Android Tinker 热修复原理

绝地灬酷狼 2023-10-10 10:33 62阅读 0赞

#### 热修复流派 ####

##### 基于Multidex的Dex注入 #####

代表:TInker，手机QQ空间、Nuwa  
原理:将补丁Dex对象的DexFile对象注入到系统ClassLoader相关联的DexPathList对象的dexElements数组的最前面

##### Native层方法替换 #####

代表:AndFix，阿里百川HotFix  
原理:在Native层对方法的整体数据结构(Method/ArtMethod)进行替换

##### ClassLoader Hack #####

代表:Instant Run  
原理:基于双亲委派机制，用自定义的IncrementalClassLoader加载补丁Dex，同时将该类加载器设置为系统类加载器的父加载器

#### Tinker 热修复Dex插桩原理 ####

ClassLoader的加载路径可以包含多个dex文件，每个dex文件关联一个Element，多个dex文件排列成一个有序的数组dexElements，当查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，如果找到则返回，如果找不到从下一个dex文件继续查找。理论上如果在不同的dex中有相同的类存在，那么优先选择排在前面的dex文件的类。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70]

#### 源码分析 ####

我们解压一个apk，可以看到有这些.dex分包。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
对应在代码里，BaseDexClassLoader中的pathList就是这些分包。

> 类加载器 ClassLoader  
> 子类:BaseDexClassLoader

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

findClass是来寻找指定的类，我们可以看到，会通过pathList来寻找类。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
pathList的类型是DexPathList ，我们再来看DexPathList，可以看到有一个dexElements属性，是Dex的集合。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
再来看DexPathList的构造方法  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
可以看到，通过`makePathElements`方法，对dexElements进行赋值。  
来看`makePathElements`方法

private static Element[] makePathElements(List<File> files, File optimizedDirectory,
                                              List<IOException> suppressedExceptions) {
        
        List<Element> elements = new ArrayList<>();
        
        //遍历文件
        for (File file : files) {
        
            File zip = null;
            File dir = new File("");
            DexFile dex = null;
            String path = file.getPath();
            String name = file.getName();
    
            if (path.contains(zipSeparator)) {
        
                String split[] = path.split(zipSeparator, 2);
                zip = new File(split[0]);
                dir = new File(split[1]);
            } else if (file.isDirectory()) {
        
                elements.add(new Element(file, true, null, null));
            } else if (file.isFile()) {
        
            	//如果文件名包含 .dex 后缀
                if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
        
                    try {
        
                    	//尝试加载Dex文件
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException ex) {
        
                        System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                    }
                } else {
        
                    zip = file;
                    try {
        
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException suppressed) {
        
                        suppressedExceptions.add(suppressed);
                    }
                }
            } else {
        
                System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
            }
    
            if ((zip != null) || (dex != null)) {
        
            	//将dex文件传入Element中，并将element添加到elements集合中
                elements.add(new Element(dir, false, zip, dex));
            }
        }
    
      	return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
    }

可以看到，这里会遍历目录下的所有文件，然后，如果后缀匹配`.dex`，则尝试加载dex，如果加载成功，就将dex添加到elements集合中。  
最终，将elements转为数组，并返回。

##### App安装 #####

然后我们知道，App安装成功的时候，会复制一份apk文件到应用的私有目录  
`/data/app/packageName~1/base.apk`

所以可以有思路:将修复好的x.dex下载到本机，插桩到dex集合的最前面，优先加载当中修复好的java类。

###### 实现步骤 ######

1.  自己创建一个类加载器
2.  用自己创建的类加载器加载 x.dex 修复包 (得到对于的DexElements\[\])
3.  将得到dexElements和系统的dexElements\[\]进行合并，并且将自有的数据放置在最前面
4.  通过反射的技术，将合成后的新数组，赋值给系统的pathList  
    ![在这里插入图片描述][20200208162356227.png]

###### 修改后的java代码，如何生成dex ? ######

1.  通过javac指令编译成class文件
2.  通过dx.bat转成dex文件 (修复包)

##### 核心步骤总结 #####

1.获取系统ClassLoader的pathList对象

Object pathList = Reflect.on(loader).field("pathList").get();

2.调用makePathElements构造补丁的dexElements

ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<>();
    Object[] patchDexElements = makePathElements(pathList,extraDexFiles,FileUtil.getDexOptDir(context),suppressedExceptions);

3.将补丁Dex注入系统ClassLoader的pathList对象的dexElements的**最前面**

expandElementsArray(pathList,patchDexElements);

##### 小结 #####

以上就是QQ空间超级补丁技术，Tinker和QQ空间超级补丁技术的原理基本相同，但对部分缺点进行了优化。

*  为了实现修复这个过程，在应用中必须多出一个专门用作修复用的patch.dex，如果修复的类到了一定数量，就需要花不少的时间加载。
 *  在ART模式下，如果类修改了结构，就会出现内存错乱的问题。为了解决这个问题，就必须把所有相关的调用类、父类子类等等全部加载到patch.dex中，导致补丁包异常的大，进一步增加应用启动加载的时候，耗时更加严重。

Tinker针对QQ空间超级补丁技术的不足提出了一个提供DEX差量包，整体替换DEX的方案。主要的原理是与QQ空间超级补丁技术基本相同，区别在于不再将patch.dex增加到elements数组中，而是差量的方式给出patch.dex，然后将patch.dex与应用的classes.dex合并，然后整体替换掉旧的DEX文件，以达到修复的目的。

具体详见[阿里最新热修复Sophix与QQ超级补丁和Tinker的实现与总结][Sophix_QQ_Tinker]

##### 类校验异常的规避 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
dex插装可能会导致该异常，所以需要破坏这3个条件的其中一个。对于Tinker，就是破坏第三个条件，就是通过全量后的方式，以避免打上预校验标识的类，直接使类不在同一个dex中。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208152134861.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208152752396.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208152957785.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208153303752.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208154323543.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208154806811.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[20200208162356227.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200208162356227.png
[Sophix_QQ_Tinker]: https://www.jianshu.com/p/0a31d145cad2
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191108090518311.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0V0aGFuQ28=,size_16,color_FFFFFF,t_70