Android的热更新方案之Sophix非侵入式热修复方案
1. 简述
热修复技术可谓是百花齐放，微信的Tinker、QQ空间的Nuwa、饿了么的Amigo、美团的Robust等等，各个热修复方案争相发布，都声称自己可以做到全方位全功能的热修复。不过他们各自有自身的局限性，或者不够稳定，或者补丁过大，或者效率低下，或者使用起来过于繁琐，大部分技术上看起来似乎可行，但实际体验并不好。
在2017年6月11日，手淘技术团队联合阿里云正式发布了Android移动热修复方案——Sophix。Sophix的核心设计理念，就是非侵入性。Sophix这个名字，是来源于Sophic（明智的）+ FIX，一个更明智的热修复方案。
Sophix的横空出世，将会打破各家热修复技术纷争的局面。我们可以满怀信心地说，在Android热修复的三大领域：代码修复、资源修复、so修复方面，以及方案的安全性和易用性方面，Sophix都做到了业界领先。
2.优势
2.1 横向比较
| 方案对比 | Sophix | Tinker | Amigo |
|---|---|---|---|
| DEX修复 | 同时支持即时生效和冷启动修复 | 冷启动修复 | 冷启动修复 |
| 资源更新 | 差量包，不用合成 | 差量包，需要合成 | 全量包，不用合成 |
| SO库更新 | 插桩实现，开发透明 | 替换接口，开发不透明 | 插桩实现，开发透明 |
| 性能损耗 | 低，仅冷启动情况下有些损耗 | 高，有合成操作 | 低，全量替换 |
| 四大组件 | 不能新增 | 不能新增 | 能新增 |
| 生成补丁 | 直接选择已经编好的新旧包在本地生成 | 编译新包时设置基线包 | 上传完整新包到服务端 |
| 补丁大小 | 小 | 小 | 大 |
| 接入成本 | 傻瓜式接入 | 复杂 | 一般 |
| Android版本 | 全部支持 | 全部支持 | 全部支持 |
| 安全机制 | 加密传输及签名校验 | 加密传输及签名校验 | 加密传输及签名校验 |
| 服务端支持 | 支持服务端控制 | 支持服务端控制 | 支持服务端控制 |
可以看到，Sophix在各个指标上全面占优。而其中唯一支持不完善的地方就是四大组件，四大组件可以修改代码，但是无法做到新增。这是因为如果要新增四大组件，必须在AndroidManifest里面预先插入代理组件，并且尽可能声明所有权限，而这么做就会给原先的app添加很多臃肿的代码，对app运行流程的侵入性很强，所以，本着对开发者透明与代码极简的原则，它没有做这种多余的处理。
2.2 纵向比较
| 方案对比 | Andfix开源版本 | 阿里Hotfix 1.X | 阿里Hotfix最新版 (Sophix) |
|---|---|---|---|
| 方法替换 | 支持，除部分情况[0] | 支持，除部分情况 | 全部支持 |
| 方法增加减少 | 不支持 | 不支持 | 以冷启动方式支持[1] |
| 方法反射调用 | 只支持静态方法 | 只支持静态方法 | 以冷启动方式支持 |
| 即时生效 | 支持 | 支持 | 视情况支持[2] |
| 多DEX | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 资源更新 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| so库更新 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| Android版本 | 支持2.3~7.0 | 支持2.3~6.0 | 全部支持包含7.0以上 |
| 已有机型 | 大部分支持[3] | 大部分支持 | 全部支持 |
| 安全机制 | 无 | 加密传输及签名校验 | 加密传输及签名校验 |
| 性能损耗 | 低，几乎无损耗 | 低，几乎无损耗 | 低，仅冷启动情况下有些损耗 |
| 生成补丁 | 繁琐，命令行操作 | 繁琐，命令行操作 | 便捷，图形化界面 |
| 补丁大小 | 不大，仅变动的类 | 小，仅变动的方法 | 不大，仅变动的资源和代码[4] |
| 服务端支持 | 无 | 支持服务端控制[5] | 支持服务端控制 |
说明：
- [0] 部分情况指的是构造方法、参数数目大于8或者参数包括long,double,float基本类型的方法。
- [1] 冷启动方式，指的是需要重启app在下次启动时才能生效。
- [2] 对于Andfix及Hotfix 1.X能够支持的代码变动情况，都能做到即时生效。而对于其他代码变动较大的情况，会走冷启动方式，此时就无法做到即时生效。
- [3] Hotfix 1.X已经支持绝大部分主流手机，只是在X86设备以及修改了虚拟机底层结构的ROM上不支持。
- [4] 由于支持了资源和库，如果有这些方面的更新，就会导致的补丁变大一些，这个是很正常的。并且由于只包含差异的部分，所以补丁已经是最大程度的小了。
- [5] 提供服务端的补丁发布和停发、版本控制和灰度功能，存储开发者上传的补丁包。
3. 技术突破
3.1 原理(双剑合璧)
image
3.2 优化Andfix（突破底层结构差异，解决稳定性问题）
Andfix底层ArtMethod结构时采用内部变量一一替换，倒是这个各个厂商是会修改的，所以兼容性不好。
Sophix改变了一下思路，采用整体替换方法结构，忽略底层实现，从而解决兼容稳定性问题。
这么一来，不仅解决了兼容性问题，并且由于忽略了底层ArtMethod结构的差异，对于所有的Android版本都不再需要区分，代码量大大减少。即使以后的Android版本不断修改ArtMethod的成员，只要保证ArtMethod数组仍是以线性结构排列，就能直接适用于将来的Android 9.0、9.1等新版本，无需再针对新的系统版本进行适配了。事实也证明确实如此，当拿到Google刚发不久的Android P(9.0)开发者预览版的系统时，hotfix demo直接就能顺利地加载补丁跑起来了，我们并没有做任何适配工作，鲁棒性极好。
3.3 突破QQ和Tinker的缺陷
| QZone | Tinker | |
|---|---|---|
| 原理 | 为了解决Dalvik下unexpected dex problem异常而采用插桩的方式，单独放一个帮助类在独立的dex中让其他类调用，阻止了类被打上CLASS_ISPREVERIFIED标志从而规避问题的出现。最后加载补丁dex得到dexFile对象作为参数构建一个Element对象插入到dex-Elements数组的最前面。 | 提供dex差量包，整体替换dex的方案。差量的方式给出patch.dex，然后将path.dex与应用的classes.dex合并成一个完整的dex，完整dex加载得到的dexFile对象作为菜蔬构建一个Element对象然后整体替换掉旧的dex-Elements数组。 |
| 优点 | 没有合成整包，patch比较小，比较灵活 | 自研dex差异算法，path包很小，dex merge成完整的dex，Dalvik不影响类加载性能，Art下也不存在必须包含父类/引用类的情况 |
| 缺点 | Dalvik下影响类的加载性能，Art下类地址写死导致必须包含父类/引用，最后patch包很大 | Dex合并内存消耗在VM heap上，容易OOM，最终导致dex合并失败 |
Sophix对dex的解决方案
- Dalvik下采用阿里自研的全量dex方案：不是考虑把补丁包的dex插到所有dex前面（dex插桩），而是想办法在原理的dex中删除（只是删除了类的定义）补丁dex中存在的类，这样让系统查找类的时候在原来的dex中找不到，那么只有补丁中的dex加载到系统中，系统自然就会从补丁包中找到对应的类。
- Art下本质上虚拟机以及支持多dex的加载，Sophix的做法仅仅是把补丁dex作为主dex（classes.dex）而已，相当于重新组织了所有的dex文件：把补丁包的dex改名为classes.dex，以前apk的所有dex依次改为classes2.dex、classes3.dex … classesx.dex。
dex的merge图解：
3.3 资源修复另辟蹊径
常用方案（Instant Run技术）：这种方案的兼容问题在于替换AssetManager的地方
目前市面上的很多资源热修复方案基本上都是参考了Instant Run的实现。实际上，Instant Run的推出正是推动这次热修复浪潮的主因，各家热修复方案，在代码、资源等方面的实现，很大程度上地参考了Instant Run的代码，而资源修复方案正是被拿来用到最多的地方。
简要说来，Instant Run中的资源热修复分为两步：
- 构造一个新的AssetManager，并通过反射调用addAssetPath，把这个完整的新资源包加入到AssetManager中。这样就得到了一个含有所有新资源的AssetManager。
- 找到所有之前引用到原有AssetManager的地方，通过反射，把引用处替换为AssetManager。
其实大量代码都是在处理兼容性问题和找到所有AssetManager的引用处，真正的替换的逻辑其实很简单。
Sophix资源修复方案
Sophix方案没有直接使用Instant Run的技术，而是另辟蹊径，构造了一个package id为0x66的资源包，这个包里只包含改变了的资源项，然后直接在原有AssetManager中addAssetPath这个包就可以了。由于补丁包的package id为0x66，不与目前已经加载的0x7f冲突，因此直接加入到已有的AssetManager中就可以直接使用了。补丁包里面的资源，只包含原有包里面没有而新的包里面有的新增资源，以及原有内容发生了改变的资源。并且，我们采用了更加优雅的替换方式，直接在原有的AssetManager对象上进行析构和重构，这样所有原先对AssetManager对象的引用是没有发生改变的，所以就不需要像Instant Run那样进行繁琐的修改了。
可以说，Sophix的资源修复方案，优越性超过了Google官方的Instant Run方案。整个资源替换的方案优势在于：
- 不修改AssetManager的引用处，替换更快更完全。（对比Instanat Run以及所有copycat的实现）
- 不必下发完整包，补丁包中只包含有变动的资源。（对比Instanat Run、Amigo等方式的实现）
- 不需要在运行时合成完整包。不占用运行时计算和内存资源。（对比Tinker的实现）
所以，我们不要被所谓的“官方实现”束缚住手脚，其实Instant Run的开发团队和Android framework的开发团队并不是同一个团队，他们对于Android系统机制的理解未必十分深入。
3.4 SO修复另辟蹊径
so库的修复本质上是对native方法的修复和替换。
我们知道JNI编程中，native方法可以通过动态注册和静态注册两种方式进行。动态注册的native方法必须实现JNI_OnLoad方法，同时实现一个JNINativeMethod[]数组，静态注册的native方法必须是Java+类完整路径+方法名的格式。
动态注册的native方法映射通过加载so库过程中调用JNI_OnLoad方法调用完成，静态注册的native方法映射是在该native方法第一次执行的时候才完成映射，当然前提是该so库已经load过。
sophix采用的是类似类修复反射注入方式。把补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数组的最前面，就能够达到加载so库的时候是补丁so库，而不是原来so库的目录，从而达到修复的目的。
采用这种方案，完全由Sophix在启动期间反射注入patch中的so库。对开发者依然是透明的。不用像某些其他方案需要手动替换系统的System.load来实现替换目的。
4. 项目集成
移动热修复（Mobile Hotfix），阿里云有详细的接入文档，按照文档一步一步来，很容易就实现了。
5. 集成问题
5.1 检查到稳健接入初始化错误
":checkApplication FAILED\r"
"BUILD FAILED\r"
"java.lang.RuntimeException: (检查到稳健接入初始化错误<init error 501>)-> Sophix Stub Application类中不得使用非Android SDK的类: [Lap;]\r"
"\tat com.taobao.sophix.c.j.a(PreCheckApplication.java:110)\r"
"\tat com.taobao.sophix.c.e.a(PatchCommand.java:247)\r"
"\tat com.taobao.sophix.Main.main(Main.java:34)\r"
解决方法：
SophixPatchTool工具的打开高级设置->不勾选初始化检查
结尾
谢谢大家看完，如有不恰当、不充分的地方，欢迎大家指正。
最后在这里我分享自己收录在整理的Android学习知识点文档，里面有热修复相关面试题和其他知识点的讲解，希望可以帮助大家学习提升进阶，也节省大家在网上搜索资料的时间来学习，可以分享给身边好友一起学习
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