毕业5年了还不知道Android热修复？

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/   今日科技快讯   /

近日，谷歌抢在微软之前发布了ChatGPT竞品、自家人工智能聊天机器人Bard，但市场反应并不好。谷歌员工们纷纷批评包括首席执行官桑德尔·皮查伊在内的公司领导层，认为公司本周宣布推出Bard的方式过于“仓促”、简直是“一团糟”。

/   作者简介   /

本篇文章转自小余的自习室的博客，文章主要分享了热修复相关的知识，相信会对大家有所帮助！

原文地址：

https://juejin.cn/post/7142481619604111390

/   前言   /

热修复到现在2022年已经不是一个新名词，但是作为Android开发核心技术栈的一部分，我这里还得来一次冷饭热炒。

随着移动端业务复杂程度的增加，传统的版本更新流程显然无法满足业务和开发者的需求，热修复技术的推出在很大程度上改善了这一局面。国内大部分成熟的主流App都拥有自己的热更新技术，像手淘、支付宝、微信、QQ、饿了么、美团等。

可以说，一个好的热修复技术，将为你的App助力百倍。对于每一个想在Android开发领域有所造诣的开发者，掌握热修复技术更是必备的素质。

热修复是Android大厂面试中高频面试知识点，也是我们必须要掌握的知识点。热修复技术，可以看作Android平台发展成熟至一定阶段的必然产物。Android热修复了解吗？修复哪些东西？常见热修复框架对比以及各原理分析？

/   什么是热修复   /

热修复说白了就是不再使用传统的应用商店更新或者自更新方式，使用补丁包推送的方式在用户无感知的情况下，修复应用bug或者推送新的需求。

传统更新和热更新过程对比如下：

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热修复优缺点。

优点

  1. 只需要打补丁包，不需要重新发版本。

  2. 用户无感知，不需要重新下载最新应用

  3. 修复成功率高

缺点

补丁包滥用，容易导致应用版本不可控，需要开发一套完整的补丁包更新机制，会增加一定的成本。

/   热修复方案   /

首先我们得知道热修复修复哪些东西？

  1. 代码修复

  2. 资源修复

  3. 动态库修复


代码修复方案

从技术角度来说，我们的目的是非常明确的，把错误的代码替换成正确的代码。注意这里的替换，并不是直接擦写dx文件，而是提供一份新的正确代码，让应用运行时绕过错误代码，执行新的正确代码。

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想法简单直接，但实现起来并不容易。目前主要有三类技术方案：


类加载方案

之前分析类加载机制有说过，加载流程先是遵循双亲委派原则，如果委派原则没有找到此前加载过此类，则会调用CLassLoader的findClass方法，再去BaseDexClassLoader下面的dexElements数组中查找，如果没有找到，最终调用defineClassNative方法加载。

代码修复就是基于这点，将新的做了修复的dex文件，通过反射注入到BaseDexClassLoader的dexElements数组的第一个位置上dexElements[0]，下次重新启动应用加载类的时候，会优先加载做了修复的dex文件，这样就达到了修复代码的目的。原理很简单，代码如下：

public class Hotfix {public static void patch(Context context, String patchDexFile, String patchClassName)throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {//获取系统PathClassLoader的"dexElements"属性值PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();Object origDexElements = getDexElements(pathClassLoader);//新建DexClassLoader并获取“dexElements”属性值String otpDir = context.getDir("dex", 0).getAbsolutePath();Log.i("hotfix", "otpdir=" + otpDir);DexClassLoader nDexClassLoader = new DexClassLoader(patchDexFile, otpDir, patchDexFile, context.getClassLoader());Object patchDexElements = getDexElements(nDexClassLoader);//将patchDexElements插入原origDexElements前面Object allDexElements = combineArray(origDexElements, patchDexElements);//将新的allDexElements重新设置回pathClassLoadersetDexElements(pathClassLoader, allDexElements);//重新加载类pathClassLoader.loadClass(patchClassName);
}
private static Object getDexElements(ClassLoader classLoader) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {//首先获取ClassLoader的“pathList”实例Field pathListField = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader").getDeclaredField("pathList");pathListField.setAccessible(true);//设置为可访问Object pathList = pathListField.get(classLoader);//然后获取“pathList”实例的“dexElements”属性Field dexElementField = pathList.getClass().getDeclaredField("dexElements");dexElementField.setAccessible(true);//读取"dexElements"的值Object elements = dexElementField.get(pathList);return elements;}//合拼dexElementsprivate static Object combineArray(Object obj, Object obj2) {Class componentType = obj2.getClass().getComponentType();//读取obj长度int length = Array.getLength(obj);//读取obj2长度int length2 = Array.getLength(obj2);Log.i("hotfix", "length=" + length + ",length2=" + length2);//创建一个新Array实例，长度为ojb和obj2之和Object newInstance = Array.newInstance(componentType, length + length2);for (int i = 0; i < length + length2; i++) {//把obj2元素插入前面if (i < length2) {Array.set(newInstance, i, Array.get(obj2, i));} else {//把obj元素依次放在后面Array.set(newInstance, i, Array.get(obj, i - length2));}}//返回新的Array实例return newInstance;}private static void setDexElements(ClassLoader classLoader, Object dexElements) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {//首先获取ClassLoader的“pathList”实例Field pathListField = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader").getDeclaredField("pathList");pathListField.setAccessible(true);//设置为可访问Object pathList = pathListField.get(classLoader);//然后获取“pathList”实例的“dexElements”属性Field declaredField = pathList.getClass().getDeclaredField("dexElements");declaredField.setAccessible(true);//设置"dexElements"的值declaredField.set(pathList, dexElements);}
}

类加载过程如下：

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微信Tinker，QQ空间的超级补丁、手QQ的QFix 、饿了么的Amigo和Nuwa等都是使用这个方式。

缺点：因为类加载后无法卸载，所以类加载方案必须重启App，让bug类重新加载后才能生效。

底层替换方案

底层替换方案不会再次加载新类，而是直接在Native层修改原有类， 这里我们需要提到Art虚拟机中ArtMethod。每一个Java方法在Art虚拟机中都对应着一个ArtMethod，ArtMethod记录了这个Java方法的所有信息，包括所属类、访问权限、代码执行地址等。

结构如下：

// art/runtime/art_method.h
class ArtMethod FINAL {
...protected:GcRoot<mirror::Class> declaring_class_;GcRoot<mirror::PointerArray> dex_cache_resolved_methods_;GcRoot<mirror::ObjectArray<mirror::Class>> dex_cache_resolved_types_;uint32_t access_flags_;uint32_t dex_code_item_offset_;uint32_t dex_method_index_;uint32_t method_index_;struct PACKED(4) PtrSizedFields {void* entry_point_from_interpreter_;      // 1void* entry_point_from_jni_;void* entry_point_from_quick_compiled_code_;  //2} ptr_sized_fields_;...
}

在 ArtMethod结构体中，最重要的就是 注释1和注释2标注的内容，从名字可以看出来，他们就是方法的执行入口。我们知道，Java代码在Android中会被编译为Dex Code。

Art虚拟机中可以采用解释模式或者AOT机器码模式执行Dex Code。

  • 解释模式：就是去除Dex Code，逐条解释执行。如果方法的调用者是以解释模式运行的，在调用这个方法时，就会获取这个方法的entry_point_from_interpreter_，然后跳转执行

  • AOT模式：就会预先编译好Dex Code对应的机器码，然后在运行期直接执行机器码，不需要逐条解释执行Dex Code。如果方法的调用者是以AOT机器码方式执行的，在调用这个方法时，就是跳转到entry_point_from_quick_compiled_code_中执行

那是不是只需要替换这个几个entry_point_*入口地址就能够实现方法替换了呢？并没有那么简单，因为不论是解释模式还是AOT模式，在运行期间还会需要调用ArtMethod中的其他成员字段。

AndFix采用的是改变指针指向：

// AndFix/jni/art/art_method_replace_6_0.cpp
void replace_6_0(JNIEnv* env, jobject src, jobject dest) {art::mirror::ArtMethod* smeth =(art::mirror::ArtMethod*) env->FromReflectedMethod(src);  // 1art::mirror::ArtMethod* dmeth =(art::mirror::ArtMethod*) env->FromReflectedMethod(dest);  // 2...// 3smeth->declaring_class_ = dmeth->declaring_class_;smeth->dex_cache_resolved_methods_ = dmeth->dex_cache_resolved_methods_;smeth->dex_cache_resolved_types_ = dmeth->dex_cache_resolved_types_;smeth->access_flags_ = dmeth->access_flags_ | 0x0001;smeth->dex_code_item_offset_ = dmeth->dex_code_item_offset_;smeth->dex_method_index_ = dmeth->dex_method_index_;smeth->method_index_ = dmeth->method_index_;smeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_interpreter_ =dmeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_interpreter_;smeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_jni_ =dmeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_jni_;smeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_quick_compiled_code_ =dmeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_quick_compiled_code_;LOGD("replace_6_0: %d , %d",smeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_quick_compiled_code_,dmeth->ptr_sized_fields_.entry_point_from_quick_compiled_code_);
}

缺点：存在一些兼容性问题，由于ArtMethod结构体是Android开源的一部分，所以每个手机厂商都可能会去更改这部分的内容，这就可能导致ArtMethod替换方案在某些机型上面出现未知错误。

Sophix为了规避上面的AndFix的风险，采用直接替换整个结构体。这样不管手机厂商如何更改系统，我们都可以正确定位到方法地址

install run方案

Instant Run方案的核心思想是——插桩，在编译时通过插桩在每一个方法中插入代码，修改代码逻辑，在需要时绕过错误方法，调用patch类的正确方法。

首先，在编译时Instant Run为每个类插入IncrementalChange变量。

IncrementalChange  $change;

为每一个方法添加类似如下代码：

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {IncrementalChange var2 = $change;//$change不为null，表示该类有修改，需要重定向if(var2 != null) {//通过access$dispatch方法跳转到patch类的正确方法var2.access$dispatch("onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V", new Object[]{this, savedInstanceState});} else {super.onCreate(savedInstanceState);this.setContentView(2130968601);this.tv = (TextView)this.findViewById(2131492944);}
}

如上代码，当一个类被修改后，Instant Run会为这个类新建一个类，命名为xxx&override，且实现IncrementalChange接口，并且赋值给原类的$change变量。

public class MainActivity$override implements IncrementalChange {
｝

此时，在运行时原类中每个方法的var2 != null，通过accessdispatch（参数是方法名和原参数）定位到patch类MainActivitydispatch（参数是方法名和原参数）定位到patch类MainActivityoverride中修改后的方法。

Instant Run是google在AS2.0时用来实现“热部署”的，同时也为“热修复”提供了一个绝佳的思路。美团的Robust就是基于此。

资源修复方案

这里我们来看看install run的原理即可，市面上的常见修复方案大部分都是基于此方法。

public static void monkeyPatchExistingResources(Context context,String externalResourceFile, Collection<Activity> activities) {if (externalResourceFile == null) {return;}try {
// 创建一个新的AssetManagerAssetManager newAssetManager = (AssetManager) AssetManager.class.getConstructor(new Class[0]).newInstance(new Object[0]); // ... 1Method mAddAssetPath = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", new Class[] { String.class }); // ... 2mAddAssetPath.setAccessible(true);
// 通过反射调用addAssetPath方法加载外部的资源（SD卡资源）if (((Integer) mAddAssetPath.invoke(newAssetManager,new Object[] { externalResourceFile })).intValue() == 0) { // ... 3throw new IllegalStateException("Could not create new AssetManager");}Method mEnsureStringBlocks = AssetManager.class.getDeclaredMethod("ensureStringBlocks", new Class[0]);mEnsureStringBlocks.setAccessible(true);mEnsureStringBlocks.invoke(newAssetManager, new Object[0]);if (activities != null) {for (Activity activity : activities) {Resources resources = activity.getResources(); // ... 4try { 
// 反射得到Resources的AssetManager类型的mAssets字段Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets"); // ... 5mAssets.setAccessible(true);
// 将mAssets字段的引用替换为新创建的newAssetManagermAssets.set(resources, newAssetManager); // ... 6} catch (Throwable ignore) {...}// 得到Activity的Resources.ThemeResources.Theme theme = activity.getTheme();try {try {
// 反射得到Resources.Theme的mAssets字段Field ma = Resources.Theme.class.getDeclaredField("mAssets");ma.setAccessible(true);
// 将Resources.Theme的mAssets字段的引用替换为新创建的newAssetManagerma.set(theme, newAssetManager); // ... 7} catch (NoSuchFieldException ignore) {...}...} catch (Throwable e) {Log.e("InstantRun","Failed to update existing theme for activity "+ activity, e);}pruneResourceCaches(resources);}}
/**
*  根据SDK版本的不同，用不同的方式得到Resources 的弱引用集合
*/ Collection<WeakReference<Resources>> references;if (Build.VERSION.SDK_INT >= 19) {Class<?> resourcesManagerClass = Class.forName("android.app.ResourcesManager");Method mGetInstance = resourcesManagerClass.getDeclaredMethod("getInstance", new Class[0]);mGetInstance.setAccessible(true);Object resourcesManager = mGetInstance.invoke(null,new Object[0]);try {Field fMActiveResources = resourcesManagerClass.getDeclaredField("mActiveResources");fMActiveResources.setAccessible(true);ArrayMap<?, WeakReference<Resources>> arrayMap = (ArrayMap) fMActiveResources.get(resourcesManager);references = arrayMap.values();} catch (NoSuchFieldException ignore) {Field mResourceReferences = resourcesManagerClass.getDeclaredField("mResourceReferences");mResourceReferences.setAccessible(true);references = (Collection) mResourceReferences.get(resourcesManager);}} else {Class<?> activityThread = Class.forName("android.app.ActivityThread");Field fMActiveResources = activityThread.getDeclaredField("mActiveResources");fMActiveResources.setAccessible(true);Object thread = getActivityThread(context, activityThread);HashMap<?, WeakReference<Resources>> map = (HashMap) fMActiveResources.get(thread);references = map.values();}
//遍历并得到弱引用集合中的 Resources ，将 Resources mAssets 字段引用替换成新的 AssetManagerfor (WeakReference<Resources> wr : references) {Resources resources = (Resources) wr.get();if (resources != null) {try {Field mAssets = Resources.class.getDeclaredField("mAssets");mAssets.setAccessible(true);mAssets.set(resources, newAssetManager);} catch (Throwable ignore) {...}resources.updateConfiguration(resources.getConfiguration(),resources.getDisplayMetrics());}}} catch (Throwable e) {throw new IllegalStateException(e);}
}

  • 在注释1处创建一个新的AssetManager

  • 在注释2和注释3处通过反射调用 addAssetPath 方法加载外部（SD 卡）的资源。

  • 在注释4处遍历Activity列表，得到每个Activity的Resources

  • 在注释5处通过反射得到Resources的AssetManager类型的rnAssets字段

  • 注释6处改写mAssets字段的引用为新的AssetManager

采用同样的方式：

  • 在注释7处将Resources.Theme的mAssets字段的引用替换为新创建的 AssetManager 。

  • 紧接着根据SDK版本的不同，用不同的方式得到Resources的弱引用集合

  • 再遍历这个弱引用集合，将弱引用集合中的Resources的mAssets字段引用都替换成新创建的AssetManager 。

资源修复原理：

  • 创建新的AssetManager，通过反射调用addAssetPath方法，加载外部资源，这样新创建的AssetManager就含有了外部资源

  • 将AssetManager类型的mAsset字段全部用新创建的AssetManager对象替换。这样下次加载资源文件的时候就可以找到包含外部资源文件的AssetManager。


动态链接库so的修复

接口调用替换方案

sdk提供接口替换System默认加载so库接口。

SOPatchManager.loadLibrary(String libName) -> System.loadLibrary(String libName)

SOPatchManager.loadLibrary接口加载so库的时候优先尝试去加载sdk指定目录下的补丁so，加载策略如下：

如果存在则加载补丁so库而不会去加载安装apk安装目录下的so库。如果不存在补丁so，那么调用System.loadLibrary去加载安装apk目录下的so库。

fa59e4b9c4f8a9ee97d02432ebdaadd3.png

我们可以很清楚的看到这个方案的优缺点。优点是不需要对不同sdk版本进行兼容，因为所有的sdk版本都有System.loadLibrary这个接口。缺点是调用方需要替换掉System默认加载so库接口为sdk提供的接口，如果是已经编译混淆好的三方库的so库需要patch，那么是很难做到接口的替换。

虽然这种方案实现简单，同时不需要对不同sdk版本区分处理，但是有一定的局限性没法修复三方包的so库同时需要强制侵入接入方接口调用，接着我们来看下反射注入方案。

反射注入方案

前面介绍过System. loadLibrary ( "native-lib");加载so库的原理，其实native-lib这个so库最终传给native方法执行的参数是so库在磁盘中的完整路径，比如：/data/app-lib/com.taobao.jni-2/libnative-lib.so，so库会在 DexPathList.nativeLibraryDirectories/nativeLibraryPathElements变量所表示的目录下去遍历搜索。

sdk<23时DexPathList.findLibrary实现如下：

11f9683d34f8848db860b9c009344667.png

可以发现会遍历nativeLibraryDirectories数组，如果找到了loUtils.canOpenReadOnly（path）返回为true，那么就直接返回该path，loUtils.canOpenReadOnly（path）返回为true的前提肯定是需要path表示的so文件存在的。那么我们可以采取类似类修复反射注入方式，只要把我们的补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数组的最前面就能够达到加载so库的时候是补丁库而不是原来so库的目录，从而达到修复的目的。

sdk>=23时DexPathList.findLibrary实现如下：

4fc15f405712d94404887d35cf1b21b3.png

sdk23以上findLibrary实现已经发生了变化，如上所示，那么我们只需要把补丁so库的完整路径作为参数构建一个Element对象，然后再插入到nativeLibraryPathElements 数组的最前面就好了。

  • 优点：可以修复三方库的so库。同时接入方不需要像方案1—样强制侵入用户接口调用

  • 缺点：需要不断的对 sdk 进行适配，如上sdk23为分界线，findLibrary接口实现已经发生了变化。

对于so库的修复方案目前更多采取的是接口调用替换方式，需要强制侵入用户 接口调用。目前我们的so文件修复方案采取的是反射注入的方案，重启生效。具有更好的普遍性。如果有so文件修复实时生效的需求，也是可以做到的，只是有些限制情况。

/   常见热修复框架   /

8bd89688167084c9984f6c8b0df179e0.png

可以看出，阿里系多采用native底层方案，腾讯系多采用类加载机制。其中，Sophix是商业化方案；Tinker/Amigo支持特性较多，同时也更复杂，如果需要修复资源和so，可以选择；如果仅需要方法替换，且需要即时生效，Robust是不错的选择。

/   写在最后   /

尽管热修复（或热更新）相对于迭代更新有诸多优势，市面上也有很多开源方案可供选择，但目前热修复依然无法替代迭代更新模式。有如下原因，热修复框架多多少少会增加性能开销，或增加APK大小热修复技术本身存在局限，比如有些方案无法替换so或资源文件热修复方案的兼容性，有些方案无法同时兼顾Dalvik和ART，有些深度定制系统也无法正常工作 监管风险，比如苹果系统严格限制热修复。

所以，对于功能迭代和常规bug修复，版本迭代更新依然是主流。一般的代码修复，使用Robust可以解决，如果还需要修复资源或so库，可以考虑Tinker。

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采用 Python 机器学习预测足球比赛结果

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