Android Muitldex熱更新修復方案原理

前言

做程序開發，基礎很重要。同樣是擰螺絲人家擰出來的可以經久不壞，你擰出來的遇到點風浪就開始顫抖，可見基本功的重要性。再複雜的技術，也是由一個一個簡單的邏輯構成。先了解核心基礎，才能更好理解前沿高新技術。

正文大綱

先看效果{github Demo地址}：(https://github.com/18598925736/HotUpdateDemo)

Demo使用方法

Demo源碼概覽

熱修復核心技術

基礎知識預備

hook思路

TIPS

熱更新技術，不是新話題。目前最熱門的熱更新由兩種，一種是騰訊tinker爲代表的需重啓app的熱更新，一種是美團app爲代表的instant Run，無需重啓app. 今天先探究前者的核心原理。

先看效果[github Demo地址] ：(https://github.com/18598925736/HotUpdateDemo)
假如說這是我們的app界面，這個界面有個bug，我們直接用一個 TextView來表示

然而，我們的開發人員發現了這個bug，但是產品已經上線。這時候，由於引起bug的代碼，只有一行，

public  class  MainActivity extends AppCompatActivity {

     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceStata) {
           super.onCreate(savedINstanceState);
           srtContentView(R.layout.activity_main);

           TextView textView = findViewById(R.id.tv);
           Bug bug = new Bug():
           String s = bug.getstr():
           textView.setText(s):
     }
}

這個時候，機智的程序員用最快的方式修復了這個bug，也只是改了一行代碼：

那麼，產品已經在線上，怎麼辦？我們通過後臺，向app推送了一個 fix.dex文件, 等這個文件下載完成，app提示用戶，發現新的更新，需要重啓app. 待用戶重啓，代碼修復即會生效。無需發佈新版本！

Demo使用方法

下載Demo代碼之後，會在assets下看到一個fix.dex文件

按照正常的邏輯，我們做bug修復一定是把fix.dex放到服務器上， app去服務器下載它，然後存放在app私有目錄，重啓app之後，fix.dex生效, 當加載到這個類的時候，就會去讀fix.dex中當時打包的已修復bug的類. 但是，我這裏爲了演示方便，直接放在assets，然後使用項目中的 AssetsFileUtil類用io流將它讀寫到 app私有目錄下.

演示方法：

刪掉 fix.dex ，運行app，你看到手機屏幕中心出現："臥槽，有bug!"
還原 fix.dex ，運行app，你看到手機屏幕中心出現："嘿嘿，bug已修復"

起作用的是誰？就是這個fix.dex文件.

Demo源碼概覽

如上圖所示：核心類其實就只有一個: ClassLoaderHookHelper ，它就是讓 fix.dex這個補丁發揮作用的 " 幕後大佬". 這個核心類：有3個方法，分別是在不同的系統版本上，來對源碼程序邏輯進行 hook,提高hook的兼容性.

下面是完整 ClassLoaderHookHelper代碼以及使用它的 MyApp完整代碼：

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Array;
import java.lang.reflect.Field
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ClassLoaderHookHelper {

       //23和19的差別，就是 makeXXXElements 方法名和參數要求不同
      //後者是 makeDexElements(ArrayList<File> files, File optimizedDirectory,ArrayList<IOException> suppressedExceptions)
     //前者是 makePathElements(List<File> files, File optimizedDirectory,List<IOException> suppressedExceptions)
     public static void hookV23(ClassLoader classLoader,File outDexFilePath,File optimizedDirectory)throws IllegalAccessException, InvocationTargetException {
     Field pathList =ReflectionUtil.getField(classLoader,"pathList");//1、獲DexPathList pathList 屬性
     object dexpathListobj =pathList.get(classLoader);//2、獲DexPathList pathList對象
     Field dexElementsField =ReflectionUtil.getField(dexPathListObj, "dexElements");//3、獲得DexPathList的dexElements屬性

     Object[] oldElements =(Object[]) dexElementsField.get(dexPathListObj);//4、獲得pathList對象中 dexElements 的屬性值
     ...

   }
}

Multidex熱修復核心技術

其實熱修復的核心技術，就一句話， HookClassLoader ,但是要深入瞭解它，需要相當多的基礎知識，下面列舉出必須要知道的一些東西。

基礎知識預備

1.Dex文件是什麼？

我們寫安卓，目前還是用 java比較多，就算是用 kotlin，它最終也是要轉換成 java來運行。 java文件，被編譯成 class之後，多個 class文件，會被打包成 classes.dex，被放到 apk中，安卓設備拿到 apk，去安裝解析( 預編譯balabala...)，當我們運行 app時， app的程序邏輯全都是在classes.dex中。所以， dex文件是什麼？一句話， dex文件是 android app的源代碼的最終打包

2.Dex文件如何生成？

androidStudio 打包 apk的時候會生成 Dex，其實它使用的是 SDK的 dx命令，我們可以用 dx命令自己去打包想要打包的 class. 命令格式爲：dx --dex --output=output.dex xxxx.class 將上面的output 和 xxxx換成你想要的文件名即可。

注：dx.bat在安卓 SDK的目錄下：比如我d的`C:\XXXXX\AndroidStudioAbout\sdk1\build-tools\28.0.3\dx.bat

3.`ClassLoader`是什麼？

ClassLoader來自 jdk，翻譯爲：類加載器，用於將 class文件中的類，加載到內存中，生成 class對象。只有存在了 Class對象，我們纔可以創建我們想要的對象。 android SDK繼承了JDK的 classLoader，創造出了新的 ClassLoader子類。下圖表示了 android9.0-28 所有的ClassLoader直接或者間接子類.

比較多的是 BaseDexClassLoader， DexClassLoader , PathClassLoader, 其他這些，應該是谷歌大佬創造出來新的類加載器子類吧，還沒研究過。

注：關於 DexClassLoader和 PathClassLoader ，網上資料有個誤區，應該不少人都認爲， PathClassLoader 用於加載 app內部的 dex文件， DexClassLoader用於加載外部的 dex文件，但是其實只要看一眼這兩個類的關係，就會發現，它們都是繼承自 BaseDexClassLoader，他們的構造函數內部都會去執行父類的構造函數。他們只有一個差別，那就是 PathClssLoader不用傳 optimizedDirectory這個參數，但是 DexClassLoader必須傳。這個參數的作用是，傳入一個 dex優化之後的存放目錄。而事實上，雖然 PathClassLoader不要求傳這個 optimizedDirectory，但是它實際上是給了一個默認值。emmmm............所以不要再認爲 PathClassLoader不能加載外部的 dex了，它只是沒有讓你傳 optimizedDirectory而已。

另外： BootClassLoader用於加載 AndroidFramework層class文件( SDK中沒有這個BootClassLoader，也是很奇怪) PathClassLoader 是用於Android應用程序類的加載器，可以加載指定的 dex，以及 jar、 zip、 apk中的 classes.dex。 DexClassLoader 可以加載指定的 dex，以及 jar、 zip、 apk中的 classes.dex。

4.`ClassLoader`的雙親委託機制是什麼？

android裏面 ClassLoader的作用，是將 dex文件中的類，加載到內存中，生成 Class對象，供我們使用（舉個例子：我寫了一個 A類，app運行起來之後，當我需要new 一個 A， ClassLoader首先會幫我查找 A的 Class對象是否存在，如果存在，就直接給我 Class對象，讓我拿去 new A，如果不存在，就會出創建這個 A的 Class對象。）這個查找的過程，就遵循雙親委託機制。一句話解釋雙親委託機制：某個類加載器在加載某個類的時候，首先會將這件事委託給 parent類加載器，依次遞歸，如果 parent類加載器可以完成加載，就會直接返回 Class對象。如果 parent找不到或者沒有父了，就會自己加載。

下圖是安卓源碼 ClassLoader.java:

紅字註解，很容易讀懂 ClassLoader去 load一個 class的過程.

hook思路

OK，現在可以來解讀我是如何去hook ClassLoader的了. 解讀之前，先弄清楚，我爲何要 hookClassLoader，爲什麼 hook了它之後，我的 fix.dex就能發揮作用？先解決這個疑問，既然是 hook，那麼自然要讀懂源碼，因爲 hook就是在理解源碼思維的前提下，更改源碼邏輯。一張圖解決你的疑問：

按照上面圖，去追蹤源碼，會發現， ClassLoader最終會從 DexFile對象中去獲得一個 Class對象。並且在 DexPathList類中 findClass的時候，存在一個 Element數組的遍歷。這就意味着，如果存在多個 dex文件，多個 dex文件中都存在同樣一個 class，那麼它會從第一個開始找，如果找到了，就會立即返回。如果沒找到，就往下一個dex去找。

也就是說，如果我們可以在這個數組中插入我們自己的修復bug的 fix.dex，那我們就可以讓我們已經修復bug的補丁類發揮作用,讓類加載器優先讀取我們的補丁類.

OK,理解了源碼的邏輯，那我們可以動手了。來解析SDK 23的 hookClassLoader過程吧！

確定思路，我們要改變app啓動之後，自帶的ClassLoader對象（具體實現類是PathClassLoader ）中 DexPathList 中 Element[] element 的實際值。

那麼，步驟：

1.取得PathClassLoader的pathList的屬性
2.取得PathClassLoader的pathList的屬性真實值（得到一個DexPathList對象）
3.獲得DexPathList中的dexElements 屬性
4.獲得DexPathList對象中dexElements 屬性的真實值(它是一個Element數組) 做完這4個步驟，我們得到下面的代碼

5.用外部傳入的Dex文件路徑，構建一個我們自己的Element數組

6.將從外部傳入的ClassLoader中得到的Element數組和我們自己的Element數組合並起來，注意，我們自己的數組元素要放前面！

7.將剛纔合併的新Element數組，設置到外部傳入的ClassLoader裏面去。

OK，收官！

TIPS

上面的內容，讀起來可能會有一些疑問，我預估到了一些，將答案寫在下面

1. 當我們需要反射獲得一個類的某個方法或者成員變量時，我們只想拿getDeclareXX，因爲我們只想拿本類中的成員，但是僅僅getDeclareXX不能跨越繼承關係拿到父類中的非私有成員，所以我寫了ReflectionUtil.java，支持跨越繼承關係拿到父類的非私有成員。
2. 這種熱修復，是不是下載的包會很大，和原先的apk差不多大？答案是，NO，我們只需要將我們修復bug之後的補丁dex下載到設備，讓app重啓，去讀取這個dex即可。補丁包很小，甚至只有1K.
3. 這種修復方式必須重啓麼？是的，必須重啓，當然，存在不需要重啓就可以修復bug的方法，那種方法叫做instant run方案,本文不涉及。而，當前這種方案叫做：MultipleDex 即，多dex方案。
*4.** 爲什麼要對SDK 23 ,19,14 寫不同的hook代碼？因爲SDK版本的變遷，導致一些類的關係，變量名，方法名，方法參數（個數和類型）都會發生變化，所以，要針對各個變遷的版本進行兼容。