:

public static void patch(Context context, String patchDexFile, String patchClassName) {        
   if (patchDexFile != null && new File(patchDexFile).exists()) {            
       try {              
               if (hasLexClassLoader()) {                    injectInAliyunOs(context, patchDexFile, patchClassName);                } else if (hasDexClassLoader()) {                    injectAboveEqualApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName);                } else {                    injectBelowApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName);                }            } catch (Throwable th) {            }        }    }
  • 根据代码所示,这根据传入的文件类型类类加载器ClassLoader的类型做了下判断,

  • 根据上文提到过的ClassLoader 体系原理,我们的补丁包应该走的是hasDexClassLoader()分支,该方法代码如下:

private static boolean hasDexClassLoader() {       try {           Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");           return true;       } catch (ClassNotFoundException e) {           return false;       }   }

系统中肯定会存在”dalvik.system.BaseDexClassLoader”类,那么接下来应该进入injectAboveEqualApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName)方法,代码如下:

private static void injectAboveEqualApiLevel14(Context context, String str, String str2)        throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();        Object a = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)),            getDexElements(getPathList(new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))));        
           Object a2 = getPathList(pathClassLoader);        setField(a2, a2.getClass(), "dexElements", a);        pathClassLoader.loadClass(str2);    }

根据Android系统源码解读源以上代码

PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();

得到没有打补丁之前的dexElements有序数组对象

  • a、getPathList(pathClassLoader)方法解读:

private static Object getPathList(Object obj) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException,        IllegalAccessException {        
       return getField(obj, Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader"), "pathList");    }

根据以上代码片段,可以看出这里根据引用类名称”BaseDexClassLoader”查找有个叫”pathList”属性名的被引用类型。

private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)        
       throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);        declaredField.setAccessible(true);        return declaredField.get(obj);    }

上面这个片段通过反射找到对应的被引用类”DexPathList”,上个”BaseDexClassLoader”系统源码:

  • b、getDexElements(getPathList(pathClassLoader))方法解读:

private static Object getDexElements(Object obj) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {      
   return getField(obj, obj.getClass(), "dexElements");   }

上面的这个代码片段根据a步骤得到的DexPathList对象获取到了没有打补丁之前的dexElements有序数组对象

private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)        
       throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);        declaredField.setAccessible(true);        
       return declaredField.get(obj);    }

根据代码可知依然使用反射原理获取DexPathList对象中的有序数组dexElements。

DexPathList类系统源码如下:

补丁包path_dex.jar转化为dexElements对象

  • 第一步、

    • 根据我们在上面所创建的私有目录及私有文件,创建一个DexClassLoader,还记得这个来是用来干嘛的吗,上面已经提到到,再次提醒一下,用来加载从.jar文件内部加载classes.dex文件,没错我们要用它来加载我们的补丁包文件。

new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))

根据该类的系统源码看出其实该类的构造函数并没有做具体的事情

真正做之情的是它的直接父类BaseDexClassLoader的构造函数,如图所示 

this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);

看到没,根据传入参数初始化了我们补丁包对应的 DexPathList对象,注意这一步仅仅是初始化哦

  • b、getPathList(new DexClassLoader(str, context.getDir(“dex”, 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))方法解读:

private static Object getPathList(Object obj) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException,        IllegalAccessException {        
       return getField(obj, Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader"), "pathList");    }
private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)        
   throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);        declaredField.setAccessible(true);        
       return declaredField.get(obj);    }

上面这两段代码根据引用名”dalvik.system.BaseDexClassLoader”和被引用类属性名”pathList”得到DexPathList对象

  • c、然后调用getDexElements方法

private static Object getDexElements(Object obj) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        
   return getField(obj, obj.getClass(), "dexElements"); }
private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)      
       throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);        declaredField.setAccessible(true);        
       return declaredField.get(obj);    }

上面的这两端片段根据 DexPathList类及属性名dexElements获取到我们补丁包对应的有序数组dexElements上面已经得到了两个有序数组dexElements,一个存放的的是没有打补丁之前的dex有序数组dexElements,另外一个是我们的补丁包对应的dex有序数组dexElements,那么是不是到了该合并两个数组的时候了呢,没错

Object a = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)),           getDexElements(getPathList(              
           new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))))
;

到这里终于知道这整句代码到底干了什么事情了,Object a 就是我们合并后的有序dex数组dexElements合并过程如下:

private static Object combineArray(Object obj, Object obj2) {     Class componentType = obj2.getClass().getComponentType();    
           int length = Array.getLength(obj2);    
           int length2 = Array.getLength(obj) + length;    
           Object newInstance = Array.newInstance(componentType, length2);     for (int i = 0; i < length2; i++) {         if (i < length) {             Array.set(newInstance, i, Array.get(obj2, i));         } else {            
           Array.set(newInstance, i, Array.get(obj, i - length));         }     }     return newInstance; }

其实就是把补丁包对应的dex插入到原来有序数组dexElements的最前面了。

  • d、得到最新的”PathList”对象

Object a2 = getPathList(pathClassLoader);
  • e、重新设置DexPathList 的有序数组对象dexElements值 setField(a2, a2.getClass(), “dexElements”, a);

private static void setField(Object obj, Class cls, String str, Object obj2)        throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);        declaredField.setAccessible(true);        declaredField.set(obj, obj2);    }

依然是使用反射机制设置新值。

  • f、加载我们有bug的类

pathClassLoader.loadClass(str2);

str参数是通过以下代码传入,即(ydc.hotfix.BugClass)

HotFix.patch(this, dexPath.getAbsolutePath(), “ydc.hotfix.BugClass”);

这时候loadClass到的就是我们补丁包中的BugClass类了,这是因为我们把补丁包对应的dex文件插入到dexElements最前面。所以找到就BugClass直接返回了,代码如下:

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {       for (Element element : dexElements) {            DexFile dex = element.dexFile;            if (dex != null) {              Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);              if (clazz != null) {                    return clazz;                }            }        }        if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {            suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));        }        return null;    }

按照我们之前的推论,到这里应该就完成了补丁动态修复了,那么真的是这样的吗,我们不防运行下项目看看。

很不幸,运行时报错: 

这是由于LoadBugClass引用了BugClass,但是发现这这两个类所在的dex不在一起,其中:

  • LoadBugClass在classes.dex中

  • BugClass在path_dex.jar中结果发生了错误。

究其原因是 pathClassLoader.loadClass(str2)的时候,会去校验LoadBugClass所在的dex和BugClass所在的dex是否是同一个,不是则会报错。那么校验的前提是有一个叫CLASS_ISPREVERIFIED的类标志,如果引用者被打上这个标识,就会去校验,就会导致报错,那么我们可以想象如果引用者LoadBugClass 没被打上这个标识,是否就会运行通过了呢,没错,就是这个原理。

阻止LoadBugClass打上CLASS_ISPREVERIFIED标志

  • 我们应该知道LoadBugClass引用了BugClass,类加载器是先加载引用者

  • 所以我在LoadBugClass的构造方法中来做这件事情,其实我们要做的就是动态的在构造方法中,引用一个别的类

  • 然后把这个被引用类打包成一个单独的dex文件。这样就可以防止了LoadBugClass类被打上CLASS_ISPREVERIFIED的标志了,那我们现在来开始做这件事情。

  • 1、动态被注入类的制作

    • a、新建一个hackdex的Module,我这里来自HotFix的源码,你也可以自己新建

  • b、在该Module之下,新建一个AntilazyLoad空类。

package dodola.hackdex;/** * Created by sunpengfei on 15/11/3. */public class AntilazyLoad { }

c、打包成单独的dex文件,打包步骤完全等同于补丁包的制作,所以我这里就不在走这个过程了,然后把它放置在assets下

d、依然要把这个dex文件插入到dexElements有序数组的中,插入原理和补丁包插入原理完全一致,而且这个dex文件需要在程序的入口进行插入,保证它是在有序数组的最前面,因为我们要把该dex文件中的AntilazyLoad要动态注入到其它包里面的某一个类的构造方法中。切记,dexElements里面可以塞入无数个dex文件。

/** * Created by sunpengfei on 15/11/4. */public class HotfixApplication extends Application {   @Override   public void onCreate() {      
       super.onCreate();      
       File dexPath = new File(getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE), "hackdex_dex.jar");       Utils.prepareDex(this.getApplicationContext(), dexPath, "hackdex_dex.jar");       HotFix.patch(this, dexPath.getAbsolutePath(), "dodola.hackdex.AntilazyLoad");       try {           this.getClassLoader().loadClass("dodola.hackdex.AntilazyLoad");       } catch (ClassNotFoundException e) {           e.printStackTrace();       }   } }

ok,下面就是如何注入的问题了,这个时候应该到了我们的AOP三剑客之一”javassist”闪亮登场了。

javassist实现动态代码注入

javassist这货是个好东西啊,它可以以无侵入的方式重构你的原代码。我之前编写过另外一个三剑客之一的文章,原理基本一样。参考地址:http://blog.csdn.net/xinanheishao/article/details/74082605

步骤
  • a、创建buildSrc模块,这个项目是使用Groovy开发的,据说这货具备Java, JavaScript, Phython, Ruby等等语言的优点,而且Groovy依赖于Java的,和Java无缝挂接的

    • 你可以到这里下载SDK:http://groovy-lang.org/download.html;

    • 然后,配置path环境变量,Groovy的安装挺简单的,基本上和JDK的安装差不多

    • 当然,这是Groovy自带的最基本的开发工具,你可以查看它如何支持as的

    • 如果是eclipse的话选择菜单项“Help->Install New Software”之后重启eclipse工具即可利用eclipse开发Groovy应用程序了

  • 但是工程名一定要叫”buildSrc”,这里我就直接使用了HotFix,你也可以自己构建,若你觉得闲麻烦,也可以下载我的demo里面获取。

  • b、导入javassist

apply plugin: 'groovy'repositories {    mavenCentral() }

dependencies {    
   compile gradleApi()    
   compile 'org.codehaus.groovy:groovy-all:2.3.6'    compile 'org.javassist:javassist:3.20.0-GA'
}
  • c、PatchClass 代码截图如下

其实很简单的,这几句的意思就是通过反射相关类,然后在相关类的构造方法中插入一句输出语句。

CtClass c = classes.getCtClass("ydc.hotfix.BugClass")        
       if (c.isFrozen()) {            
               c.defrost()        }        
      println("====添加构造方法====")        def constructor = c.getConstructors()[0];        constructor.insertBefore("System.out.println(dodola.hackdex.AntilazyLoad.class);")        //constructor.insertBefore("System.out.println(888);")        c.writeFile(buildDir)

执行完这段代码之后,也无形中应用了AntilazyLoad这个类。

  • d、这个工程不需要引用到主app(Module)中,只需要在 app->build.gradle中配置一个任务:

在配置一下,侵入时期

ok,总算把整个过程写完了,准备开始运行了,不管你激不激动,反正本人是挺激动的了。在运行之前,先看一下我们的引用者类

没错,可以确认这是我们的源代码,化成灰我也可以认出它来。在看一下运行之后的引用者类

没错,就是这个效果,我们的源码被javassist 赤裸裸的侵犯了,是不是瞬间觉的自己的“东西”很不安全,这就是AOP编程的强大之处啊。

项目讲解到这里,我想估计没有几个人能有耐心的看到这里来了,因为觉得文章实在太长,需要有多大耐心才能扛到这里,连我自己也怀疑自己如何写出来的,不过我认为,这么强大而且实用的技术点,不是能够三五两语就能说清的,我们要有足够的耐心来探索我们所不知的,有耐心,我们就有希望,有希望就不会失望!

ok,我们见证一下奇迹。

看到这效果,我手已累,键盘已坏。。。。

 演示环境:


    demo导入不能正常运行,建议先调整环境,跑起来,再进阶


Demo下载地址:

http://download.csdn.net/download/xinanheishao/9902530。

classpath 'com.android.tools.build:gradle:1.3.0'#Thu Jul 13 16:40:06 CST 2017distributionBase=GRADLE_USER_HOMEdistributionPath=wrapper/distszipStoreBase=GRADLE_USER_HOMEzipStorePath=wrapper/distsdistributionUrl=https\://services.gradle.org/distributions/gradle-2.2-all.zip

如果默认的jdk环境找不到,手动指向一下

如果你已经准备好足够信心的话,可以按照文章,自己尝试一方

最后感谢腾讯空间给出的解决方法思路和HotFix开源作者。

原文地址

http://blog.csdn.net/xinanheishao/article/details/73302724

项目相关:

相关demo下载地址:

http://download.csdn.net/download/xinanheishao/9902530

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