热修复原理详解

热修复:不用安装,静默修复。

正常情况下:版本1.0上线,用户安装,发现bug,紧急修复,重新发布1.1版本,用户手动安装(全量更新)。
热修复: 版本1.0上线,用户安装,发现bug,紧急修复,打出补丁推送给用户,自动拉取补丁修复。

热修复优势

1、对开发者:无需重新发布新版本,省时省力。
2、用户:无感知修复,也无需下载更新应用,代价小。
3、App:修复成功率高,把损失降到最低。

热修复能完成什么修复

1、代码修复
2、资源修复
3、so库修复

热修复分类

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Android四层架构为:1. 应用程序层 Application 2. 应用程序框架层 Application Framework 3. 系统运行库层 Libaries

  1. Linux核心层

上图java属于 Application Framework 层,native hook属于Libaries层。

热修复插桩原理

先看源码

类加载器

(apk在安卓手机安卓以后,会复制apk到data/app/pacageName~1/base.apk,因为下载apk的路径一般是sd卡,不安全,容易被删除)
apk进行解压,会有如下的包:
patch.dex、classes.dex 、classes1.dex、classes2.dex、classes3.dex、···.dex
它们都会在dexElement[]数组里面

在jvm中,java是通过ClassLoader来加载应用中的class的,而Android对jvm优化过,使用的是dalvik,android是用DexClassLoader或者 PathClassLoader (他们是ClassLoader的子类)来加载dex文件中的class文件的。
DexClassLoader类会加载classes.dex文件,那么加载类,怎么寻找呢?

BaseDexClassLoader源码
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    // 需要加载的dex列表
    private final DexPathList pathList;
    // dexPath要加载的dex文件所在的路径,optimizedDirectory是odex将dexPath
    // 处dex优化后输出到的路径,这个路径必须是手机内部路劲,libraryPath是需要
    // 加载的C/C++库路径,parent是父类加载器对象
    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }

    @Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        List suppressedExceptions = new ArrayList();
        // 使用pathList对象查找name类
        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
        return c;
    }
}
Element(Element类代表dex文件或资源文件的路径元素)
/*package*/ static class Element {
    private final File file;
    private final boolean isDirectory;
    private final File zip;
    private final DexFile dexFile;

    private ZipFile zipFile;
    private boolean initialized;

    // file文件,是否是目录,zip文件通常都是apk或jar文件,dexFile就是.dex文件
    public Element(File file, boolean isDirectory, File zip, DexFile dexFile) {
        this.file = file;
        this.isDirectory = isDirectory;
        this.zip = zip;
        this.dexFile = dexFile;
    }
}
DexPathList源码
/*package*/ final class DexPathList {
    private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
    private final ClassLoader definingContext;
    // 
    private final Element[] dexElements;
    // 本地库目录
    private final File[] nativeLibraryDirectories;

    public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
            String libraryPath, File optimizedDirectory) {
        // 当前类加载器的父类加载器
        this.definingContext = definingContext;
        ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();
        // 根据输入的dexPath创建dex元素对象
        this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
                                           suppressedExceptions);
        if (suppressedExceptions.size() > 0) {
            this.dexElementsSuppressedExceptions =
                suppressedExceptions.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);
        } else {
            dexElementsSuppressedExceptions = null;
        }
        this.nativeLibraryDirectories = splitLibraryPath(libraryPath);
    }
}

makeDexElements就是把前面dexPath里面解析到的路径下的文件全部遍历一遍,如果是dex文件或apk和jar文件就会查找它们内部的dex文件,将所有这些dex文件都加入到Element数组中,完成加载路径下面的所有dex解析。

makeDexElements方法
private static Element[] makeDexElements(ArrayList files, File optimizedDirectory,
                                         ArrayList suppressedExceptions) {
    ArrayList elements = new ArrayList();
    // 所有从dexPath找到的文件
    for (File file : files) {
        File zip = null;
        DexFile dex = null;
        String name = file.getName();
        // 如果是文件夹,就直接将路径添加到Element中
        if (file.isDirectory()) {
            elements.add(new Element(file, true, null, null));
        } else if (file.isFile()){
            // 如果是文件且文件名以.dex结束
            if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
                try {
                    // 直接从.dex文件生成DexFile对象
                    dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                } catch (IOException ex) {
                    System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                }
            } else {
                zip = file;

                try {
                    // 从APK/JAR文件中读取dex文件
                    dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                } catch (IOException suppressed) {
                    suppressedExceptions.add(suppressed);
                }
            }
        } else {
            System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
        }

        if ((zip != null) || (dex != null)) {
            elements.add(new Element(file, false, zip, dex));
        }
    }

    return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
}

在findClass方法里查找名称为name的类时只需要遍历Element数组找是dexFile就直接调用DexFile.loadClassBinaryName方法,这个方法能够从dex文件数据中生成Class对象。

// 加载名字为name的class对象
public Class findClass(String name, List suppressed) {
    // 遍历从dexPath查询到的dex和资源Element
    for (Element element : dexElements) {
        DexFile dex = element.dexFile;
        // 如果当前的Element是dex文件元素
        if (dex != null) {
            // 使用DexFile.loadClassBinaryName加载类
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

总结:BaseDexClassLoader 会加载一个DexPathList类型的pathList,pathList是一个dex列表,而pathList是Element[]类型的dexElements转化成的list,dexElements数组里面是所有dex文件,所以pathList也是数组里面是所有dex文件,当程序需要加载类的时候会直接遍历所有的Element对象,查找到和dex文件相关的Element就直接加载数据生成Class对象。

热修复思路

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上面源码得出,BaseDexClassLoader 加载pathList,pathList对象里面有Element[]数组,Element[]从前往后依次加载classesX.dex文件,当出现bug的时候,将补丁classesX.dex文件放到Element[]最前面,这样就会加载补丁dex文件,不再加载有bug的dex文件。
那么,如何讲一个dex文件,加到Element[]里面呢?
答:可以新建一个BaseDexClassLoader类,

思路:
从服务器下载修复好的dex包,下载到本机,替换原有的有bug的dex文件
前提是有classes.dex(主包)、classes.dex(bug包),主包不能有bug;必须是运行的时候

什么场景用热修复、插件化、增量更新

热修复:修复线上的bug
插件化:功能的拓展
增量更新:差分的补丁

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