Android热修复升级探索（二）
Android资源的热修复，就是在app不重新安装的情况下，利用下发的补丁包直接更新本app中的资源。
我们在开发阿里云移动热修复(Sophix)的过程中，对Android资源的加载原理做了深入的探究，最终在资源修复方法上取得了突破性进展！新的资源修复方法不论是在使用便捷性、补丁包大小以及运行时效率方面，相比其他实现都有巨大的优势。
普遍的实现方式
目前市面上的很多资源热修复方案基本上都是参考了Instant Run的实现。
首先，我们简单来看一下Instant Run是怎么做到资源热修复的。
Instant Run资源热修复的核心代码就是这个monkeyPatchExistingResources方法：
简要说来，Instant Run中的资源热修复分为两步，
1、构造一个新的AssetManager，并通过反射调用addAssetPath，把这个完整的新资源包加入到AssetManager中。这样就得到了一个含有所有新资源的AssetManager。
2、找到所有之前引用到原有AssetManager的地方，通过反射，把引用处替换为AssetManager。
其实仔细看可以发现，大量代码都是在处理兼容性问题和找到所有AssetManager的引用处。真正的实现逻辑其实很简单。
这其中的重点，自然是addAssetPath这个函数。现在我们来看一下它的底层实现逻辑。
以Android 6.0为例，addAssetPath最终调用到了native方法。
Java层的AssetManager只是个包装，真正关于资源处理的所有逻辑，其实都位于native层由C++实现的AssetManager。
执行addAssetPath就是解析这个格式，然后构造出底层数据结构的过程。整个解析资源的调用链是：
public final int addAssetPath(String path)
android_content_AssetManager_addAssetPath
AssetManager::addAssetPath
AssetManager::appendPathToResTable
ResTable::add
ResTable::addInternal
ResTable::parsePackage
解析的细节比较繁琐，就不细细说明了，有兴趣的可以一层层追下去。
大致过程就是，通过传入的资源包路径，先得到其中的resources.arsc，然后解析它的格式，存放在底层的AssetManager的mResources成员中。
AssetManager的mResources成员是一个ResTable结构体：
一个Android进程只包含一个ResTable，ResTable的成员变量mPackageGroups就是所有解析过的资源包的集合。任何一个资源包中都含有resources.arsc，它记录了所有资源的id分配情况以及资源中的所有字符串。这些信息是以二进制方式存储的。底层的AssetManager做的事就是解析这个文件，然后把相关信息存储到mPackageGroups里面。
资源文件的格式
整个resources.arsc文件，实际上是由一个个ResChunk（以下简称chunk）拼接起来的。从文件头开始，每个chunk的头部都是一个ResChunk_header结构，它指示了这个chunk的大小和数据类型。
通过ResChunk_header中的type成员，可以知道这个chunk是什么类型，从而就可以知道应该如何解析这个chunk。
解析完一个chunk后，从这个chunk + size的位置开始，就可以得到下一个chunk起始位置，这样就可以依次读取完整个文件的数据内容。
一般来说，一个resources.arsc里面包含若干个package，不过默认情况下，由打包工具aapt打出来的包只有一个package。这个package里包含了app中的所有资源信息。
资源信息主要是指每个资源的名称以及它对应的编号。我们知道，Android中的每个资源，都有它唯一的编号。
编号是一个32位数字，用十六进制来表示就是0xPPTTEEEE。PP为package id，TT为type id，EEEE为entry id。
它们代表什么？在resources.arsc里是以怎样的方式记录的呢？
对于package id，每个package对应的是类型为RES_TABLE_PACKAGE_TYPE的ResTable_package结构体，ResTable_package结构体的id成员变量就表示它的package id。
对于type id，每个type对应的是类型为RES_TABLE_TYPE_SPEC_TYPE的ResTable_typeSpec结构体。它的id成员变量就是type id。但是，该type id具体对应什么类型，是需要到package chunk里的Type String Pool中去解析得到的。比如Type String Pool中依次有attr、drawable、mipmap、layout字符串。就表示attr类型的type id为1， drawable类型的type id为2，mipmap类型的type id为3，layout类型的type id为4。所以，每个type id对应了Type String Pool里的字符顺序所指定的类型。
对于entry id，每个entry表示一个资源项，资源项是按照排列的先后顺序自动被标机编号的。也就是说，一个type里按位置出现的第一个资源项，其entry id为0x0000，第二个为0x0001，以此类推。因此我们是无法直接指定entry id的，只能够根据排布顺序决定。资源项之间是紧密排布的，没有空隙，但是可以指定资源项为ResTable_type::NO_ENTRY来填入一个空资源。
举个例子，我们随便找个带资源的apk，用aapt解析一下，看到其中的一行是：
这就表示，activity_main.xml这个资源的编号是0x7f040019。它的package id是0x7f，资源类型的id为0x04，Type String Pool里的第四个字符串正是layout类型，而0x04类型的第0x0019个资源项就是activity_main这个资源。
运行时资源的解析
默认由Android SDK编出来的apk，是由aapt工具进行打包的，其资源包的package id就是0x7f。
系统的资源包，也就是framework-res.jar，package id为0x01。
在走到app的第一行代码之前，系统就已经帮我们构造好一个已经添加了安装包资源的AssetManager了。
因此，这个AssetManager里就已经包含了系统资源包以及app的安装包，就是package id为0x01的framework-res.jar中的资源和package id为0x7f的app安装包资源。
如果此时直接在原有AssetManager上继续addAssetPath的完整补丁包的话，由于补丁包里面的package id也是0x7f，就会使得同一个package id的包被加载两次。这会有怎样的问题呢？
在Android L之后，这是没问题的，他会默默地把后来的包添加到之前的包的同一个PackageGroup下面。
而在解析的时候，会与之前的包比较同一个type id所对应的类型，如果该类型下的资源项数目和之前添加过的不一致，会打出一条warning log，但是仍旧加入到该类型的TypeList中。
但是在get这个资源的时候呢？
在获取某个Type的资源时，会从前往后遍历，也就是说先得到原有安装包里的资源，除非后面的资源的config比前面的更详细才会发生覆盖。而对于同一个config而言，补丁中的资源就永远无法生效了。所以在Android L以上的版本，在原有AssetManager上加入补丁包，是没有任何作用的，补丁中的资源无法生效。
而在Android 4.4及以下版本，addAssetPath只是把补丁包的路径添加到了mAssetPath中，而真正解析的资源包的逻辑是在app第一次执行AssetManager::getResTable的时候。
而在执行到加载补丁代码的时候，getResTable已经执行过了无数次了。这是因为就算我们之前没做过任何资源相关操作，Android framework里的代码也会多次调用到那里。所以，以后即使是addAssetPath，也只是添加到了mAssetPath，并不会发生解析。所以补丁包里面的资源是完全不生效的！
所以，像Instant Run这种方案，一定需要一个全新的AssetManager时，然后再加入完整的新资源包，替换掉原有的AssetManager。
另辟蹊径
而一个好的资源热修复方案是怎样的呢？
首先，补丁包要足够小，像直接下发完整的补丁包肯定是不行的，很占用空间。
而像有些方案，是先进行bsdiff，对资源包做差量，然后下发差量包，在运行时合成完整包再加载。这样确实减小了包的体积，但是却在运行时多了合成的操作，耗费了运行时间和内存。合成后的包也是完整的包，仍旧会占用磁盘空间。
而如果不采用类似Instant Run的方案，市面上许多实现，是自己修改aapt，在打包时将补丁包资源进行重新编号。这样就会涉及到修改Android SDK工具包，即不利于集成也无法很好地对将来的aapt版本进行升级。
针对以上几个问题，一个好的资源热修复方案，既要保证补丁包足够小，不在运行时占用很多资源，又要不侵入打包流程。我们提出了一个目前市面上未曾实现的方案。
简单来说，我们构造了一个package id为0x66的资源包，这个包里只包含改变了的资源项，然后直接在原有AssetManager中addAssetPath这个包。然后，就可以了。
真的这么简单？
没错！由于补丁包的package id为0x66，不与目前已经加载的0x7f冲突，因此直接加入到已有的AssetManager中就可以直接使用了。补丁包里面的资源，只包含原有包里面没有而新的包里面有的新增资源，以及原有内容发生了改变的资源。
而资源的改变包含增加、减少、修改这三种情况，我们分别是如何处理的呢？
对于新增资源，直接加入补丁包，然后新代码里直接引用就可以了，没什么好说的。
对于减少资源，我们只要不使用它就行了，因此不用考虑这种情况，它也不影响补丁包。
对于修改资源，比如替换了一张图片之类的情况。我们把它视为新增资源，在打入补丁的时候，代码在引用处也会做相应修改，也就是直接把原来使用旧资源id的地方变为新id。
用一张图来说明补丁包的情况，是这样的：
图中绿线表示新增资源。红线表示内容发生修改的资源。黑线表示内容没有变化，但是id发生改变的资源。×表示删除了的资源。
新增的资源及其导致id偏移
可以看到，新的资源包与旧资源包相比，新增了holo_grey和dropdn_item2资源，新增的资源被加入到patch中。并分配了0x66开头的资源id。
而新增的两个资源导致了在它们所属的type中跟在它们之后的资源id发生了位移。比如holo_light，id由0x7f020002变为0x7f020003，而abc_dialog由0x7f030004变为0x7f030003。新资源插入的位置是随机的，这与每次aapt打包时解析xml的顺序有关。发生位移的资源不会加入patch，但是在patch的代码中会调整id的引用处。
比如说在代码里，我们是这么写的
这个R.drawable.holo_light是一个int值，它的值是aapt指定的，对于开发者透明，即使点进去，也会直接跳到对应res/drawable/holo_light.png，无法查看。不过可以用反编译工具，看到它的真实值是0x7f020002。所以这行代码其实等价于：
而当打出了一个新包后，对开发者而言，holo_light的图片内容没变，代码引用处也没变。但是新包里面，同样是这句话，由于新资源的插入导致的id改变，对于R.drawable.holo_light的引用已经变成了：
但实际上这种情况并不属于资源改变，更不属于代码的改变，所以我们在对比新旧代码之前，会把新包里面的这行代码修正回原来的id。
然后再进行后续代码的对比。这样后续代码对比时就不会检测到发生了改变。
内容发生改变的资源
而对于内容发生改变的资源（类型为layout的activity_main，这可能是我们修改了activity_main.xml的文件内容。还有类型为string的no，可能是我们修改了这个字符串的值），它们都会被加入到patch中，并重新编号为新id。
而相应的代码，也会发生改变，比如，
实际上也就是
在生成对比新旧代码之前，我们会把新包里面的这行代码变为
这样，在进行代码对比时，会使得这行代码所在函数被检测到发生了改变。于是相应的代码修复会在运行时发生，这样就引用到了正确的新内容资源。
删除了的资源
对于删除的资源，不会影响补丁包。
这很好理解，既然资源被删除了，就说明新的代码中也不会用到它，那资源放在那里没人用，就相当于不存在了。
对于type的影响
可以看到，由于type0x01的所有资源项都没有变化，所以整个type0x01资源都没有加入到patch中。这也使得后面的type的id都往前移了一位。因此Type String Pool中的字符串也要进行修正，这样才能使得0x01的type指向drawable，而不是原来的attr。
所以我们可以看到，所谓简单，指的是运行时应用patch变的简单了。
而真正复杂的地方在于构造patch。我们需要把新旧两个资源包解开，分别解析其中的resources.arsc文件，对比新旧的不同，并将它们重新打成带有新package id的新资源包。这里补丁包指定的package id只要不是0x7f和0x01就行，可以是任意0x7f以下的数字，我们默认把它指定为0x66。
构造这样的补丁资源包，需要对整个resources.arsc的结构十分了解，要对二进制形式的一个一个chunk进行解析分类，然后再把补丁信息一个一个重新组装成二进制的chunk。这里面很多工作与aapt做的类似，实际上开发打包工具的时候也是参考了很多aapt和系统加载资源的代码。
更优雅的替换方式
对于Android L以后的版本，直接在原有AssetManager上应用patch就行了。并且由于用的是原来的AssetManager，所以原先大量的反射修改替换操作就完全不需要了，大大提高了加载补丁的效率。
但之前提到过，在Android KK和以下版本，addAssetPath是不会加载资源的，必须重新构造一个新的AssetManager并加入patch，再换掉原来的。那么我们不就又要和Instant Run一样，做一大堆兼容版本和反射替换的工作了吗？
对于这种情况，我们也找到了更优雅的方式，不需要再如此地大费周章。
在AssetManager的源码里面，有一个有趣的东西。
明显，这个是用来销毁AssetManager并释放资源的函数，我们来看看它具体做了什么吧。
可以看到，首先，它析构了native层的AssetManager，然后把java层的AssetManager对native层的AssetManager的引用设为空。
native层的AssetManager析构函数会析构它的所有成员，这样就会释放之前加载了的资源。
而现在，java层的AssetManager已经成为了空壳。我们就可以调用它的init方法，对它重新进行初始化了！
这同样是个native方法，
这样，在执行init的时候，会在native层创建一个没有添加过资源，并且mResources没有初始化的的AssetManager。然后我们再对它进行addAssetPath，之后由于mResource没有初始化过，就可以正常走到解析mResources的逻辑，加载所有此时add进去的资源了！
这个方案的实现代码如下：
这里需要注意的地方是mStringBlocks。它记录了之前加载过的所有资源包的String Pool，因此很多时候访问字符串是通过它来找到的。如果不进行重新构造，在后面使用到它时就会导致崩溃。
由于我们是直接对原有的AssetManager进行析构和重构，所有原先对AssetManager对象的引用是没有发生改变的，这样，就不需要像Instant Run那样进行繁琐的修改了。
顺带一提，类似Instant Run的完整替换资源的方案，在替换AssetManager这一步，也可以采用我们这种方式进行替换，省时省力又省心。
总结
总结一下，相比于目前市面上的资源修复方式，我们提出的资源修复的优势在于：
不侵入打包，直接对比新旧资源即可产生补丁资源包。（对比修改aapt方式的实现）
不必下发完整包，补丁包中只包含有变动的资源。（对比Instanat Run、Amigo等方式的实现）
不需要在运行时合成完整包。不占用运行时计算和内存资源。（对比Tinker的实现）
唯一有个需要注意的地方就是，因为对新的资源的引用是在新代码中，所有资源修复是需要代码修复的支持的。也因此所有资源修复方案必然是附带代码修复的。而之前提到过，本方案在进行代码修复前，会对资源引用处进行修正。而修正就是需要找到旧的资源id，换成新的id。查找旧id时是直接对int值进行替换，所以会找到0x7f??????这样的需要替换id。但是，如果有开发者使用到了0x7f??????这样的数字，而它并非资源id，可是却和需要替换的id数值相同，这就会导致这个数字被错误地替换。
但这种情况是极为罕见的，因为很少会有人用到这样特殊的数字，并且还需要碰巧这数字和资源id相等才行。即使出现，开发者也可以用拼接的方式绕过这类数字的产生。所以基本可以不用担心这种情况，只是需要注意它的存在。
这套资源修复方案目前已经完全集成进阿里云移动热修复(Sophix)，值得一提的是，结合Sophix提供的代码热替换机制，资源也可以做到补丁下发即时生效，无需重启APP！如果对代码热替换的技术的实现细节有兴趣，可以看这篇文章，其中实现了兼容性极好的Java方法的Native热替换。
另外，不同于阿里Hotfix1.X版本笨拙的命令行操作，新的补丁工具实现了图形界面，使用起来更加方便快捷。
最后，展示一下这个工具的界面。轻松一键，即可完美生成补丁。
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