安卓热修复比较介绍

概述：

热修复其实很简单，通俗理解就找到有bug的apk和无bug的apk的差异生成一个.apatch（按照AndFix使用）结尾的文件，通过预先固定的通道从网上下载无bug的代码替换有bug的代码，从而实现bug的修复，最关键的是用户体验好，如果按照正常的流程操作的话需要开发人员修复完bug后打包经过测试人员测试后，上传到多个应用市场；通过热修复的方法就省去了很大的人力物力成本。

热修复框架分析

• 底层替换方案：阿里的AndFix、HotFix
• 类加载方案：QQ空间补丁技术、微信的Tinker方案、饿了么的Amigo
• 二者结合：Sophix

目前最主要有三种方案：

Native Hook 进行底层替换---java虚拟机的热修复（hotfix）

 基于类加载与 Dex 分包方案，进行 Dex 插桩/替换（基于Classloader的热修复（tinker）） ；
Install Run 进行类的注入 ；由于国内手机厂商定制系统的多样，Dex 插桩/替换是我认为最适合的方案。
当然还有其他的，目前阿里的Sophix据说是非侵入式，但是不是今天研究重点（没有开源，我也不知道原理）

1.1 . 基于虚拟机的 热修复：

这个 的原理需要了解一点java虚拟机的类加载机制。我们都知道java虚拟机内存模型中有方法区，堆区，栈区。

我们写好的类的class字节码就在方法区中， 方法区中为每个类生成一个方法表，hotfix会用到这张表；new出来的对象就保存在

堆区中； 对象调用方法 会从方法区中的方法表找到方法 压倒方法栈中成为占帧。

那么修复用的原理就是把方法区中的 方法字节码替换成已经修改好的，然后去执行。

原理很简单实现起来还是很麻烦的，需要在c层去处理。  在底层会有一个叫 ArtMethod 的对象保存方法的描述 ，我们要做的就是替换这个对象，具体实现后续补充吧。

2、热修复：Andfix为例子

2、热修复的原理
我们知道Java虚拟机 —— JVM 是加载类的class文件的，而Android虚拟机——Dalvik/ART VM 是加载类的dex文件，
而他们加载类的时候都需要ClassLoader,ClassLoader有一个子类BaseDexClassLoader，而BaseDexClassLoader下有一个
数组——DexPathList，是用来存放dex文件，当BaseDexClassLoader通过调用findClass方法时，实际上就是遍历数组，
找到相应的dex文件，找到，则直接将它return。而热修复的解决方法就是将新的dex添加到该集合中，并且是在旧的dex的前面，
所以就会优先被取出来并且return返回。

Dex插桩原理：
ClassLoader 是通过调用 findClass 方法，在 pathList 对象中的 dexElements[] 中遍历dex文件寻找相关的类。由于靠前的dex会优先被系统调用，所以就有了插桩的概念。将修复好的 dex 插入到 dexElements[] 的最前方，这样系统就会调用修复好的插入类而不是靠后的 bug 类。

上图中，patch.dex 是插入的 dex ，classes2.dex 是原有的 bug dex。ClassLoader 在遍历时优先获取了 patch.dex 中的 D.class ,所以 classes2.dex 中的 D.class 就不会被调用，这样就完成了对 D.class 的替换，修复了bug。

本文简单介绍了代码修复的技术原理，下篇文章将从系统源码入手，结合我自己封装的代码修复开源框架Fettler，详细解读代码修复的每一个过程。  

1  热修复的原理

Android的类加载器有两种:  PathClassLoader和DexClassLoader，两者的父类是BaseDexClassLoader,  BaseDexClassLoader的父类是ClassLoader

其中PathDexLoader用来加载系统类和应用类；

DexClassLoader用来加载一些jar、apk、dex文件，其实jar和apk文件实际上加载的都是dex文件。

热修复原理： ClassLoader 会遍历一个由dex文件组成的数组，然后加载其中的dex文件，

我们会把正确的dex（修复过的类所在的dex）文件  插入数组的前面， 当加载器 加载到好的类文件时候就不会加载有bug的类了，就实现了热修复

1，基于ClassLoad的 修复实现

原理：在android中有两个常用ClassLoader，PathClassLoader加载已安装apk中class，DexClassLoader加载未安装apk或者aar中class.两个有一个共同的父类，BaseDexClassLoader，在BaseDexClassLoader->DexPathList->Element[] dexElements

中存储着apk或者aar中所有dex的集合。class加载类是从头遍历这个集合找到class就返回不会再往下找，这样我们就可以把修改好的dex查在数组的前边,让类加载器选择我们修改好的class（不知道算不算是一个bug）。

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热修复介绍
1.开发流程

当项目出现紧急bug时，传统的开发流程是发布新版本，引导用户覆盖安装。抛开平台审核上线的时间不说，一天重复下载安装至少两次的用户体验是很差的。

而热修复的出现完美解决了这个问题，用户在收到服务器推送过来的修复包后，在项目运行时进行修复。

整个过程是在用户无感知状态下完成，也无需下载相对来说较大的安装包，代价小。

总结为两个优点：

无需重新发版，修复效率高； 用户无感知，代价小

2.都能修复什么

资源修复
代码修复
so库修复

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一、代码修复

 热修复框架分析

• 底层替换方案：阿里的AndFix、HotFix
• 类加载方案：QQ空间补丁技术、微信的Tinker方案、饿了么的Amigo
• 二者结合：Sophix

1、类加载方案

（1）Dex分包原理

   单个Dex文件里面方法数不能超过65536个方法。

（1）原因：
因为android会把每一个类的方法id检索起来，存在一个链表结构里面。但是这个链表的长度是用一个short类型来保存的， short占两个字节（保存-2的15次方到2的15次方-1，即-32768~32767），最大保存的数量就是65536。

（2）解决方案：

• 精简方法数量,删除没用到的类、方法、第三方库。
• 使用ProGuard去掉一些未使用的代码
• 对部分模块采用本地插件化的方式。
• 分割Dex

Dex分包方案主要做的是在打包时将应用代码分成多个Dex，将应用启动时必须用到的类和这些类的直接引用类放到主Dex中，其他代码放到次Dex中。

当应用启动时先加载主Dex，等到应用启动后再动态的加载次Dex。

（2）类加载修复方案

如果Key.Class文件中存在异常，将该Class文件修复后，将其打入Patch.dex的补丁包
(1) 方案一：
通过反射获取到PathClassLoader中的DexPathList，然后再拿到 DexPathList中的Element数组，将Patch.dex放在Element数组dexElements的第一个元素，最后将数组进行合并后并重新设置回去。在进行类加载的时候，由于ClassLoader的双亲委托机制，该类只被加载一次，也就是说Patch.dex中的Key.Class会被加载。

 (2)方案二：
提供dex差量包patch.dex,将patch.dex与应用的classes.dex合并成一个完整的dex，完整dex加载后得到dexFile对象，作为参数构建一个Element对象，然后整体替换掉旧的dex-Elements数组。（Tinker） 

（3）类加载方案的限制

方案一：

• 由于类是无法进行卸载，所以类如果需要重新加载，则需要重启App，所以类加载修复方案不是即时生效的。
• 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，导致补丁包大，耗时严重。

方案二：

• 下次启动修复
• dex合并内存消耗可能导致OOM，最终dex合并失败

2、底层替换方案

（1）基本方案

 主要是在Native层替换原有方法， ArtMethod结构体中包含了Java方法的所有信息，包括执行入口、访问权限、所属类和代码执行地址等。

替换ArtMethod结构体中的字段或者替换整个ArtMethod结构体，就是底层替换方案。  由于直接替换了方法，可以立即生效不需要重启。

（2）优缺点

（1）缺点

• 不能够增减原有类的方法和字段，如果我们增加了方法数，那么方法索引数也会增加，这样访问方法时会无法通过索引找到正确的方法。
• 平台兼容性问题，如果厂商对ArtMethod结构体进行了修改，替换机制就有问题。

（2）优点

• Bug修复的即时性
• 生成的PATCH体积小，性能影响低

二、资源修复

1、Instant Run

• 反射构建新的AssetManager，并反射调用addAssertPath加载sdcard中的新资源包，这样就得到一个含有所有新资源的AssetManager
• 将原来引用到AssetManager的地方，通过反射把引用处 替换为新的AssetManager

核心代码:runtime/MonkeyPatcher.java

1.  
   #MonkeyPatcher
2.  
   public static void monkeyPatchExistingResources(@Nullable Context context,
3.  
   @Nullable String externalResourceFile,
4.  
   @Nullable Collection<Activity> activities) {
5.  
   ......
6.  
   try {
7.  
   // Create a new AssetManager instance and point it to the resources installed under
8.  
   // (1)通过反射创建了一个newAssetManager，调用addAssetPath添加了sdcard上的资源包
9.  
   AssetManager newAssetManager = AssetManager.class.getConstructor().newInstance();
10.  
    Method mAddAssetPath = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class);
11.  
    mAddAssetPath.setAccessible(true);
12.  
    if (((Integer) mAddAssetPath.invoke(newAssetManager, externalResourceFile)) == 0) {
13.  
    throw new IllegalStateException("Could not create new AssetManager");
14.  
    }
15.  
    // Kitkat needs this method call, Lollipop doesn't. However, it doesn't seem to cause any harm
16.  
    // in L, so we do it unconditionally.
17.  
    Method mEnsureStringBlocks = AssetManager.class.getDeclaredMethod("ensureStringBlocks");
18.  
    mEnsureStringBlocks.setAccessible(true);
19.  
    mEnsureStringBlocks.invoke(newAssetManager);
20.  
    if (activities != null) {
21.  
    //(2)反射获取Activity中AssetManager的引用，替换成新创建的newAssetManager
22.  
    for (Activity activity : activities) {
23.  
    Resources resources = activity.getResources();
24.  
    try {
25.  
    Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets");
26.  
    mAssets.setAccessible(true);
27.  
    mAssets.set(resources, newAssetManager);
28.  
    } catch (Throwable ignore) {
29.  
    Field mResourcesImpl = Resources.class.getDeclaredField("mResourcesImpl");
30.  
    mResourcesImpl.setAccessible(true);
31.  
    Object resourceImpl = mResourcesImpl.get(resources);
32.  
    Field implAssets = resourceImpl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
33.  
    implAssets.setAccessible(true);
34.  
    implAssets.set(resourceImpl, newAssetManager);
35.  
    }
36.  
    Resources.Theme theme = activity.getTheme();
37.  
    try {
38.  
    try {
39.  
    Field ma = Resources.Theme.class.getDeclaredField("mAssets");
40.  
    ma.setAccessible(true);
41.  
    ma.set(theme, newAssetManager);
42.  
    } catch (NoSuchFieldException ignore) {
43.  
    Field themeField = Resources.Theme.class.getDeclaredField("mThemeImpl");
44.  
    themeField.setAccessible(true);
45.  
    Object impl = themeField.get(theme);
46.  
    Field ma = impl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
47.  
    ma.setAccessible(true);
48.  
    ma.set(impl, newAssetManager);
49.  
    }
50.  
    ......
51.  
    }
52.  
    //(3)遍历Resource弱引用的集合，将AssetManager替换成newAssetManager
53.  
    for (WeakReference<Resources> wr : references) {
54.  
    Resources resources = wr.get();
55.  
    if (resources != null) {
56.  
    // Set the AssetManager of the Resources instance to our brand new one
57.  
    try {
58.  
    Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets");
59.  
    mAssets.setAccessible(true);
60.  
    mAssets.set(resources, newAssetManager);
61.  
    } catch (Throwable ignore) {
62.  
    Field mResourcesImpl = Resources.class.getDeclaredField("mResourcesImpl");
63.  
    mResourcesImpl.setAccessible(true);
64.  
    Object resourceImpl = mResourcesImpl.get(resources);
65.  
    Field implAssets = resourceImpl.getClass().getDeclaredField("mAssets");
66.  
    implAssets.setAccessible(true);
67.  
    implAssets.set(resourceImpl, newAssetManager);
68.  
    }
69.  
    resources.updateConfiguration(resources.getConfiguration(), resources.getDisplayMetrics());
70.  
    }
71.  
    }
72.  
    } catch (Throwable e) {
73.  
    throw new IllegalStateException(e);
74.  
    }
75.  
    }
76.  
     

2、资源包替换（Sophix）

默认由Android SDK编译出来的apk，其资源包的package id为0x7f。framework-res.jar的资源package id为0x01

• 构造一个package id为0x66的资源包（非0x7f和0x01），只包含已经改变的资源项。
• 由于不与已经加载的Ox7f冲突，所以可以通过原有的AssetManager的addAssetPath加载这个包。

三、SO库修复

本质是对native方法的修复和替换

2、SO修复方案

（1）接口替换

    提供方法替代System.loadLibrary方法:

• 如果存在补丁so，则加载补丁so库，不去加载apk安装目录下的so库
• 如果不存在补丁so，调用System.loadLibrary去加载安装apk目录下的so库

（2）反射注入

     因为加载so库会遍历nativeLibraryDirectories

• 通过反射将补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数组的最前面
• 遍历nativeLibraryDirectories时，就会将补丁so库进行返回并加载，从而达到修复目的

1、so库加载

(1)通过以下方法加载so库.

类似于类加载的findClass方法，在数组中每一个元素对应一个so库，最终返回了so的路径。

如果将so补丁添加到数组的最前面，在调用方法加载so库时，会先将补丁so的路径返回。

1.  
   #System
2.  
   public static void loadLibrary(String libname) {
3.  
   Runtime.getRuntime().loadLibrary0(VMStack.getCallingClassLoader(), libname);
4.  
   }
5.  
   参数为so库名称，位于apk的lib目录下
6.  
    
7.  
   public static void load(String filename) {
8.  
   Runtime.getRuntime().load0(VMStack.getStackClass1(), filename);
9.  
   }
10.  
    加载外部自定义so库文件，参数为so库在磁盘中的完整路径
11.  
    复制代码

1.  
   private static native String nativeLoad(String filename, ClassLoader loader, String librarySearchPath);
2.  
   复制代码

最终都是调用了native方法nativeLoad，参数fileName为so在磁盘中的完整路径名

(2)遍历nativeLibraryDirectories目录

1.  
   #DexPathList
2.  
   public String findLibrary(String libraryName) {
3.  
   String fileName = System.mapLibraryName(libraryName);
4.  
   for (File directory : nativeLibraryDirectories) {
5.  
   File file = new File(directory, fileName);
6.  
   if (file.exists() && file.isFile() && file.canRead()) {
7.  
   return file.getPath();
8.  
   }
9.  
   }
10.  
    return null;
11.  
    }

参考资料：

• 主流热修复方案分析
• Android热修复技术，你会怎么选？
• 《Android进阶解密》
• 《深入探索Android热修复技术原理》

======

 具体实现：

      if (context == null) {
            return;
        }
        File filesDir = context.getDir("odex", Context.MODE_PRIVATE);
        File[]  listFiles=filesDir.listFiles();
        for (File file : listFiles) {
            if(file.getName().startsWith("classes")||file.getName().endsWith(".dex")){
                Log.i("INFO", "dexName:"+file.getName());
                loadedDex.add(file);
            }
        }
        String optimizeDir = filesDir.getAbsolutePath() + File.separator + "opt_dex";
        File fopt = new File(optimizeDir);
        if (!fopt.exists()) {
            fopt.mkdirs();
        }
        for (File dex : loadedDex) {
            DexClassLoader classLoader = new DexClassLoader(dex.getAbsolutePath(), fopt.getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());
            PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();

            try {
//                -----------------------系统的ClassLoader------------------------------------
                Class baseDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
                Field  pathListFiled=baseDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
                pathListFiled.setAccessible(true);
                Object pathListObject = pathListFiled.get(pathClassLoader);

                Class  systemPathClazz=pathListObject.getClass();
                Field  systemElementsField = systemPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
                systemElementsField.setAccessible(true);
                Object systemElements=systemElementsField.get(pathListObject);

//                ------------------自己的ClassLoader--------------------------
                Class myDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
                Field  myPathListFiled=myDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
                myPathListFiled.setAccessible(true);
                Object myPathListObject =myPathListFiled.get(classLoader);

                Class  myPathClazz=myPathListObject.getClass();
                Field  myElementsField = myPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
                myElementsField.setAccessible(true);
                Object myElements=myElementsField.get(myPathListObject);

//                ------------------------融合-----------------------------
                Class<?> sigleElementClazz = systemElements.getClass().getComponentType();
                int systemLength = Array.getLength(systemElements);
                int myLength = Array.getLength(myElements);
                int newSystenLength = systemLength + myLength;
//                生成一个新的 数组   类型为Element类型
                Object newElementsArray = Array.newInstance(sigleElementClazz, newSystenLength);
                for (int i = 0; i < newSystenLength; i++) {
                    if (i < myLength) {
                        Array.set(newElementsArray, i, Array.get(myElements, i));
                    }else {
                        Array.set(newElementsArray, i, Array.get(systemElements, i - myLength));
                    }
                }
//      ---------------------------融合完毕   将新数组  放到系统的PathLoad内部---------------------------------
                Field  elementsField=pathListObject.getClass().getDeclaredField("dexElements");;
                elementsField.setAccessible(true);

                elementsField.set(pathListObject,newElementsArray);

这样就完成了dex的插入替换。

比较以上两种方案比较喜欢第二种，应为第一种只能修改方法，  第二种可以整个类替换，切适配性很好（只要java不修改这个bug在哪都能用）。