Andfix
andfix从native入手修改ArtMethod的字节码地址实现错误方法块的修复。修复的粒度是方法块字节码引用。
Java的内存分布
内存分布
方法区
JVM读取class文件，提取class的类型信息，并将这些信息存储到方法区，同时该类型的类静态变量也会放到方法区，还有方法表，每个类都会有个方法表。
堆区
主要存放的是对象，Java程序在运行时创建的所有类型的对象和数组都储存在堆中。
JVM会根据new的指令在堆中开辟一个确定类型的对象内存空间，但是堆中开辟的对象空间并没有任何人工指令可以回收，而是通过JVM的垃圾回收机制进行回收。
栈区
每启动一个线程，JVM都会为它创建一个JAVA栈，用于存放方法中的局部变量、操作数等。
当线程调用某个方法时，JVM会根据方法区中该方法的字节码组建一个栈帧，并将该栈帧压入到Java栈中，方法执行完毕后，JVM将该栈帧弹出，并释放掉。
我们写的Java文件被编译成class文件到最终加载到内存，所属的内存区域是方法区，所以要做的就是，将差分包中没有bug的方法替换掉已经被加载到内存方法区中有bug方法。
虚拟机运行机制
虚拟机加载执行ActivityThread
- 声明一个ApplicationThread类型的成员变量
//这一步不会将Application.class字节码加载到内存的，会在方法区生成一个int类型的符号表量
private Application application
对象只有在主动引用的情况下才会加载到内存，常见的主动引用方式有：new、反射创建、JNI的findCalss()、序列化、调用类的静态成员变量(final除外)和静态方法、初始化一个类如果其父类没有初始化，会先初始化父类。
-
通过反射的方式创建application对象，这一步会将application的字节码文件加载到内存，创建的对象存储在堆区。
APP启动流程
当通过Application对象调用onCreate()方法时，堆区的application对象指向int符号变量，int符号变量指向方法表，执行onCreate()方法，将onCreate组建成栈帧，压入Java栈，执行完毕后弹出并释放。
方法表
方法表可以理解为是一个数组，数组中存放的是ArtMethod结构体（Android5.0之前为Method）。ArtMethod中存放的方法入口、字节码地址等信息。
扩展JVM DVM ART
- JVM基于栈，意味着需要去栈中读写数据，所需要的指令会更多，这样会导致速度变慢，对于性能有限的移动设备显然不合适。
- DVM是基于寄存器的，它没有基于栈的虚拟机在复制数据时而使用大量的出入栈指令，同事指令更紧凑、简洁。但是由于显式的制定了操作数，所以基于寄存器的指令会比基于栈的指令要大。
- JVM中，java类被编译成一个或多个.class文件，并打包成.jar文件，而后JVM会通过相应的.class文件和.jar文件获取相应的字节码。
而DVM会用dx工具把所有的class文件打包成一个.dex文件，然后DVM会从该.dex文件中读取指令和数据。这个.dex文件将所有的.class文件里面所包含的信息全部整合到了一起，这样加载就加快了速度。 - DVM经过优化，允许在有限的内存中同时运行多个进程。在Android中每一个应用都运行在一个DVM实例中，每一个DVM实例都运行在一个独立的进程空间，独立的进程可以防止虚拟机崩溃时所有程序都被关闭。
- Zygote是一个DVM进程，同时也用来创建和初始化其他DVM进程。每当系统需要一个应用程序进程的时候，Zygote就会fork自身，快速地创建和初始化一个DVM实例，用于程序运行。
- DVM拥有预加载-共享机制，不同应用之间运行时可以共享相同的类，拥有更高的效率。而JVM机制不存在这种共享机制。不同的程序，打包以后程序都是彼此独立的，即便是他们使用了相同的类，运行时也都是单独加载和运行的。
- JVM使用了JIT（Just In Time Compiler），而DVM早期没有使用JIT编译器。早期DVM执行代码，都需要解释器将dex代码编译成机器码，然后交给系统处理，效率不是很高。Android 2.2之后开始为DVM使用了JIT编译器，它会对多次运行的代码（热点代码）进行编译，生成相当精简的本地机器码（Native Code），这样在下次执行到相同的逻辑时，直接使用编译好的机器码即可。需要注意的是，应用程序每次重新运行的时候，都需要重做这个编译工作。
ART虚拟机
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前文了解到，DVM中的应用每次运行时，字节码都需要通过JIT编译器编译为机器码，这样会使应用程序的运行效率降低。而在ART中，系统安装应用程序时会进行一次AOT（ahead of time compilation），将字节码预编译成机器码并存储在本地，这样应用程序每次运行时就不需要执行编译了，会大大增加效率。但是AOT不是完美的，它的缺点主要有两个：第一个是AOT会使安装应用的时间变长，尤其是复杂的应用。第二个是字节码预先编译成机器码，机器码需要存储空间会多一些。为了解决这两个问题，Android 7.0版本中的ART加入了JIT即时编译器，作为AOT的一个补充。应用程序安装时并不会将字节码全部编译成机器码，而是在系统运行中将热点代码编译成机器码，从而缩短应用程序安装时间，并且节省内存。
-
DVM是为32位CPU设计的，而ART是支持64位并且兼容32位CPU，这也是DVM被淘汰的主要原因之一。
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ART对垃圾回收机制进行了改进，比如更频繁的执行并行垃圾收集，将GC暂停由2次减少为1次等等。
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ART运行时堆空间划分和DVM不同。
手动实现Andfix
- 找到要修复的方法块，修复bug代码后，对方法加上注解方便后续定位到修改的方法。
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
//a
public @interface Replace {
// 目的
// 地方 在哪里 14号 多少钱
String clazz();
String method();
}
- 编译修改的Java文件生成.class，使用SDK的DX工具转成.dex文件放入手机中。
- APP加载dex文件，遍历出dex中所有的Class后，使用之前的注解找到要修改的function
DexFile dexFile = DexFile.loadDex()
Enumeration<String> entry= dexFile.entries();
while (entry.hasMoreElements()) {
// 全类名
String className = entry.nextElement();
Class realClazz=dexFile.loadClass(className, context.getClassLoader());
if (realClazz != null) {
fixClass(realClazz);
}
}
private void fixClass(Class realClazz) {
//加载方法 Method
Method[] methods = realClazz.getMethods();
for (Method rightMethod : methods) {
Replace replace = rightMethod.getAnnotation(Replace.class);
if (replace == null) {
continue;
}
String clazzName = replace.clazz();
String methodName = replace.method();
try {
Class wrongClazz=Class.forName(clazzName);
//Method right wrong
Method wrongMethod=wrongClazz.getDeclaredMethod(methodName, rightMethod.getParameterTypes());
replace(wrongMethod,rightMethod);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
//调用到Native层，进行ArtMethod结构体的修改
private native static void replace(Method wrongMethod,Method rightMethod);
- 赋值android源码中art_method.h，只保留部分声明即可。
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_dongnao_andfix_DexManager_replace(JNIEnv *env, jobject instance, jint sdk,jobject wrongMethod,
jobject rightMethod) {
// ArtMethod ----->
art::mirror::ArtMethod *wrong= reinterpret_cast<art::mirror::ArtMethod *>(env->FromReflectedMethod(wrongMethod));
art::mirror::ArtMethod *right= reinterpret_cast<art::mirror::ArtMethod *>(env->FromReflectedMethod(rightMethod));
// wrong=right;
wrong->declaring_class_ = right->declaring_class_;
wrong->dex_cache_resolved_methods_ = right->dex_cache_resolved_methods_;
wrong->access_flags_ = right->access_flags_;
wrong->dex_cache_resolved_types_ = right->dex_cache_resolved_types_;
wrong->dex_code_item_offset_ = right->dex_code_item_offset_;
wrong->dex_method_index_ = right->dex_method_index_;
wrong->method_index_ = right->method_index_;
}
它的思想是修改错误ArtMethod结构体中方法入口和字节码地址等，为正确ArtMethod的结构体中对应的内容。这样堆内存对象指向方法时，会去方法区找到ArtMethod，因为ArtMethod的字节码地址修改了，往栈内存压栈的栈帧就会是正确的字节码内容，从而bug得到修复。
- 实际开发中，修复bug不需要特意在修复的方法上添加注解。Andfix提供了差分包制作工具，能够比对修改前后的apk，找出修改了的方法块，再生成一个dex，使用jadx查看可以发现，dex里面有一个该工具创建的class类，包含了修改了的方法，方法上有一个类似Replace 的注解。
Tinker
tinker利用Java层的ClassLoader机制，将修复包中的dex插入到系统ClassLoader的dexElements前端，系统取到了我们替换的class。修复的粒度是整个类替换。
原理和动态加载apk一样。
参考：https://www.jianshu.com/p/fd9ed8b720ef
Andfix和Tinker的差异
由于执行方法时虚拟机层都要读取方法表然后组装栈帧压栈，Andfix可以实现实时热修复。Tinker利用的是ClassLoader机制，但是当一个类已经被加载后，ClassLoader会将其缓存在内存中，不会再去读取dexElement了，所以Tinker不能实现实时热修复。
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