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八年Android开发架构师,带你从零开始手撸一个热修复框架

八年Android开发架构师,带你从零开始手撸一个热修复框架

作者: Android开发架构师 | 来源:发表于2020-06-10 22:09 被阅读0次

    1.前言

    热修复原理,这个一直是这几年来很热门的话题,在项目中使用的话,也基本要么是阿里系或者腾讯系的开源框架。但是作为一个光会使用的程序员是远远不够的。这篇文章会从dex分包的原因,原理,热修复的由来及原理为思路,手动写一个热修复的框架,这样感觉比光分析原理要更加深记忆。也是一片比较全面的文章。 秉持着一篇博客一个框架的原则,没有分开,关于热修复的所有知识点,都汇聚在这篇博客上,可能略长,希望大家能够认真看完。
    先看原理,再撸代码

    2.什么是dex分包

    先了解下什么是dex分包,当我们把一个apk解压后,我们会发现有一个classes.dex的文件,它包含了我们项目中所有的class文件。但是随着业务越来越复杂,方法数也越来越多,当方法数超过一定范围后,就会导致项目编译失败。

    因为一个dvm中存储方法id用的是short类型,所以就导致dex中方法不能超过65535个

    那么如何解决这个问题尼? 那就是dex分包方案。

    2.1 分包的原理

    就是将编译好的class文件,拆分打包成2个dex,绕过dex方法的限制,运行时,再动态加载第2个dex文件。

    这样除了第1个dex文件外(正常apk中存在的唯一的dex文件),其他的所有dex文件都以资源的形式放到apk里面,并在Application的onCreate回调中通过系统的ClassLoader加载它们。

    值得注意的是,在注入之前就已经引用到的类,则必须放到第一个dex文件中,否则会提示找不到该文件。

    接下来我们就来看看,如何将第2个dex文件注入到系统中。

    3.ClassLoader

    在Android中,我们编译好的class文件,是需要加载到虚拟机才会被执行的,而这个加载的过程就是通过ClassLoader来完成的。

    3.1 ClassLoader体系

    看上图应该也能明白,我们第二个dex是以资源的形式存在的,所以我们要用到的classLoader是DexClassLoader。

    DexClassPath:可以从一个jar包或者未安装的apk中加载dex

    看下DexClassLoader是怎么加载class的,这段逻辑是在它的父类BaseDexClassLoader中,我们先看下这个类的源码。

    public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    
        // 需要加载的dex列表
        private final DexPathList pathList;
    
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
            // 使用pathList对象查找name类
            Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
            return c;
        }
    }
    

    这段代码很简单的,就是创建了个DexPathList对象,然后调用它的findClass方法,根据类名,寻找该类,那么我们看下DexPathList对象,它在DexClassLoader中。

    *package*/ final class DexPathList {
        private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
        private static final String JAR_SUFFIX = ".jar";
        private static final String ZIP_SUFFIX = ".zip";
        private static final String APK_SUFFIX = ".apk";
    
        private final ClassLoader definingContext;
    
        // ->> 注释1
        private final Element[] dexElements;
    
        public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    
              // ->> 注释2
            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;
        }
    }
    
    • 注释1:一个ClassLoader可以包含多个dex文件,每个dex文件是一个Element,多个dex文件排列成一个有序的数组就是dexElements
    • 注释2: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,如果找到该类则返回,如果找不到从下一个dex文件继续查找

    那么显而易见,我们就可以通过反射,强行的将一个外部的dex文件添加到此dexElements中,这样寻找起类来,就也可以从我们第2个dex中寻找了,这样就算是将我们第2个dex加载进去了。

    3.2 总结一下

    1. 因为dvm中存储方法id用的是short类型,所以就导致dex中方法不能超过65535个,所以我们会将我们编译好的class文件,拆分打包成2个dex,绕过dex方法的限制,运行时再加载第2个dex。

    2. 通过源码我们可知,一个ClassLoader可以包含多个dex文件,每个dex文件是一个Element,多个dex文件排列成了一个有序数组dexElements,在项目运行的过程中,我们所需用到的class,就是根据遍历dexElements去寻找的,将我们只需要将需要加载的dex文件,通过反射加入到dexElements数组中,就可以完成加载了。

    这下知道了dex分包的原因和原理了吧,那么思考一个问题,如果在加载的过程中有2个一样的class文件,该怎么办?

    其实从上述的代码我们可以知道,寻找一个class文件时,它会遍历dexElements数组,先从第一个dex中去寻找,找到就返回,找不到才从下一个dex继续找,那么其实就可以理解成

    如果有两个重复的class,那么dex1.class会覆盖dex2.class

    看到这个,聪明如我的你,有没有想到什么?

    我们如果有个class里面有bug,我们只需要提供一个一样的class,并把它打包成dex,通过反射,放到dexElements最前端,那是不是就加载我们新的class,之前的有问题的class是不是就被覆盖了?没错,这就是热修复原理

    4.热修复原理

    这块知识,其实可以看下安卓App热补丁动态修复技术介绍,当然懒惰如你懒得看的话,那么就继续看咱们的。

    我们知道了,如果两个class相同,那么在前面的dex中的class,会覆盖后面dex中与它一样的class。如下图:

    那么热补丁的原理就是,当修改好了一个类的bug后,将这个类打包成dex,比如叫patch.dex,再通过反射,将该dex放置在dexElements的最前面,那么这个patch中我们修改的class就覆盖了之前出现问题的class。如下图

    好了,热修复的原理大家明白了吧,下面我们就开始动手写一下了,比如如何打包dex,如何将dex加载到最前面。

    5.撸代码

    源码很简单,点击按钮蹦出一个toast MainActivity.java

    @Override
    public void onClick(View v) {
    
         switch (v.getId()){
    
            case R.id.btn:
    
                MyLogic myLogic = new MyLogic();
                Toast.makeText(MainActivity.this, myLogic.toMsg(), Toast.LENGTH_SHORT).show();
                break;
        }
    }
    
    public class MyLogic {
    
        public String toMsg(){
    
            return "老板很抠门";
        }
    }
    

    只是随口一说,爽归爽,但是不能让老板知道,老板用的时候,得给他手机打个补丁。只能让别人看,不能让老板自己看到。

    5.1 制作补丁

    1. 修改源码:
      首先,我们先将代码修正过来,将“老板很抠门”改成“老板人真好”,然后重新编译项目。

    2. 找到MyLogic.class 文件:
      位置如下图

    1. 创建文件夹:

    路径和包名一样,然后将找到的class文件复制进去

    1. 打jar包:
      在外层目录下,我是在temp里面创建的包路径,所以先切换到temp目录下 cd temp 进入外层目录后,再执行打包命令:
    jar -cvf my.jar com
    

    注: jar命令是在jdk的bin目录里面,不要忘记配置环境变量

    5. 打dex包:

    执行命令
    dx --dex --output=my_dex.jar my.jar 如下图所示

    好了,大功告成,将我们的my_dex.jar 放到sdcard上就行了,一般是放在服务器提供下载,这里为了简单使用。

    5.2 加载补丁

    还记得上面我们说的逻辑吗?(不记得看上面的4)

    咳咳,虽然很啰嗦,但是吧,还得说 通过DexClassLoader加载我们的补丁(my_dex.jar),然后放到dexElements的前面,替换原有的错误。

    思路

    1. 反射获取BaseDexClassLoader对象,然后获取它的成员变量pathList,pathList为DexClassLoader的内部类,里面有成员变量dexElements,获取它。
    2. 创建DexClassLoader对象,加载我们的补丁文件(my_dex.jar), 并通过反射获取它父类的pathList对象,依次获取补丁包加载后生成的dexElements。
    3. 将2个dexElements通过反射合并,生成新的dexElements
    4. 将新生成的dexElements,通过反射,替换掉当前加载的dexElements。

    5.3 撸代码

    public class MyApplication extends Application {
    
        @Override
        public void onCreate() {
            super.onCreate();
    
            // 获取我们补丁的路径
            String dexPath = Environment.getExternalStorageDirectory().getAbsolutePath()+"/my_dex.jar";
    
            // 加载补丁
            try {
                inject(dexPath);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        /**
         * 加载补丁
         * */
        private void inject(String dexPath) throws Exception{
    
            // ================= 1.获取classes的dexElements ===================
    
            // 反射获取 BaseDexClassLoader
            Class<?> mBaseDexClassLoader = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
    
            // 反射获取 BaseDexClassLoader 中的 pathList
            Field pathListField = mBaseDexClassLoader.getDeclaredField("pathList");
            pathListField.setAccessible(true);
            Object pathList = pathListField.get(getClassLoader());
    
            // 反射获取 pathList 中的 dexElements
            Field dexElementsField = pathList.getClass().getDeclaredField("dexElements");
            dexElementsField.setAccessible(true);
            Object dexElements = dexElementsField.get(pathList); // pathList为dexClassLoader中的内部类
    
            // ================= 2.获取我们的补丁中的dexElements ===================
    
            String dexopt = getDir("dexopt", 0).getAbsolutePath();
            DexClassLoader mDexClassLoader = new DexClassLoader(dexPath, dexopt, dexopt, getClassLoader());
    
            // 反射获取加载我们补丁后 dexClassLoader 中的 pathList
            Field myPathListField = mBaseDexClassLoader.getDeclaredField("pathList");
            myPathListField.setAccessible(true);
            Object myPathList = myPathListField.get(mDexClassLoader);
    
            // 反射获取 加载我们补丁后,pathList 中的 dexElements
            Field myDexElementsField = myPathList.getClass().getDeclaredField("dexElements");
            myDexElementsField.setAccessible(true);
            Object myDexElements = myDexElementsField.get(myPathList);
    
            // ================= 3.合并数组 ===================
            Object newDexElements = mergeArray(myDexElements, dexElements);
    
            // ================= 4.将合并后的数组赋值给我们的app的classLoader ===================
            dexElementsField.set(pathList, newDexElements);
        }
    
        /**
         * 通过反射合并两个数组
         */
        private Object mergeArray(Object firstArr, Object secondArr) {
            int firstLength = Array.getLength(firstArr);
            int secondLength = Array.getLength(secondArr);
            int length = firstLength + secondLength;
    
            Class<?> componentType = firstArr.getClass().getComponentType();
            Object newArr = Array.newInstance(componentType, length);
            for (int i = 0; i < length; i++) {
                if (i < firstLength) {
                    Array.set(newArr, i, Array.get(firstArr, i));
                } else {
                    Array.set(newArr, i, Array.get(secondArr, i - firstLength));
                }
            }
            return newArr;
        }
    }
    

    结果

    在源码不变的基础上,加载补丁前和加载补丁后的对比

    6.踩坑

    可能是SDK比较新的缘故,所以并未发生网络上提到的CLASS_ISPREVERIFIED问题,简单说一下这个问题,在class替换加载的过程中,虚拟机会将dex优化成odex后才拿去执行。在这个过程中会对所有class一个校验。

    假设A类在它的static方法,private方法,构造函数,override方法中直接引用到B类。如果A类和B类在同一个dex中,那么A类就会被打上CLASS_ISPREVERIFIED标记,替换的话,会抛出异常

    6.1 解决办法

    这个规则其实也可以理解成,只要在static方法,构造方法,private方法,override方法中直接引用了其他dex中的类,那么这个类就不会被打上CLASS_ISPREVERIFIED标记。

    那么我们只需要让所有类都引用其他dex中的某个类就可以了

    比如说 在所有类的构造函数中插入这行代码 System.out.println(AntilazyLoad.class); 这样当安装apk的时候,classes.dex内的类都会引用一个在不相同dex中的AntilazyLoad类,这样就防止了类被打上CLASS_ISPREVERIFIED的标志了,只要没被打上这个标志的类都可以进行打补丁操作。

    最后

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