android 热修复之类加载机制
文章目标
Android类加载机制介绍
javassist动态修改字节码
实现热补丁动态修复
Android类加载机制
1.ClassLoader体系结构
2、如何加载一个类
我们先来看一下BaseDexClassLoader源码中比较重要的code
根据截图可以看到里面有一个findClass方法，没错它就是根据类名来查找指定的某一个类。然后在该方法中调用了 DexPathList 实例的pathList.findClass(name, suppressedExceptions)的方法，我们进到这个方法看看
可以看出最终在此处找到了某一个类
Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
到这里我们可以直观的看出该过程是基于android dex分包方案的。其实最终我们打包apk时可能有一个或是多个dex文件，默认是一个叫classes.dex的文件。不管是一个还是多个，都会一一对应一个Element，按顺序排成一个有序的数组dexElements，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，如果找类则返回，如果找不到从下一个dex文件继续查找。
按照这个原理，我们可以把有问题的类打包到一个dex（patch.dex）中去，然后把这个dex插入到Elements的最前面，当遍历findClass的时候，我们修复的类就会被查找到，从而替代有bug的类即可,那么下面来进行这一个过程的操作吧。
patch.dex补丁制作
新建一个Hotfix的工程，然后新建一个BugClass类
public class BugClass {
public String bug() {
return "fix bug class";
}
}
在新建一个LoadBugClass类
public class LoadBugClass {
public String getBugString() {
BugClass bugClass = new BugClass();
return bugClass.bug();
}
}
注意LoadBugClass应用了BugClass类。
然后在界面层是这样调用的：
ok,假设我们把该apk发布出去了，那么用户看到效果应该是“ 测试调用方法:fix bug class”。这个时候公司领导认为这样的提示对于用户是致命的。那么我们要把BugClass 类中的bug()方法中字符串替换一下，仅仅是修复一句话而已，实在没有必要走打包发布下放市场等复杂的流程。
public String bug() {
return "fix bug class";
}
ok,把这个有问题的地方修正为:
public String bug() {
return "杨德成正在修复提示语fix bug class";
}
ok，我们把BugClass类使用dex工具单独打包成path_dex.jar补丁包
Step
1、配置dex环境变量，最好是对应版本。
2、验证dex
3、先把BugClass.class文件做成成jar,注意路径，一定要定位到该位置执行以下命令:
jar cvf path.jarydc/hotfix/BugClass.class
1
4、再把path.jar做成补丁包path_dex.jar，只有通过dex工具打包而成的文件才能被Android虚拟机(dexopt)执行.
依然在该路径下执行以下命令:
dx--dex--output=path_dex.jarpath.jar
1
5、我们把path_dex文件拷贝到assets目录下
ok，这个时候我们可以开始来打补丁
打补丁
Step
1、将我们的补丁包path_dex插入到上面提到的装有dex的有序数组dexElements的最前面
首先我们看一下hotfix的源码：
根据截图所示，做了两个动作
a、创建一个私有目录，并把补丁包文件写入到该目录下
a1、 创建私有目录
FiledexPath =newFile(getDir("dex",Context.MODE_PRIVATE),"path_dex.jar");
a2、文件读写方式把补丁包文件写入到刚创建的私有目录下
public class Utils {
private static final int BUF_SIZE = 2048;
public static boolean prepareDex(Context context, File dexInternalStoragePath, String dex_file) {
BufferedInputStream bis = null;
OutputStream dexWriter = null;
try {
bis = new BufferedInputStream(context.getAssets().open(dex_file));
dexWriter = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dexInternalStoragePath));
byte[] buf = new byte[BUF_SIZE];
int len;
while ((len = bis.read(buf, 0, BUF_SIZE)) > 0) {
dexWriter.write(buf, 0, len);
}
dexWriter.close();
bis.close();
return true;
} catch (IOException e) {
if (dexWriter != null) {
try {
dexWriter.close();
} catch (IOException ioe) {
ioe.printStackTrace();
}
} if (bis != null) {
try {
bis.close();
} catch (IOException ioe) {
ioe.printStackTrace();
}
}
return false;
}
}
}
b、path_dex插入到上面提到的装有dex的有序数组dexElements的最前面
patch方法中的代码如下:
public static void patch(Context context, String patchDexFile, String patchClassName) { if (patchDexFile != null && new File(patchDexFile).exists()) {
try {
if (hasLexClassLoader()) {
injectInAliyunOs(context, patchDexFile, patchClassName);
} else if (hasDexClassLoader()) {
injectAboveEqualApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName);
} else {
injectBelowApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName);
}
} catch (Throwable th) {
}
}
}
根据代码所示，这根据传入的文件类型类类加载器ClassLoader的类型做了下判断，根据上文提到过的ClassLoader 体系原理，我们的补丁包应该走的是hasDexClassLoader()分支,该方法代码如下:
private static boolean hasDexClassLoader() {
try {
Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
return true;
} catch (ClassNotFoundException e) {
return false;
}
}
系统中肯定会存在”dalvik.system.BaseDexClassLoader”类，那么接下来应该进入injectAboveEqualApiLevel14(context, patchDexFile, patchClassName)方法,代码如下:
private static void injectAboveEqualApiLevel14(Context context, String str, String str2) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
Object a = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)),
getDexElements(getPathList(
new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))));
Object a2 = getPathList(pathClassLoader);
setField(a2, a2.getClass(), "dexElements", a);
pathClassLoader.loadClass(str2);
}
根据Android系统源码解读源以上代码
PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
根据context拿到PathClassLoader,还记得这个类是用来干嘛的吗，上面已经提到过，再次提醒一下它是用来加载安装到Android系统中的apk文件。既然这样我们可以用它来得到没有打补丁之前的dexElements有序数组对象
Step
a、getPathList(pathClassLoader)方法解读:
private static Object getPathList(Object obj) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException,
IllegalAccessException {
return getField(obj, Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader"), "pathList");
}
根据以上代码片段，可以看出这里根据引用类名称”BaseDexClassLoader”查找有个叫”pathList”属性名的被引用类型。
private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)
throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);
declaredField.setAccessible(true);
return declaredField.get(obj);
}
上面这个片段通过反射找到对应的被引用类”DexPathList”，上个”BaseDexClassLoader”系统源码:
b、getDexElements(getPathList(pathClassLoader))方法解读:
private static Object getDexElements(Object obj) throws NoSuchFieldException,
IllegalAccessException {
return getField(obj, obj.getClass(), "dexElements");
}
上面的这个代码片段根据a步骤得到的DexPathList对象获取到了没有打补丁之前的dexElements有序数组对象
private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)
throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);
declaredField.setAccessible(true);
return declaredField.get(obj);
}
根据代码可知依然使用反射原理获取DexPathList对象中的有序数组dexElements。
DexPathList类系统源码如下:
将我们的补丁包path_dex.jar转化为dexElements对象
Step
a、根据我们在上面所创建的私有目录及私有文件，创建一个DexClassLoader，还记得这个来是用来干嘛的吗，上面已经提到到，再次提醒一下，用来加载从.jar文件内部加载classes.dex文件，没错我们要用它来加载我们的补丁包文件:
new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str,
context.getClassLoader()))
根据该类的系统源码看出其实该类的构造函数并没有做具体的事情
真正做之情的是它的直接父类BaseDexClassLoader的构造函数,如图所示
this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
看到没，根据传入参数初始化了我们补丁包对应的 DexPathList对象,注意这一步仅仅是初始化哦
b、getPathList(
new DexClassLoader(str, context.getDir(“dex”, 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))
方法解读:
private static Object getPathList(Object obj) throws ClassNotFoundException,
NoSuchFieldException,
IllegalAccessException {
return getField(obj, Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader"), "pathList");
}
private static Object getField(Object obj, Class cls, String str)
throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);
declaredField.setAccessible(true);
return declaredField.get(obj);
}
上面这两段代码根据引用名”dalvik.system.BaseDexClassLoader”和被引用类属性名”pathList”得到DexPathList对象
c、然后调用getDexElements方法
private static Object getDexElements(Object obj) throws NoSuchFieldException,
IllegalAccessException {
return getField(obj, obj.getClass(), "dexElements");
}
上面的这两端片段根据 DexPathList类及属性名dexElements获取到我们补丁包对应的有序数组dexElements
上面已经得到了两个有序数组dexElements，一个存放的的是没有打补丁之前的dex有序数组dexElements，另外一个是我们的补丁包对应的dex有序数组dexElements，那么是不是到了该合并两个数组的时候了呢，没错
Object a = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)),
getDexElements(getPathList(
new DexClassLoader(str, context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), str, context.getClassLoader()))));
到这里终于知道这整句代码到底干了什么事情了，Object a 就是我们合并后的有序dex数组dexElements
合并过程如下:
private static Object combineArray(Object obj, Object obj2) {
Class componentType = obj2.getClass().getComponentType();
int length = Array.getLength(obj2);
int length2 = Array.getLength(obj) + length;
Object newInstance = Array.newInstance(componentType, length2);
for (int i = 0; i < length2; i++) {
if (i < length) {
Array.set(newInstance, i, Array.get(obj2, i));
} else {
Array.set(newInstance, i, Array.get(obj, i - length));
}
}
return newInstance;
}
其实就是把补丁包对应的dex插入到原来有序数组dexElements的最前面了。
d、得到最新的”PathList”对象
Object a2 = getPathList(pathClassLoader);
e、重新设置DexPathList 的有序数组对象dexElements值
setField(a2, a2.getClass(), “dexElements”, a);
private static void setField(Object obj, Class cls, String str, Object obj2)
throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field declaredField = cls.getDeclaredField(str);
declaredField.setAccessible(true);
declaredField.set(obj, obj2);
}
依然是使用反射机制设置新值。
f、加载我们有bug的类
pathClassLoader.loadClass(str2);
str参数是通过以下代码传入，即(ydc.hotfix.BugClass)
HotFix.patch(this, dexPath.getAbsolutePath(),"ydc.hotfix.BugClass");
这时候loadClass到的就是我们补丁包中的BugClass类了,这是因为我们把补丁包对应的dex文件插入到dexElements最前面。所以找到就BugClass直接返回了，代码如下:
public Class findClass(String name, List suppressed) {
for (Element element : dexElements) {
DexFile dex = element.dexFile;
if (dex != null) {
Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;324
}
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}
按照我们之前的推论，到这里应该就完成了补丁动态修复了，那么真的是这样的吗，我们不防运行下项目看看。
很不幸，运行时报错:
这是由于LoadBugClass引用了BugClass，但是发现这这两个类所在的dex不在一起，其中：
1. LoadBugClass在classes.dex中
2. BugClass在path_dex.jar中
结果发生了错误。
究其原因是 pathClassLoader.loadClass(str2)的时候，会去校验LoadBugClass所在的dex和BugClass所在的dex是否是同一个，不是则会报错。那么校验的前提是有一个叫CLASS_ISPREVERIFIED的类标志，如果引用者被打上这个标识，就会去校验，就会导致报错，那么我们可以想象如果引用者LoadBugClass 没被打上这个标识，是否就会运行通过了呢，没错，就是这个原理。
阻止LoadBugClass打上CLASS_ISPREVERIFIED标志
我们应该知道LoadBugClass引用了BugClass，类加载器是先加载引用者，所以我在LoadBugClass的构造方法中来做这件事情，其实我们要做的就是动态的在构造方法中，引用一个别的类，然后把这个被引用类打包成一个单独的dex文件。这样就可以防止了LoadBugClass类被打上CLASS_ISPREVERIFIED的标志了，那我们现在来开始做这件事情。
Step
1、动态被注入类的制作
a、新建一个hackdex的Module，我这里来自HotFix的源码,你也可以自己新建
b、在该Module之下，新建一个AntilazyLoad空类。
publicclassAntilazyLoad {}
c、打包成单独的dex文件，打包步骤完全等同于补丁包的制作，所以我这里就不在走这个过程了，然后把它放置在assets下
d、依然要把这个dex文件插入到dexElements有序数组的中，插入原理和补丁包插入原理完全一致，而且这个dex文件需要在程序的入口进行插入，保证它是在有序数组的最前面，因为我们要把该dex文件中的AntilazyLoad要动态注入到其它包里面的某一个类的构造方法中。切记，dexElements里面可以塞入无数个dex文件。
public class HotfixApplication extends Application {
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
File dexPath = new File(getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE), "hackdex_dex.jar");
Utils.prepareDex(this.getApplicationContext(), dexPath, "hackdex_dex.jar");
HotFix.patch(this, dexPath.getAbsolutePath(), "dodola.hackdex.AntilazyLoad");
try {
this.getClassLoader().loadClass("dodola.hackdex.AntilazyLoad");
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
ok，下面就是如何注入的问题了，这个时候应该到了我们的AOP三剑客之一”javassist”闪亮登场了。
javassist实现动态代码注入
javassist这货是个好东西啊，它可以以无侵入的方式重构你的原代码。我之前编写过另外一个三剑客之一的文章，原理基本一样。参考地址:http://blog.csdn.net/xinanheishao/article/details/74082605.
Step
a、创建buildSrc模块，这个项目是使用Groovy开发的，据说这货具备Java, Javascript, Phython, Ruby等等语言的优点，而且Groovy依赖于Java的，和Java无缝挂接的，你可以到这里下载SDK：http://groovy-lang.org/download.html；然后，配置path环境变量，Groovy的安装挺简单的，基本上和JDK的安装差不多， 当然，这是Groovy自带的最基本的开发工具，你可以查看它如何支持as的，如果是eclipse的话选择菜单项“Help->Install New Software”之后重启eclipse工具即可利用eclipse开发Groovy应用程序了，但是工程名一定要叫”buildSrc”,这里我就直接使用了HotFix，你也可以自己构建，若你觉得闲麻烦，也可以下载我的demo里面获取。
b、导入javassist
apply plugin: 'groovy'repositories {
mavenCentral()
}
dependencies {
compile gradleApi()
compile 'org.codehaus.groovy:groovy-all:2.3.6'
compile 'org.javassist:javassist:3.20.0-GA'
}
c、PatchClass 代码截图如下
其实很简单的，这几句的意思就是通过反射相关类，然后在相关类的构造方法中插入一句输出语句。
CtClass c = classes.getCtClass("ydc.hotfix.BugClass")
if (c.isFrozen()) {
c.defrost()
}
println("====添加构造方法====")
def constructor = c.getConstructors()[0];
constructor.insertBefore("System.out.println(dodola.hackdex.AntilazyLoad.class);")
//constructor.insertBefore("System.out.println(888);")
c.writeFile(buildDir)
执行完这段代码之后，也无形中应用了AntilazyLoad这个类。
d、这个工程不需要引用到主app(Module)中,只需要在 app->build.gradle中配置一个任务:
在配置一下，侵入时期
ok,总算把整个过程写完了，准备开始运行了，不管你激不激动，反正本人是挺激动的了。
在运行之前，先看一下我们的引用者类
没错，可以确认这是我们的源代码，化成灰我也可以认出它来。
在看一下运行之后的引用者类
没错，就是这个效果，我们的源码被javassist 赤裸裸的侵犯了，是不是瞬间觉的自己的“东西”很不安全，这就是AOP编程的强大之处啊。
项目讲解到这里，我想估计没有几个人能有耐心的看到这里来了，因为觉得文章实在太长，需要有多大耐心才能扛到这里，连我自己也怀疑自己如何写出来的，不过我认为，这么强大而且实用的技术点，不是能够三五两语就能说清的，我们要有足够的耐心来探索我们所不知的，有耐心，我们就有希望，有希望就不会失望！
ok，我们见证一下奇迹。
看到这效果，我手已累，键盘已坏。。。。请为作者点个赞哦！
Demo下载地址:
http://download.csdn.net/download/xinanheishao/9902530
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