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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

2020-06-10  本文已影响0人  Android开发架构师

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;
    }
}

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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