Android避坑指南，发现了一个极度不安全的操作

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这是JsonChao的第 109 期分享

1先看一个问题

来一起看一段代码：

public class Student  {
    private Student() {
        throw new IllegalArgumentException("can not create.");
    }
    public String name;

}

我们如何通过Java代码创建一个Student对象？

我们先想下通过Java创建对象大概有哪些方式：

1. new Student() // 私有

2. 反射调用构造方法 //throw ex

3. 反序列化 // 需要实现相关序列化接口

4. clone // 需要实现clone相关接口

5. ...

好了，已经超出我的知识点范畴了。

不免心中嘀咕：

这题目太偏了，毫无意义，而且文章标题是 Android 避坑指南，看起来毫无关系

是的，确实很偏，跳过这个问题，我们往下看，看看是怎么在Android开发过程中遇到的，而且看完后，这个问题就迎刃而解了。

2问题的来源

上周一个群有个小伙伴，遇到了一个Kotlin写的Bean，在做Gson将字符串转化成具体的Bean对象时，发生了一个不符合预期的问题。

因为是他们项目的代码，我就不贴了，我写了个类似的小例子来替代。

对于Java Bean，kotlin可以用data class，网上也有很多博客表示：

在 Kotlin 中，不需要自己动手去写一个 JavaBean，可以直接使用 DataClass，使用 DataClass 编译器会默默地帮我们生成一些函数。

我们先写个Bean:

data class Person(var name: String, var age: Int) {


}

这个Bean是用于接收服务器数据，通过Gson转化为对象的。

简化一下代码为：

val gson = Gson()
val person = gson.fromJson<Person>("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java)

我们传递了一个json字符串，但是没有包含key为name的值，并且注意：

在Person中name的类型是String，也就是说是不允许name=null的

那么上面的代码，我运行起来结果是什么呢？

1. 报错，毕竟没有传name的值；

2. 不报错，name 默认值为""；

3. 不报错，name=null；

感觉1最合理，也符合Kotlin的空安全检查。

验证一下，修改一下代码，看一下输出：

val gson = Gson()
val person = gson.fromJson<Person>("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java)
println(person.name )

输出结果：

null

是不是有些奇怪，感觉意外绕过了Kotlin的空类型检查。

所以那位出问题的同学，在这里之后数据就出了问题，导致一直排查困难。

我们再改一下代码：

data class Person(var name: String, var age: Int): People(){
}

我们让Person继承自People类：

public class People {

    public People(){
        System.out.println("people cons");
    }

}

在People类的构造方法中打印日志。

我们都清楚，正常情况下，一般构造子类对象，必然会先执行父类的构造方法。

运行一下：

没有执行父类构造方法，但对象构造出来了

这里可以猜到，Person对象的构建，并不是常规的构建对象，没有走构造方法。

那么它是怎么做到的呢？

只能去Gson的源码中去找答案了。

找到其怎么做的，其实就相当于解答了我们文首的问题。

3追查原因

Gson这样构造出一个对象，但是没有走父类构造这种，如果真是的这样，那么是极其危险的。

会让程序完全不符合运行预期，少了一些必要逻辑。

所以我们提前说一下，大家不用太惊慌，并不是Gson很容易出现这样的情况，而是恰好上例的写法碰上了，我们一会会说清楚。

首先我们把Person这个kotlin的类，转成Java，避免背后藏了一些东西：

# 反编译之后的显示
public final class Person extends People {
   @NotNull
   private String name;
   private int age;

   @NotNull
   public final String getName() {
      return this.name;
   }

   public final void setName(@NotNull String var1) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(var1, "<set-?>");
      this.name = var1;
   }

   public final int getAge() {
      return this.age;
   }

   public final void setAge(int var1) {
      this.age = var1;
   }

   public Person(@NotNull String name, int age) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(name, "name");
      super();
      this.name = name;
      this.age = age;
   }

   // 省略了一些方法。
}

可以看到Person有一个包含两参的构造方法，并且这个构造方法中有name的空安全检查。

也就是说，正常通过这个构造方法构建一个Person对象，是不会出现空安全问题的。

那么只能去看看Gson的源码了：

Gson的逻辑，一般都是根据读取到的类型，然后找对应的TypeAdapter去处理，本例为Person对象，所以会最终走到`ReflectiveTypeAdapterFactory.create`然后返回一个TypeAdapter。

我们看一眼其内部代码：

# ReflectiveTypeAdapterFactory.create
@Override 
public <T> TypeAdapter<T> create(Gson gson, final TypeToken<T> type) {
    Class<? super T> raw = type.getRawType();

    if (!Object.class.isAssignableFrom(raw)) {
      return null; // it's a primitive!
    }

    ObjectConstructor<T> constructor = constructorConstructor.get(type);
    return new Adapter<T>(constructor, getBoundFields(gson, type, raw));
}

重点看constructor这个对象的赋值，它一眼就知道跟构造对象相关。

# ConstructorConstructor.get
public <T> ObjectConstructor<T> get(TypeToken<T> typeToken) {
    final Type type = typeToken.getType();
    final Class<? super T> rawType = typeToken.getRawType();

    // ...省略一些缓存容器相关代码

    ObjectConstructor<T> defaultConstructor = newDefaultConstructor(rawType);
    if (defaultConstructor != null) {
      return defaultConstructor;
    }

    ObjectConstructor<T> defaultImplementation = newDefaultImplementationConstructor(type, rawType);
    if (defaultImplementation != null) {
      return defaultImplementation;
    }

    // finally try unsafe
    return newUnsafeAllocator(type, rawType);
  }

可以看到该方法的返回值有3个流程：

1. newDefaultConstructor

2. newDefaultImplementationConstructor

3. newUnsafeAllocator 

我们先看第一个newDefaultConstructor

private <T> ObjectConstructor<T> newDefaultConstructor(Class<? super T> rawType) {
    try {
      final Constructor<? super T> constructor = rawType.getDeclaredConstructor();
      if (!constructor.isAccessible()) {
        constructor.setAccessible(true);
      }
      return new ObjectConstructor<T>() {
        @SuppressWarnings("unchecked") // T is the same raw type as is requested
        @Override public T construct() {
            Object[] args = null;
            return (T) constructor.newInstance(args);

            // 省略了一些异常处理
      };
    } catch (NoSuchMethodException e) {
      return null;
    }
  }

可以看到，很简单，尝试获取了无参的构造函数，如果能够找到，则通过newInstance反射的方式构建对象。

追随到我们的Person的代码，其实该类中只有一个两参的构造函数，并没有无参构造，从而会命中NoSuchMethodException，返回null。

返回null会走newDefaultImplementationConstructor，这个方法里面都是一些集合类相关对象的逻辑，直接跳过。

那么，最后只能走：newUnsafeAllocator 方法了。

从命名上面就能看出来，这是个不安全的操作。

newUnsafeAllocator最终是怎么不安全的构建出一个对象呢？

往下看，最终执行的是：

public static UnsafeAllocator create() {
// try JVM
// public class Unsafe {
//   public Object allocateInstance(Class<?> type);
// }
try {
  Class<?> unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe");
  Field f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe");
  f.setAccessible(true);
  final Object unsafe = f.get(null);
  final Method allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class.class);
  return new UnsafeAllocator() {
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T newInstance(Class<T> c) throws Exception {
      assertInstantiable(c);
      return (T) allocateInstance.invoke(unsafe, c);
    }
  };
} catch (Exception ignored) {
}

// try dalvikvm, post-gingerbread use ObjectStreamClass
// try dalvikvm, pre-gingerbread , ObjectInputStream

}

可以看到Gson在没有找到无参的构造方法后，通过sun.misc.Unsafe构造了一个对象。

注意：Unsafe该类并不是所有的Android 版本中都包含，不过目前新版本都包含，所以Gson这个方法中有3段逻辑都是用来生成对象的，你可以认为3重保险，针对不同平台。本文测试设备：Android 29模拟器

我们这里暂时只讨论sun.misc.Unsafe，其他的其实一个意思。

`sun.misc.Unsafe`何许API？

Unsafe是位于sun.misc包下的一个类，主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe类使Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力，这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe类会使得程序出错的概率变大，使得Java这种安全的语言变得不再“安全”，因此对Unsafe的使用一定要慎重。

https://tech.meituan.com/2019/02/14/talk-about-java-magic-class-unsafe.html

具体可以参考美团的这篇文章。

好了，到这里就真相大白了。

原因是我们Person没有提供默认的构造方法，Gson在没有找到默认构造方法时，它就直接通过Unsafe的方法，绕过了构造方法，直接构建了一个对象。

到这里，我们收获了：

1. Gson是如何构建对象的？

2. 我们在写需要Gson转化为对象的类的时候，一定要记得有默认的构造方法，否则虽然不报错，但是很不安全！

3. 我们了解到了还有这种Unsafe黑科技的方式构造对象。

4回到文章开始的问题

Java中咋么构造一个下面的Student对象呢？

public class Student  {
    private Student() {
        throw new IllegalArgumentException("can not create.");
    }
    public String name;
}

我们模仿Gson的代码，编写如下：

try {
    val unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe")
    val f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe")
    f.isAccessible = true
    val unsafe = f.get(null)
    val allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class::class.java)
    val student = allocateInstance.invoke(unsafe, Student::class.java)
    (student as Student).apply {
        name = "zhy"
    }
    println(student.name)
} catch (ignored: Exception) {
    ignored.printStackTrace()
}

输出：

zhy

成功构建。

5Unsafe 一点用没有？

看到这里，大家可能最大的收获就是了解Gson构建对象流程，以及以后写Bean的时候会注意提供默认的无参构造方法，尤其在使用Kotlin  `data class `的时候。

那么刚才我们所说的Unsafe方法在Android上就没有其他实际用处吗？

这个类，提供了类似C语言指针一样操作内存空间的能力。

大家都知道在Android P上面，Google限制了app对hidden API的访问。

但是，Google不能限制自己对hidden API访问对吧，所以它自己的相关类，是允许访问hidden API的。

那么Google是如何区分是我们app调用，还是它自己调用呢？

其中有一个办法就是通过ClassLoader，系统认为如果ClassLoader为BootStrapClassLoader则就认为是系统类，则放行。

那么，我们突破P访问限制，其中一个思路就是，搞一个类，把它的ClassLoader换成BootStrapClassLoader，从而可以反射任何hidden api。

怎么换呢？

只要把这个类的classLoader成员变量设置为null就可以了。

参考代码：

private void testJavaPojie() {
    try {
      Class reflectionHelperClz = Class.forName("com.example.support_p.ReflectionHelper");
      Class classClz = Class.class;
      Field classLoaderField = classClz.getDeclaredField("classLoader");
      classLoaderField.setAccessible(true);
      classLoaderField.set(reflectionHelperClz, null);
    } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
    }
}
来自：https://juejin.im/post/5ba0f3f7e51d450e6f2e39e0

但是这样有个问题，上面的代码用到了反射修改一个类的classLoader成员，假设google有一天把反射设置classLoader也完全限制掉，就不行了。

那么怎么办？原理还是换ClassLoader，但是我们不走Java反射的方式了，而是用Unsafe:

参考代码：

@Keep
public class ReflectWrapper {

    //just for finding the java.lang.Class classLoader field's offset
    @Keep
    private Object classLoaderOffsetHelper;

    static {
        try {
            Class<?> VersionClass = Class.forName("android.os.Build$VERSION");
            Field sdkIntField = VersionClass.getDeclaredField("SDK_INT");
            sdkIntField.setAccessible(true);
            int sdkInt = sdkIntField.getInt(null);
            if (sdkInt >= 28) {
                Field classLoader = ReflectWrapper.class.getDeclaredField("classLoaderOffsetHelper");
                long classLoaderOffset = UnSafeWrapper.getUnSafe().objectFieldOffset(classLoader);
                if (UnSafeWrapper.getUnSafe().getObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset) instanceof ClassLoader) {
                    Object originalClassLoader = UnSafeWrapper.getUnSafe().getAndSetObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset, null);
                } else {
                    throw new RuntimeException("not support");
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}
来自作者区长：一种纯 Java 层绕过 Android P 私有函数调用限制的方式，一文。

Unsafe赋予了我们操作内存的能力，也就能完成一些平时只能依赖C++完成的代码。

好了，从一位朋友遇到的问题，由此引发了一整篇文章的讨论，希望你能有所收获。

END

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