阿里android热修复 android热修复框架

什么是Android热修复技术

简单来说就是不重新安装apk的情况下，通过补丁，修复bug

正常开发流程

热修复开发流程

目前主流的热修复技术框架

阿里系的： Andfix、Hotfix、Sophix

腾讯系的：QQ空间超级补丁技术、Qfix、Tinker(微信)

美团系的：Robust

饿了么的：Amigo

关于热修复的技术积淀

最开始 ，是手淘基于Xposed进行了改进，产生了针对Android Dalvik虚拟机运行时的Java method Hook技术——Dexposed。但是这个方案由于对底层Dalvik结构过于依赖，最终无法兼容Android5.0以后

后来支付宝提出了新的热修复方案Andfix。Andfix同样是一种底层结构替换的方案，也达到了运行时生效及时修复的效果，阿里后来对Andfix改进，对相关业务解耦后，推出了阿里百川Hotfix方案，此时的修复已经非常的不错，对代码修复需求都可以解决，而且全版本兼容，但是问题在于Anfix本身有局限，它只提供代码层面的修复，对于资源和so库的修复都还未能实现

最终在2017年Sophix的横空出世，打破了各家热修复技术纷争的局面。在代码修复，资源修复，so修复的方面，以及方案的安全性，易用性放慢，sophix都做到了业界领先

本文重点介绍如何在项目中实现代码修复

通过类加载机制实现

优点：适用性强、修复范围广、限制少

缺点：属于热修复中的冷修复、需要重启App

通过底层替换方法实现

优点：时效好、不需重启，即使生效

缺点：受限制较多(需要修改虚拟机字段，如果手机厂商修改了虚拟机…….)

ClassLoader 简介

对于 Java 程序来说，编写程序就是编写类，运行程序也就是运行类(编译得到的 class 文件)，其中起到关键作用的就是类加载器 ClassLoader。说起类加载器我就想到ClassLoader的双亲委托加载机制，接下来就介绍一下类加载的双亲机制

双亲机制

当类加载器收到加载类或资源的请求时，通常都是先委托给父类加载器加载，也就是说只有当父类加载器找不到指定类或资源时，自身才会执行实际的类加载过程，具体的加载过程如下：

1 源 ClassLoader 先判断该 Class 是否已加载，如果已加载，则直接返回 Class，如果没有则委托给父类加载器。

2 父类加载器判断是否加载过该 Class，如果已加载，则直接返回 Class，如果没有则委托给祖父类加载器。

3 依此类推，直到始祖类加载器(引用类加载器)。

4 始祖类加载器判断是否加载过该 Class，如果已加载，则直接返回 Class，如果没有则尝试从其对应的类路径下寻找 class 字节码文件并载入。如果载入成功，则直接返回 Class，如果载入失败，则委托给始祖类加载器的子类加载器。

5 始祖类加载器的子类加载器尝试从其对应的类路径下寻找 class 字节码文件并载入。如果载入成功，则直接返回 Class，如果载入失败，则委托给始祖类加载器的孙类加载器。

6 依此类推，直到源 ClassLoader。

7 源 ClassLoader 尝试从其对应的类路径下寻找 class 字节码文件并载入。如果载入成功，则直接返回 Class，如果载入失败，源 ClassLoader 不会再委托其子类加载器，而是抛出异常。

Android 中的ClassLoader

Android 的 Dalvik/ART 虚拟机如同标准 Java 的 JVM 虚拟机一样，也是同样需要加载 class 文件到内存中来使用，但是在 ClassLoader 的加载细节上会有略微的差别。

Android的dex文件

Android 应用打包成 apk 文件时，class 文件会被打包成一个或者多个 dex 文件，Android 中的 Dalvik/ART 无法像 JVM 那样 直接 加载 class 文件和 jar 文件中的 class，需要通过 dx 工具来优化转换成 Dalvik byte code 才行，只能通过 dex 或者 包含 dex 的jar、apk 文件来加载(注意 odex 文件后缀可能是 .dex 或 .odex，也属于 dex 文件)，因此 Android 中的 ClassLoader 工作就交给了 BaseDexClassLoader 来处理。

如何通过类加载机制实现

PathClassLoader：系统运作，app运行时用于加载app所有需要的类。PathClassLoader 里面除了这 2 个构造方法以外就没有其他的代码了，具体的实现都是在 BaseDexClassLoader 里面，其 dexPath 比较受限制，一般是已经安装应用的 apk 文件路径

DexClassLoader：程序员运作，可以通过它加载我们想加载的资源，一般包括这么几种：jar、dex、apk等。

BaseDexClassLoader：热修复中的大Boss，PathClassLoader和DexClassLoader均继承自BaseDexClassLoader，PathClassLoader和DexClassLoader的重要方法均在其父类BaseDexClassLoader中。(因此就需要从BaseDexClassLoader入手)。

对比 PathClassLoader 只能加载已经安装应用的 dex 或 apk 文件，DexClassLoader 则没有此限制，可以从 SD 卡上加载包含 class.dex 的 .jar 和 .apk 文件，这也是插件化和热修复的基础，在不需要安装应用的情况下，完成需要使用的 dex 的加载。

BaseDexClassLoader查找类的源码：

@Override
protected Class> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
List suppressedExceptions = new ArrayList();
Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
if (c == null) {
ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
for (Throwable t : suppressedExceptions) {
cnfe.addSuppressed(t);
}
throw cnfe;
}
return c;
}

通过源码可以看到，BaseDexClassLoader通过pathList.findClass查找类的，这里出现一个 大Boss “PathList”

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;
}
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}

前方高能：

可以看到，PathList从dexElements中查找类，如果clazz != null直接return class，这就是我们可以利用的地方，从源码看，dexElements应该是个数组或者集合，设想：我们是不是可以把我们修复bug后的xx类，打包成dex，插入到dexElements的最前面，这样，系统通过PathClassLoader,查找bug类的时候，就会下找到我们的修复bug的xx类，然后直接返回，不去管后面有bug的那个xx类，达到热修复的功能

理一下我们热修复的方案

修复有bug的类，生成dex补丁包；

通过反射机制得到PathClassLoader的成员变量PathList字段(DexPathList的属性)(通过上面分析知道，PathList是PathClassLoader父类BaseDexClasLoader中的)

然后再反射PathList获取它的dexElements字段(是一个存放dex的Element数组)

将我们生成的dex补丁包，插入到dexElements的数组的最前端

项目中的实现

实现步骤

编写改变前的app

编写热修复需要重写生成的类

生成dex补丁包，并放到服务器

编写补丁检测和下载代码

编写修复补丁代码(即用反射拿到dexElements数组，把dex放到有问题的类之前)

如何生成dex补丁包

用class文件生成”001dex”补丁

android在sdk/build-tools/文件件下提供了”dx”命令工具，帮助我们将class文件生成dex文件

生成方式如下：

dx –dex –output=

例如：

dx –dex –output=001.dex …MainAtvity …Actvity2.class …People.class

核心代码

/**
* 加载并安装补丁
* @type {[type]}
*/
private void loadPatch(File file){
Log.d(TAG, file.getAbsolutePath()) ;
if(file.exists()){
Log.d(TAG,"文件存在...") ;
}else{
Log.d(TAG, "文件不存在...") ;
}
//获取系统PathClassLoader
PathClassLoader pLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
//获取PathClassLoader中的PathList
Object pPathList = getPathList(pLoader) ;
if(pPathList == null){
Log.d(TAG, "get PathClassLoader pathlist failed...") ;
return ;
}
//加载补丁
DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(file.getAbsolutePath(),optPath, null, pLoader) ;
//获取DexClassLoader的pathLit，即BaseDexClassLoader中的pathList
Object dPathList = getPathList(dLoader) ;
if(dPathList == null){
Log.d(TAG, "get DexClassLoader pathList failed...") ;
return ;
}
//获取PathList和DexClassLoader的DexElements
Object pElements = getElements(pPathList) ;
Object dElements = getElements(dPathList) ;
//将补丁dElements[]插入系统pElements[]的最前面
Object newElements = insertElements(pElements, dElements) ;
if(newElements == null){
Log.d(TAG, "patch insert failed...") ;
return ;
}
//用插入补丁后的新Elements[]替换系统Elements[]
try {
Field fElements = pPathList.getClass().getDeclaredField("dexElements") ;
fElements.setAccessible(true);
fElements.set(pPathList, newElements);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
Log.d(TAG, "fixed failed....") ;
return ;
}
}
/**
* 将补丁插入系统DexElements[]最前端，生成一个新的DexElements[]
* @param pElements
* @param dElements
* @return
*/
private Object insertElements(Object pElements, Object dElements){
//判断是否为数组
if(pElements.getClass().isArray() && dElements.getClass().isArray()){
//获取数组长度
int pLen = Array.getLength(pElements) ;
int dLen = Array.getLength(dElements) ;
//创建新数组
Object newElements = Array.newInstance(pElements.getClass().getComponentType(), pLen+dLen) ;
//循环插入
for(int i=0; i
if(i
Array.set(newElements, i, Array.get(dElements, i));
}else{
Array.set(newElements, i, Array.get(pElements, i-dLen)) ;
}
}
return newElements ;
}
return null ;
}
/**
* 获取DexElements
* @param object
* @return
*/
private Object getElements(Object object){
try {
Class> c = object.getClass() ;
Field fElements = c.getDeclaredField("dexElements") ;
fElements.setAccessible(true);
Object obj = fElements.get(object) ;
return obj ;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null ;
}
/**
* 通过反射机制获取PathList
* @param loader
* @return
*/
private Object getPathList(BaseDexClassLoader loader){
try {
Class> c = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader") ;
//获取成员变量pathList
Field fPathList = c.getDeclaredField("pathList") ;
//抑制jvm检测访问权限
fPathList.setAccessible(true);
//获取成员变量pathList的值
Object obj = fPathList.get(loader) ;
return obj ;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null ;
}