六.热修复

前言

什么是热修复？

应用在上线后出现bug需要及时修复，不用再发布新的安装包，只需要发布补丁包，在用户无感知情况下修复掉bug。

如何进行热修复？

• 服务端：补丁包管理
• 用户端：执行热修复
• 开发端：生成补丁包

热修复需要解决的问题

开发端

• 补丁包是什么？

  补丁包就是修复了bug的dex文件和jar包。

• 如何生成补丁包？

  将修复了bug的java文件通过javac编译成class文件，然后通过dx工具将class文件打包成dex文件或者是jar包，这就是补丁包。

• 开启混淆后呢？

  开启混淆后，类名和包名会发生改变，为了保证混淆产生的包名和类名不变，我们需要通过mapping文件来解决。

• 对比改动自动生成补丁包(gradle)?

  gradle生成热修复的插件方式，适合的场景是问题较小、编写的代码不多的情况。
  用户端

• 什么时候执行热修复？

  越早越好，要在加载bug类之前执行，完成热修复。

• 如果应用已经在运行，并且这个类已经加载过了，还能进行热修复吗？

  不能进行热修复了，因为如果这个类已经加载过了，就会存在于缓存中，不会再从dex文件中去查找这个类的class文件。

• 热修复完成后，补丁包dex文件和原来的dex文件，是否需要删除？

  不能删除。
  如果补丁包dex文件被删除，缓存又被清空的情况下，又会执行原来没有bug的流程；
  如果原来的dex文件被删除，那么dex文件中包含的所有逻辑代码都被会删除，我们的app将无法运行。

• 怎么执行热修复(使用补丁包)？

  将补丁包下载下来，然后通过反射技术，将补丁包通过DexPathList中的makeElement方法生成修复bug的Element[]数组,再通过反射技术，获取到存在bug的Element[]数组，将修复了bug的Element[]和存在bug的Element[]拼接成一个新的数组，在进行类加载的时候，就会优先加载修复了bug的dex文件中的class，从而实现热修复。

• Android版本兼容性问题

  1. AndroidN(Android7.0)热点代码存在JIT即时编译，解决方案是自定义一个PathClassLoader，去掉缓存代码逻辑，就可以先加载修复了bug的代码。
  2. Dalvik(Android5.0)虚拟机存在不同的dex文件使用兼容性问题，如果没有直接使用别的dex文件中的类，该dex文件中这个类就会被打上标签标识，从而无法加载修复了bug的dex文件。
     解决方案是，通过字节码插桩技术，对存在bug的dex文件中的字节码文件进行代码编写，引用别的dex文件中的类，消除标签标识，从而可以通过热修复加载修复bug的dex文件中的class，完成热修复。
  3. 不同的版本，一些方法的方法名和参数个数和参数类型不尽相同，所以也需要进行适配。

1.Android常用的热修复解决方案

	Tinker(腾讯)	QZone(腾讯)	AndFix(阿里)	Robust(美团)
类替换	Y	Y	N	N
so替换	Y	Y	N	N
资源替换	Y	Y	N	N
全平台生效	Y	Y	Y	Y
及时生效	N	N	Y	Y
性能损耗	较小	较大	较小	较小
补丁包大小	较小	较大	一般	一般
开发透明	Y	Y	N	N
复杂度	较小	较小	复杂	复杂
gradle支持	Y	N	N	N
rom体积	较大	较小	较小	较小
成功率	较高	较高	一般	最高

AndFix(补丁包是.dex文件)
是由阿里开发的热修复框架，但是已经废弃，很多年没有维护了。
他的热修复实现原理如下：
在native层动态替换Java层的方法，通过native层hook Java层代码。

Robust(补丁包是.dex文件)
由美团开发，目前抖音就采用这种热修复方案，可以及时生效。
他的热修复实现原理如下：
利用gradle插件，在我们写的类中，编译时生成一个静态接口变量，在方法中会对这个接口变量进行判断。
如果我们需要进行热修复，就写一个接口的实现类，然后通过类加载和反射，找到我们写的类并创建实例，赋值给要修复bug的类中的静态接口变量即可，当我们的方法中判断到这个接口变量非空时，就会去执行实现类中的业务逻辑，从而达到了修复bug的目的，并且是及时生效的。

Tinker(补丁包是差分包)
由腾讯开发，目前微信就采用了这中热修复方案，优点是可以可以修复类、so包和资源文件。
他的热修复实现原理如下：
由有bug的apk文件和修复bug的apk文件共同生成一个差分包patch，这个patch文件就是我们的补丁包，下载这个差分包和有bug的apk，就可以生成修复bug的apk。如果没有资源文件修复，那么就会生成的就是一个.dex文件，可以通过类加载和反射技术，加载修复bug的类，从而实现热修复。

2.ClassLoader类加载机制

2.1 Android类加载器

ClassLoader继承关系：

• ClassLoader
  • BootClassLoader 用于加载Android Framework层class文件
  • BaseDexClassLoader 包含了DexPathList{dexElement[]、findClass()、makeElement[]}
    • PathClassLoader 额外提供的动态类加载器
加载指定的dex、以及jar、zip、apk中的classes.dex
    • DexClassLoader Android应用程序类加载器
加载指定的dex、以及jar、zip、apk中的classes.dex

使用举例：

public class MyApplication extends Application {

  private final String TAG = MyApplication.class.getSimpleName();

  @Override
  public void onCreate() {
    super.onCreate();

    //获取使用ClassLoader的场景
    ClassLoader classLoader1 = TKActivity.class.getClassLoader();
    ClassLoader classLoader2 = AppCompatActivity.class.getClassLoader();
    ClassLoader classLoader3 = Application.class.getClassLoader();
    ClassLoader classLoader4 = getClassLoader();
    Log.e(TAG, "classLoader1:" + classLoader1.toString());
    Log.e(TAG, "classLoader2:" + classLoader2.toString());
    Log.e(TAG, "classLoader3:" + classLoader3.toString());
    Log.e(TAG, "classLoader4:" + classLoader4.toString());
  }
}
 
打印日志：
E/MyApplication: classLoader1:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/lib/arm64, /system/lib64, /product/lib64]]]
E/MyApplication: classLoader2:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/lib/arm64, /system/lib64, /product/lib64]]]
E/MyApplication: classLoader3:java.lang.BootClassLoader@4c33cb2
E/MyApplication: classLoader4:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.tangkun.xiangxuestudy-4SJ9lfa-q8--dmTGHgBPbA==/lib/arm64, /system/lib64, /product/lib64]]]

2.2 双亲委托机制

当我们在页面中使用PathClassLoader去加载一个类的全路径时，代码如下：
getClassLoader().loadClass("com.tangkun.study.MainActivity");
此时，getClassLoader方法返回的是PathClassLoader，但是该类中没有loadClass方法；所以我们从他的父类BaseDexClassLoader中去寻找这个方法，这个类中同样没有loadClas方法；所以我们再从他的父类ClassLoader中去查找这个方法，代码如下：

//ClassLoader.java
//这一段就是双亲委托机制代码，要找到某个class文件，先委托给父类parent去查找，
//如果父类没有查找到，则通过子类去查找class文件，并且找到的class文件会被存放在缓存中
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
        //若class被加载过了，会存到缓存中。所以先从缓存中查找是否存在class
        //缓存中的class是从native层中查找得来
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                //parent是BootClassLoader
                if (parent != null) {
                    //调用BootClassLoader.loadClass去查找class;
                    //这里会调用到native层的findLoadedClass方法，从缓存中查找class
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }
            //如果父类无法加载到class，则从PathClassLoader中去查找class
            if (c == null) {
                //findClass是一个抽象方法，在子类BaseDexClassLoader中实现了该方法
                c = findClass(name);
            }
        }
        return c;
}

//BaseDexClassLoader.java
private final DexPathList pathList;
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    //pathList是传入的DexPathList对象，所以我们从DexPathList类中查看findClass方法
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    //省略非核心代码
    return c;
}

//DexPathList.java
//一个dex文件对应dexElements数组中一个元素Element；
//因为我们打出来的apk包中可能存在多个dex文件，所以是数组。
//DexPathList包含了内部类Element
private Element[] dexElements;
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    //从dex文件数组中遍历每个dex文件
    for (Element element : dexElements) {
        //Android中，多个java文件会被编译成多个.class文件，多个class文件会被打包成一个dex文件
        //一个dex文件中包含多个class文件，所以从class文件集合中去查找某一个确定的class文件
        //最后会调用到native层去查找这个class
        Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
    }
    //省略非核心代码
    return null;
}

2.3 类查找流程

class查找流程:

• 先从缓存中去查找class是否存在；
• 如果缓存中不存在，则委托给父类，由父类查找class是否存在；
• 若父类无法查找到class，则由当前子类去查到该类。

3.插桩式热修复运行期修复落地

制作补丁包流程:
1、把Bug修复掉后，先生成类的class文件。
2、执行命令：
dx --dex --output=patch.jar com/tangkun/study/Utils.class

应用补丁包： patchElment（补丁包生成的） + oldElement(APK原有的) 赋值给oldElement
1、获取程序的PathClassLoader对象
2、反射获得PathClassLoader父类BaseDexClassLoader的pathList对象
3、反射获取pathList的dexElements对象 （oldElement）
4、把补丁包变成Element数组：patchElement（反射执行makePathElements）
5、合并patchElement+oldElement = newElement （Array.newInstance）
6、反射把oldElement赋值成newElement

makePathElements参数：
1、补丁包：List[new File(“/sdcard/patch.jar”)]
2、optimizedDirectory 传一个私有目录就行比如：context.getCacheDir()
3、ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();

3.1 什么是字节码插桩？

所谓字节码插桩，就是在字节码文件中进行代码编写，而我们的class文件就属于字节码文件。

我们编写的java文件在经过编译后，会生成class文件，class文件是2进制格式的，0101这种格式，我们肯定是无法直接在这种格式的文件上进行编码的。所以我们需要借助于别的工具来进行字节码文件代码编写的，比如：第三方框架ASM。

如果直接对字节码操作是什么样的一个流程呢？

• 通过文件输入流将字节码文件读到字节数组(byte[])中；
• 对字节数组(byte[])中的数据进行修改;
• 通过文件输出流将字节数组(byte[])写回字节码文件。

3.2 ASM

概念：ASM是用来操作字节码(.java文件生成的.class文件)的框架，按照class文件的格式，解析、修改、生成class，可以动态生成类或者增强现有类的功能。
类似于Gson框架，是用来操作json格式字符串的。

怎么使用ASM?
首先需要在build.gradle依赖ASM的的库，然后让我们需要使用字节码插桩的地方(比如：类、方法、属性),添加上ASM注解并带上插桩的实现类，然后在插桩的实现类中完成相应的功能。
开始和结束的地方，仍然还是需要使用文件输入输出流，用于读取和写入字节码文件；中间就是要我们自己实现借助于ASM来完成插桩代码的编写工作；在手写插桩代码之前，我们可以将需要实现的功能写入我们的java文件中，然后编译生成class文件，然后借助javap命令查看class文件中的代码(也可以通过ASM Bytecode Viewer插件来查看，我的AS由于版本原因，即使安装了这个插件还是看不了java文件的字节码代码；但是可以通过编译后生成的class文件，然后再利用这个插件查看，嘿嘿(*^▽^*))，然后借助于这些代码和ASM的功能，来完成插桩代码的编写。

然后我们就可以得到修复bug后的class文件，然后通过SDK的dx工具，通过执行命令行的命令，可以将class文件转换成dex文件或者是jar文件，我们就直接转换成dex文件，给后面热修复使用。

3.3 热修复落地实现

1、获取程序的PathClassLoader对象
2、反射获得PathClassLoader父类BaseDexClassLoader的pathList对象
3、反射获取pathList的dexElements对象 （oldElement）
4、把补丁包变成Element数组：patchElement（反射执行makePathElements）
5、合并patchElement+oldElement = newElement （Array.newInstance）
6、反射把oldElement赋值成newElement

3.4 热修复存在的版本兼容性问题

AndroidN(也就是Andorid7.0)

会进行JIT即时编译编译，会将app经常使用的一些代码也叫做热点代码，存储到profile文件中，在手机空闲的时候，会执行这些热点代码，从而产生了缓存。
因此，会导致我们热修复失败，因为即使我们通过Hook技术将修复了bug的class放在了有bug的class数组前面；但是由于缓存的原因，不会访问我们这个修复了bug的Element数组；而直接从缓存中获取class进行加载，而这个缓存中的class是存在bug的。所以，热修复无效。
如何解决上面这个问题呢？
采取运行时替换掉PathClassLoader方案，重新创建一个自定义的PathClassLoader，但是不重写缓存的代码，虽然会存在一些性能的影响，但是相较于有bug，这点性能的损耗还是值得的；自定义的PathClassLoader由于没有重写缓存逻辑，因此我们在进行热修复后，会优先执行修复了bug的class，从而问题得到解决。

Android5.0 Dalvik虚拟机

5.0及以下使用的虚拟机是Darvik，存在不同的dex文件之间使用问题，如果有bug的dex文件的类中没有直接引用过别的dex文件中的类时(需要对别的dex文件中类进行导包才行，反射不可以)，这个类就会被标记成isVerified；在有这个标记之后，有bug的dex文件就无法使用别的dex文件中的类。
如何解决上面的问题呢？
采用字节码插桩技术，在有bug的类编译成的class文件中，通过字节码插桩技术，将另外一个dex文件中的类通过插桩技术写入并且导包，从而将有bug的类取消isVerified标记。我们就可以通过热修复，将修复bug的dex文件中的class添加到有bug的class数组前面，从而优先执行我们修复bug的class中的代码。

扩展知识：
不同版本还存在方法名称、方法中参数个数以及类型的差异，所以，我们还需要对这些情况做版本适配。
比如：我们DexPathList类中的makePathElements方法，是用来生成Element[]数组的。我们通过热修复，将修复bug的dex文件添加到这个数组的前面，达到优先执行修复bug的目的。但是这个方法在不同的版本中存在一定的差异，举例：
Android9.0.0: makePathElements(List files, File optimizedDirectory,List suppressedExceptions)
Android5.1.0: makeDexElements(ArrayList files, File optimizedDirectory, ArrayList suppressedExceptions)

4.自动化补丁方案

4.1 自定义插件

自己开发插件有3种方式：

• Build script脚本
  • 把插件写在build.gradle中，一般用于简单的逻辑，只在该build.grale中文件可见。
• buildSrc目录
  • 将插件源代码放在buildSrc/src/main/groovy/中，只在该项目中可见。
  • 实现Plugin接口，并重写apply方法。
• 独立项目
  • 一个独立的Java项目/模块，可以将文件发布到仓库(Jcenter)，使其他项目方便引入。

4.2 判断哪些文件需要打包进补丁包

可以采用缓存机制，将之前的class文件和这个class文件生成的md5值存起来；

• 如果缓存中没有这个class文件，则表示我们的这个class文件是新建的，所以需要打包进入补丁包
• 如果缓存中有这个class文件，那么就去比较缓存中class文件的md5值与我们重新生成的class文件的md5值是否一致，不一致表示新的class文件有代码更改，同样需要打包进入补丁包；
• 如果缓存文件和新生成的class文件的md5值相同，则无需打包进入补丁包。

扩展知识：
可以通过Java代码，执行命令行，然后进行打包操作:

1. 把.java编译为.class
   Runtime.getRuntime().exe("javac -bootclasspath android.jar路径 java源码和R.java路径");
2. 把.class编译为.dex
   Runtime.getRuntime().exe("dx --dex classes路径");

4.3 代码混淆问题的解决方案

需要保证这一次混淆后的类名和上一次混淆后的类名相同，通过-applyMapping配置

代码混淆的时候会生成一份mapping文件，通过将mapping文件缓存下来，然后找到没有混淆的文件名、方法名等，然后进行处理。

面试题

1.说一说热修复的方案有哪些，并说说他们的区别？

	Tinker(腾讯)	QZone(腾讯)	AndFix(阿里)	Robust(美团)
类替换	Y	Y	N	N
so替换	Y	Y	N	N
资源替换	Y	Y	N	N
全平台生效	Y	Y	Y	Y
及时生效	N	N	Y	Y
性能损耗	较小	较大	较小	较小
补丁包大小	较小	较大	一搬	一搬
开发透明	Y	Y	N	N
复杂度	较小	较小	复杂	复杂
gradle支持	Y	N	N	N
rom体积	较大	较小	较小	较小
成功率	较高	较高	一搬	最高

AndFix(补丁包是.dex文件)
是由阿里开发的热修复框架，但是已经废弃，很多年没有维护了。
他的热修复实现原理如下：
在native层动态替换Java层的方法，通过native层hook Java层代码。

Robust(补丁包是.dex文件)
由美团开发，目前抖音就采用这种热修复方案，可以及时生效。
他的热修复实现原理如下：
利用gradle插件，在我们写的类中，编译时生成一个静态接口变量，在方法中会对这个接口变量进行判断。
如果我们需要进行热修复，就写一个接口的实现类，然后通过类加载和反射，找到我们写的类并创建实例，赋值给要修复bug的类中的静态接口变量即可，当我们的方法中判断到这个接口变量非空时，就会去执行实现类中的业务逻辑，从而达到了修复bug的目的，并且是及时生效的。

Tinker(补丁包是差分包)
由腾讯开发，目前微信就采用了这中热修复方案，优点是可以可以修复类、so包和资源文件。
他的热修复实现原理如下：
由有bug的apk文件和修复bug的apk文件共同生成一个差分包patch，这个patch文件就是我们的补丁包，下载这个差分包和有bug的apk，就可以生成修复bug的apk。如果没有资源文件修复，那么就会生成的就是一个.dex文件，可以通过类加载和反射技术，加载修复bug的类，从而实现热修复。

2.热修复用到了哪些技术？说一说双亲委托机制？说说如何通过类加载和反射实现热修复的？

热修复用到了类加载和反射技术。

双亲委托机制，就是在通过PathClassLoader加载某个类的时候，首先委托给他的父类去加载这个类，当父类没有加载成功时，才由子类去加载这个类。

要实现热修复功能，就需要用到Hook技术。
就是在加载有bug的class之前，先去加载我们修复了bug的class类，即可实现热修复技术。
class类是包含在dex文件中的，我们的app打包成apk的时候，就会生成一个.dex文件。如果我们要进行热修复，就需要生成修复了bug的dex文件，然后利用反射技术，在获取到PathClassLoader的前提下，然后通过反射去获取他的父类BaseDexClassLoader，然后再获取里面的属性(DexPathList)pathList，再获取这个属性中的Element[]数组，这个Element[]数组就是有bug的数组。
数组中的每个Element元素就对应一个dex文件，所以我们只需要再通过反射技术，将修复了bug的dex文件下载下来，然后通过makeElement方法生成修复了bug的Element[]数组。
最终将修复了bug的Element[]数组与有bug的Element[]数组组成一个新的数组，修复了bug的数组元素在前，存在bug的数组元素在后；在类加载加载class的时候，就会先加载到修复了bug的Element数组元素中的class类，从而修复了bug。