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JAndFix

Welcome to the JAndFix wiki!

* [部分数据内容来自Hotfix](https://yq.aliyun.com/articles/74598)

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# JAndFix

### 简述

* JAndFix是一种基于Java实现的轻量级Android实时热修复方案，它并不需要重新启动就能生效。JAndFix是在AndFix的基础上改进实现，AndFix主要是通过jni实现对method（ArtMethod）结构题内容的替换。JAndFix是通过Unsafe对象直接操作Java虚拟机内存来实现替换。

### 原理

* 为何JAndfix能够做到即时生效呢？

通常的热修复技术，如Tinker，Wuna等修复技术方案，严格说来是冷修复技术，其修复都要在下次启动后才能生效，原因是因为Android的虚拟机在加载完Class后是不会卸载的，即使patch下发成功ClassLoader也只会加载老的dex的类，因此需要在类加载前把patch加到虚拟机里，所以说是冷修复技术。JAndfix采用的方法是，在已经加载了的类中直接拿到Method（ArtMethod）在JVM的地址，通过Unsafe直接修改Method（ArtMethod）地址的内容，是在原来类的基础上进行修改的。我们这就来看一下JAndfix的具体实现。

#### 虚拟机调用方法的原理

现在我们来看Android 6.0，art虚拟机中ArtMethod的结构：

```

@art/runtime/art_method.h

class ArtMethod FINAL {

... ...

protected:

// Field order required by test "ValidateFieldOrderOfJavaCppUnionClasses".

// The class we are a part of.

GcRoot declaring_class_;

// Short cuts to declaring_class_->dex_cache_ member for fast compiled code access.

GcRoot dex_cache_resolved_methods_;

// Short cuts to declaring_class_->dex_cache_ member for fast compiled code access.

GcRoot> dex_cache_resolved_types_;

// Access flags; low 16 bits are defined by spec.

uint32_t access_flags_;

/* Dex file fields. The defining dex file is available via declaring_class_->dex_cache_ */

// Offset to the CodeItem.

uint32_t dex_code_item_offset_;

// Index into method_ids of the dex file associated with this method.

uint32_t dex_method_index_;

/* End of dex file fields. */

// Entry within a dispatch table for this method. For static/direct methods the index is into

// the declaringClass.directMethods, for virtual methods the vtable and for interface methods the

// ifTable.

uint32_t method_index_;

// Fake padding field gets inserted here.

// Must be the last fields in the method.

// PACKED(4) is necessary for the correctness of

// RoundUp(OFFSETOF_MEMBER(ArtMethod, ptr_sized_fields_), pointer_size).

struct PACKED(4) PtrSizedFields {

// Method dispatch from the interpreter invokes this pointer which may cause a bridge into

// compiled code.

void* entry_point_from_interpreter_;

// Pointer to JNI function registered to this method, or a function to resolve the JNI function.

void* entry_point_from_jni_;

// Method dispatch from quick compiled code invokes this pointer which may cause bridging into

// the interpreter.

void* entry_point_from_quick_compiled_code_;

} ptr_sized_fields_;

... ...

}

```

看完ArtMethod的结构后，我们需要了解虚拟机寻找方法的过程，其本质是通过entry_point_from_interpreter_去解释执行DexCode的代码，entry_point_from_jni_ 执行native的代码，entry_point_from_quick_compiled_code_ oat后的本地机器代码。也就说我们要修改方法的逻辑，其本质就是要修改这些参数的值。知道原理后用Unsafe来实现就很简单了，就是将src 的artmethod所在地址的内容替换为dest artMethod所在地址的内容，详情如下：

```

//src means source ArtMethod Address,dest mean destinction ArtMethod Address

private void replaceReal(long src, long dest) throws Exception {

int methodSize = MethodSizeUtils.methodSize();

int methodIndexOffset = MethodSizeUtils.methodIndexOffset();

//methodIndex need not replace,becase the process of finding method in vtable need methodIndex

int methodIndexOffsetIndex = methodIndexOffset / 4;

//why 1? index 0 is declaring_class, declaring_class need not replace.

for (int i = 1, size = methodSize / 4; i < size; i++) {

if (i != methodIndexOffsetIndex) {

int value = UnsafeProxy.getIntVolatile(dest + i * 4);

UnsafeProxy.putIntVolatile(src + i * 4, value);

}

}

}

```

so easy,JAndFix就这样完成了方法替换。值得一提的是，由于忽略了底层ArtMethod结构的差异，对于所有的Android版本都不再需要区分，而统一以Unsafe实现即可，代码量大大减少。即使以后的Android版本不断修改ArtMethod的成员，只要保证ArtMethod数组仍是以线性结构排列，就能直接适用于将来的Android 8.0、9.0等新版本，无需再针对新的系统版本进行适配了。事实也证明确实如此，当我们拿到Google刚发不久的Android O(8.0)开发者预览版的系统时。

### 对比方案

|名字|公司|实现语言|及时生效|方法替换|方法的增加减少|Android版本|机型|性能损耗|补丁大小|回滚|易用性|

|---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|

|JAndFix|阿里天猫|JAVA|支持|支持|不支持|4.0+|ALL|小|小|支持|好|

|AndFix|阿里支付宝|C|支持|支持|不支持|4.0+|极少部分不支持|小|小|支持|好|

|Tinker|腾讯|JAVA|不支持|支持|支持|ALL|ALL|小|小|不支持|好|

|Robust|美团|JAVA|支持|不支持|不支持|ALL|ALL|大|小|支持|差（需要反射调用,需要打包插件支持）|

|Dexposed|个人|C|支持|支持|不支持|4.0+|部分不支持|小|小|支持|差（需要反射调用）|

### 如何使用

```

try {

Method method1 = Test1.class.getDeclaredMethod("string");

Method method2 = Test2.class.getDeclaredMethod("string");

MethodReplaceProxy.instance().replace(method1, method2);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

```

### Running DEMO

* 把整个项目放入你的IDE即可（Android Studio）

### 注意

#### Proguard

```

-keep class com.tmall.wireless.jandfix.MethodSizeCase { *;}

```

* 如果要替换构造类，必须先替换构造类再替换方法。

### 解释实现

* 我以Android Art 6.0的实现来解释为什么这样实现就可实现方法替换

```

package com.tmall.wireless.jandfix;

import java.lang.reflect.Field;

import java.lang.reflect.Method;

/**

* Created by jingchaoqinjc on 17/5/15.

*/

public class MethodReplace6_0 implements IMethodReplace {

static Field artMethodField;

static {

try {

Class absMethodClass = Class.forName("java.lang.reflect.AbstractMethod");

artMethodField = absMethodClass.getDeclaredField("artMethod");

artMethodField.setAccessible(true);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

@Override

public void replace(Method src, Method dest) {

try {

long artMethodSrc = (long) artMethodField.get(src);

long artMethodDest = (long) artMethodField.get(dest);

replaceReal(artMethodSrc, artMethodDest);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

private void replaceReal(long src, long dest) throws Exception {

// ArtMethod struct size

int methodSize = MethodSizeUtils.methodSize();

int methodIndexOffset = MethodSizeUtils.methodIndexOffset();

//methodIndex need not replace,becase the process of finding method in vtable

int methodIndexOffsetIndex = methodIndexOffset / 4;

//why 1? index 0 is declaring_class, declaring_class need not replace.

for (int i = 1, size = methodSize / 4; i < size; i++) {

if (i != methodIndexOffsetIndex) {

int value = UnsafeProxy.getIntVolatile(dest + i * 4);

UnsafeProxy.putIntVolatile(src + i * 4, value);

}

}

}

}

```

1. declaring_class不能替换，为什么不能替换，是因为JVM去调用方式时很多地方都要对declaring_class进行检查。替换declaring_class会导致未知的错误。

2. methodIndex 不能替换，因为public proected等间接寻址的访问权限，本质在寻找方法的时候会查找virtual_methods_，而virtual_methods_是个ArtMethod数组对象，需要通过methodIndex来查找，如果你的methodIndex不对会导致方法寻址出错。

3. 为什么AbstractMethod类中对应的artMethod属性的值可以作为c层ArtMethod的地址直接使用？看源码：

```

@@art/mirror/abstract_method.cc

ArtMethod* AbstractMethod::GetArtMethod() {

return reinterpret_cast(GetField64(ArtMethodOffset()));

}

@@art/mirror/abstract_method.h

static MemberOffset ArtMethodOffset() {

return MemberOffset(OFFSETOF_MEMBER(AbstractMethod, art_method_));

}

```

从源码可以看出C层在获取ArtMethod的地址，实际上就是把AbstractMethod的artMethod强制转换成了ArtMethod*指针，即我们在Java拿到的artMethod就是c层ArtMethod的实际地址。是不是很简单。

### Git

* [JAndFix:https://github.com/alibaba/JAndFix](https://github.com/alibaba/JAndFix)

### 参考

* [Unsafe](http://mishadoff.com/blog/java-magic-part-4-sun-dot-misc-dot-unsafe/)

* [AndFix](https://github.com/alibaba/AndFix)

* [Hotfix](https://yq.aliyun.com/articles/74598)

### License

[Apache License, Version 2.0](http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0.html])

Copyright (c) 2017, alibaba-inc.com

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