Android热修复（代码修复+资源修复+SO动态链接库修复）

热修复的原理

先说结论吧，就是将补丁 dex 文件放到 dexElements 数组靠前位置，这样在加载 class 时，优先找到补丁包中的 dex 文件，加载到 class 之后就不再寻找，从而原来的 apk 文件中同名的类就不会再使用，从而达到修复的目的。

正常开发流程

热修复开发流程

热修复应用

热修复即”打补丁“，当一个app上线后，如果发现重大的bug，需要紧急修复。常规的做法是修复bug，然后重新打包，再上线到各个渠道。这种方式的成本高，效率低。 于是热修复技术应运而生，热修复技术一般的做法是应用启动的时候，主动去服务端查询是否有补丁包，有就下载下来，并在下一次启动的时候生效，这样就可以快速解决线上的紧急bug。

Android中的热修复包括：

• 代码修复
• 资源修复
• SO（动态链接）库修复

热修复优点

资源热修复

Instant Run资源热修复分两步：

1. 构造一个新的Assetmanager，通过反射调用addAssetPath, 把这个完整的资源包加入到AssetManager中，得到一个含有所有新资源的AssetManager;
2. 找到所有之前引用的原有AssetManager的地方，通过反射，把引用处替换为含有新资源的AssetManager；
   sophix的方案：构造一个package id为0x66的资源包，这个包中只包含改变的资源项，直接在原AssetManager中addAssetPath这个包就可以了。

so库修复

把补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数组的最前面，就能达到加载so库时是补丁so库，而非原来so库的目录。

代码修复

代码修复主要有三个方案，分别是：

• 底层替换方案
• 类加载方案
• Instant Run方案

类加载方案

类加载方案基于Dex分包方案，什么是Dex分包方案呢？这个得先从65536限制和LinearAlloc限制说起。
65536限制
随着应用功能越来越复杂，代码量不断地增大，引入的库也越来越多，可能会在编译时提示如下异常：

com.android.dex.DexIndexOverflowException: method ID not in [0, 0xffff]: 65536

这说明应用中引用的方法数超过了最大数65536个。产生这一问题的原因就是系统的65536限制，65536限制的主要原因是DVM Bytecode的限制，DVM指令集的方法调用指令invoke-kind索引为16bits，最多能引用 65535个方法。

LinearAlloc限制

在安装时可能会提示INSTALL_FAILED_DEXOPT。产生的原因就是LinearAlloc限制，DVM中的LinearAlloc是一个固定的缓存区，当方法数过多超出了缓存区的大小时会报错。

为了解决65536限制和LinearAlloc限制，从而产生了Dex分包方案。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，从而缓解了主Dex的65536限制和LinearAlloc限制。

Dex分包方案主要有两种，分别是Google官方方案、Dex自动拆包和动态加载方案。因为Dex分包方案不是本章的重点，这里就不再过多的介绍，我们接着来学习类加载方案。
调用DexPathList的findClass的方法，如下所示。
libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java

 public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
        for (Element element : dexElements) {//1
            Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);//2
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
        if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
            suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
        }
        return null;
    }

Element内部封装了DexFile，DexFile用于加载dex文件，因此每个dex文件对应一个Element。
多个Element组成了有序的Element数组dexElements。当要查找类时，会在注释1处遍历Element数组dexElements（相当于遍历dex文件数组），注释2处调用Element的findClass方法，其方法内部会调用DexFile的loadClassBinaryName方法查找类。如果在Element中（dex文件）找到了该类就返回，如果没有找到就接着在下一个Element中进行查找。
根据上面的查找流程，我们将有bug的类Key.class进行修改，再将Key.class打包成包含dex的补丁包Patch.jar，放在Element数组dexElements的第一个元素，这样会首先找到Patch.dex中的Key.class去替换之前存在bug的Key.class，排在数组后面的dex文件中的存在bug的Key.class根据ClassLoader的双亲委托模式就不会被加载，这就是类加载方案，如下图所示。

类加载方案需要重启App后让ClassLoader重新加载新的类，为什么需要重启呢？这是因为类是无法被卸载的，因此要想重新加载新的类就需要重启App，因此采用类加载方案的热修复框架是不能即时生效的。
虽然很多热修复框架采用了类加载方案，但具体的实现细节和步骤还是有一些区别的，比如QQ空间的超级补丁和Nuwa是按照上面说得将补丁包放在Element数组的第一个元素得到优先加载。微信Tinker将新旧apk做了diff，得到patch.dex，然后将patch.dex与手机中apk的classes.dex做合并，生成新的classes.dex，然后在运行时通过反射将classes.dex放在Element数组的第一个元素。饿了么的Amigo则是将补丁包中每个dex 对应的Element取出来，之后组成新的Element数组，在运行时通过反射用新的Element数组替换掉现有的Element 数组。

采用类加载方案的主要是以腾讯系为主，包括微信的Tinker、QQ空间的超级补丁、手机QQ的QFix、饿了么的Amigo和Nuwa等等。

底层替换方案

与类加载方案不同的是，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，由于是在原有类进行修改限制会比较多，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，同样的字段也是类似的情况。
底层替换方案和反射的原理有些关联，就拿方法替换来说，方法反射我们可以调用java.lang.Class.getDeclaredMethod，假设我们要反射Key的show方法，会调用如下所示。

   Key.class.getDeclaredMethod("show").invoke(Key.class.newInstance());

Android 8.0的invoke方法，如下所示。
libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/reflect/Method.java

    @FastNative
    public native Object invoke(Object obj, Object... args)
            throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException;
 

invoke方法是个native方法，对应Jni层的代码为：
art/runtime/native/java_lang_reflect_Method.cc

static jobject Method_invoke(JNIEnv* env, jobject javaMethod, jobject javaReceiver,
                             jobject javaArgs) {
  ScopedFastNativeObjectAccess soa(env);
  return InvokeMethod(soa, javaMethod, javaReceiver, javaArgs);

Method_invoke函数中又调用了InvokeMethod函数：
art/runtime/reflection.cc

jobject InvokeMethod(const ScopedObjectAccessAlreadyRunnable& soa, jobject javaMethod,
                     jobject javaReceiver, jobject javaArgs, size_t num_frames) {
 
...
  ObjPtr<mirror::Executable> executable = soa.Decode<mirror::Executable>(javaMethod);
  const bool accessible = executable->IsAccessible();
  ArtMethod* m = executable->GetArtMethod();//1
...
}

注释1处获取传入的javaMethod（Key的show方法）在ART虚拟机中对应的一个ArtMethod指针，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等，ArtMethod结构如下所示。
art/runtime/art_method.h

class ArtMethod FINAL {
...
 protected:
  GcRoot<mirror::Class> declaring_class_;
  std::atomic<std::uint32_t> access_flags_;
  uint32_t dex_code_item_offset_;
  uint32_t dex_method_index_;
  uint16_t method_index_;
  uint16_t hotness_count_;
 struct PtrSizedFields {
    ArtMethod** dex_cache_resolved_methods_;//1
    void* data_;
    void* entry_point_from_quick_compiled_code_;//2
  } ptr_sized_fields_;
}

ArtMethod结构中比较重要的字段是注释1处的dex_cache_resolved_methods_和注释2处的entry_point_from_quick_compiled_code_，它们是方法的执行入口，当我们调用某一个方法时（比如Key的show方法），就会取得show方法的执行入口，通过执行入口就可以跳过去执行show方法。
替换ArtMethod结构体中的字段或者替换整个ArtMethod结构体，这就是底层替换方案。
AndFix采用的是替换ArtMethod结构体中的字段，这样会有兼容问题，因为厂商可能会修改ArtMethod结构体，导致方法替换失败。Sophix采用的是替换整个ArtMethod结构体，这样不会存在兼容问题。
底层替换方案直接替换了方法，可以立即生效不需要重启。采用底层替换方案主要是阿里系为主，包括AndFix、Dexposed、阿里百川、Sophix。

Instant Run方案

除了资源修复，代码修复同样也可以借鉴Instant Run的原理， 可以说Instant Run的出现推动了热修复框架的发展。
Instant Run在第一次构建apk时，使用ASM在每一个方法中注入了类似如下的代码：

IncrementalChange localIncrementalChange = $change;//1
		if (localIncrementalChange != null) {//2
			localIncrementalChange.access$dispatch(
					"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V", new Object[] { this,
							paramBundle });
			return;
		}

其中注释1处是一个成员变量localIncrementalChange ，它的值为$change，$change实现了IncrementalChange这个抽象接口。当我们点击InstantRun时，如果方法没有变化则$change为null，就调用return，不做任何处理。如果方法有变化，就生成替换类，这里我们假设MainActivity的onCreate方法做了修改，就会生成替换类MainActivity$override，这个类实现了IncrementalChange接口，同时也会生成一个AppPatchesLoaderImpl类，这个类的getPatchedClasses方法会返回被修改的类的列表（里面包含了MainActivity），根据列表会将MainActivity的$change设置为MainActivity$override，因此满足了注释2的条件，会执行MainActivity$override的access$dispatch方法，accessd i s p a t c h 方 法 中 会 根 据 参 数 " o n C r e a t e . ( L a n d r o i d / o s / B u n d l e ; ) V " 执 行 ‘ M a i n A c t i v i t y dispatch方法中会根据参数"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V"执行MainActivitydispatch方法中会根据参数"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V"执行‘MainActivityoverride的onCreate方法，从而实现了onCreate方法的修改。
借鉴Instant Run的原理的热修复框架有Robust和Aceso。

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文末

本文主要浅析了热修复中的；资源修复，so库修复。深度讲解了代码修复中的三个方案。更多Android技术学习，及得关注评论哦！