还不懂热修复的原理?看完这篇后带你手把手写代码

Android热修复原理分析

本文目的是让大家了解什么是热修复,具体的实现细节可以联系我。大家了解了原理后,才能够顺利的带着手写代码了。请大家记住一句话:
纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。
代码需要大家自己写出来的那才是自己的代码,否则的话你看了,背了,最后工作中还是写不出来优秀的代码

什么是热修复

热修复: 让应用能够在无需重新安装的情况实现更新,帮助应用快速建立动态修复能力。

早期遇到Bug我们一般会紧急发布了一个版本。然而这个Bug可能就是简简单单的一行代码,为了这一行代码,进行全量或者增量更新迭代一个版本,未免有点大材小用了。而且新版本的普及需要时间,以Android用户的升级习惯,即使是相对活跃的微信也需要10天以上的时间去覆盖50%的用户。使用热修复技术,能做到1天覆盖70%以上。这也是基于补丁体积较小,可以直接使用移动网络下载更新。

热修复开发流程
还不懂热修复的原理?看完这篇后带你手把手写代码

目前Android业内,热修复技术百花齐放,各大厂都推出了自己的热修复方案,使用的技术方案也各有所异。其中QZone超级补丁基于的是dex分包方案,而dex分包是基于Java的类加载机制 ClassLoader

ClassLoader介绍

任何一个 Java 程序都是由一个或多个 class 文件组成,在程序运行时,需要将 class 文件加载到虚拟机 中才可以使用,负责加载这些 class 文件的就是 Java 的类加载机制。 ClassLoader 的作用简单来说就是加载 class 文件,提供给程序运行时使用。每个 Class 对象的内部都有一个 classLoader字段来标识自己是由哪个 ClassLoader加载的。

class Class<T> {
  ...
  private transient ClassLoader classLoader;
  ...
}

ClassLoader是一个抽象类,而它的主要实现类主要有:

  • BootClassLoader
    用于加载Android Framework层class文件
  • PathClassLoader
    用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex,以及jar、zip、apk中的classes.dex
  • DexClassLoader
    用于加载指定的dex,以及jar、zip、apk中的classes.dex

    很多博客里说 PathClassLoader只能加载已安装的apkdex,但是实际上 PathClassLoaderDexClassLoader一样都能够加载sdcard中的dex

Log.e(TAG, "Activity.class 由:" + Activity.class.getClassLoader() +" 加载");
Log.e(TAG, "MainActivity.class 由:" + MainActivity.class.getClassLoader() +" 加载");

//输出:
Activity.class 由:[email protected] 加载
MainActivity.class 由:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.enjoyfix-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories[/data/app/com.enjoy.enoyfix-1/lib/x86, /system/lib, /vendor/lib]]] 加载

它们之间的关系如下:
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PathClassLoaderDexClassLoader的共同父类是 BaseDexClassLoader

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
   public DexClassLoader(String dexPath,String optimizedDirectory,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory),librarySearchPath, parent);
    }
}
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
     public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }

    public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent){
         super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

可以看到两者唯一的区别在于: 创建 DexClassLoader需要传递一个 optimizedDirectory参数,并且会将其创建为 File对象传给 super,而 PathClassLoader则直接给到null。因此两者都可以加载指定的dex,以及jarzipapk中的classes.dex

PathClassLoader pathClassLoader = new PathClassLoader("/sdcard/xx.dex", getClassLoader());

File dexOutputDir = context.getCodeCacheDir();
DexClassLoader dexClassLoader= new DexClassLoader("/sdcard/xx.dex",dexOutputDir.getAbsolutePath(), null,getClassLoader());

optimizedDirectory参数为odex的目录。实际上Android中的ClassLoader在加载dex时,会首先经过dexoptdex执行优化,产生odex文件。optimizedDirectory为null时的默认路径为:/data/dalvik-cache。并且处于安全考虑,此目录需要使用app私有目录,如:getCodeCacheDir()

在API 26源码中,将DexClassLoader的optimizedDirectory标记为了 deprecated 弃用,实现也变为了:

javapublicDexClassLoader(StringdexPath,StringoptimizedDirectory,StringlibrarySearchPath,ClassLoaderparent){super(dexPath,null,librarySearchPath,parent);}

PathClassLoader一摸一样了!

双亲委托机制

创建 ClassLoader需要接收一个 ClassLoaderparent参数。这个 parent为父类加载。即:某个类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父类加载器,依次递归,如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。这就是双亲委托机制!

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{

    // 检查class是否有被加载
    Class c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        long t0 = System.nanoTime();
        try {
            if (parent != null) {
                //如果parent不为null,则调用parent的loadClass行加载
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                //parent为null,则调用BootClassLoader进行加载
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {

        }

        if (c == null) {
            // 如果都找不到就自己查找
            long t1 = System.nanoTime();
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}

因此我们自己创建的ClassLoader: newPathClassLoader("/sdcard/xx.dex",getClassLoader());并不仅仅只能获得 xx.dex中的Class,还能够获得其父ClassLoader中加载的Class。

findClass

在所有父ClassLoader无法加载Class时,则会调用自己的 findClass方法。findClassClassLoader中的定义为:

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

其实任何ClassLoader子类,都可以重写 loadClassfindClass。一般如果你不想使用双亲委托,则重写 loadClass修改其实现。而重写 findClass则表示在双亲委托下,父ClassLoader都找不到Class的情况下,定义自己如何去查找一个Class。而我们的 PathClassLoader会自己负责加载 MainActivity这样的程序中自己编写的类,利用双亲委托父ClassLoader加载Framework中的 Activity。说明 PathClassLoader并没有重写 loadClass,因此我们可以来看看PathClassLoader中的 findClass 是如何实现的。

public BaseDexClassLoader(String dexPath, FileoptimizedDirectory,String
                        librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath,
                                    optimizedDirectory);
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    //查找指定的class
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    if (c == null) {
        ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" +                                                      name + "\" on path: " + pathList);
        for (Throwable t : suppressedExceptions) {
             cnfe.addSuppressed(t);
        }
            throw cnfe;
    }
    return c;
}

实现非常简单,从pathList中查找class。继续查看 DexPathList

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
            String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {
    //.........
    // splitDexPath 实现为返回 List<File>.add(dexPath)
    // makeDexElements 会去 List<File>.add(dexPath) 中使用DexFile加载dex文件返回 Element数组

this.dexElements =makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
                                           suppressedExceptions, definingContext);
    //.........
}
public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
     //从element中获得代表Dex的 DexFile
    for (Element element : dexElements) {
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) {
            //查找class
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name,definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

热修复

PathClassLoader中存在一个Element数组,Element类中存在一个 dexFile成员表示dex文件,即:APK中有X个dex,则Element数组就有X个元素。
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而对于类的查找,由代码for(Elementelement:dexElements)得知,会由数组从前往后进行查找。
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PathClassLoader中的Element数组为:[patch.dex , classes.dex , classes2.dex]。如果存在Key.class位于patch.dexclasses2.dex中都存在一份,当进行类查找时,循环获得 dexElements中的 DexFile,查找到了Key.class则立即返回,不会再管后续的element中的 DexFile是否能加载到Key.class了。

因此,可以将出现Bug的class单独的制作一份patch.dex文件(补丁包),然后在程序启动时,从服务器下载patch.dex保存到某个路径,再通过patch.dex的文件路径,用其创建 Element对象,然后将这个 Element对象插入到我们程序的类加载器 PathClassLoaderpathList中的 dexElements数组头部。这样在加载出现Bug的class时会优先加载patch.dex中的修复类,从而解决Bug。QQ空间热修复的原理就是这样,利用反射Hook了PathClassLoaderpathListdexElements数组。

总结

在实现热修复的过程中,必须掌握的技术包括了反射、类加载机制并且掌握Framewrok层源码中关于 ClassLoader部分的内容。同时如果需要继续自动化补丁生成还需要掌握gradle编程等内容。

文章中每一个部分都包含一系列BAT面试的面试点,这些点构建了一个完整的知识体系,热修复。后面,我会细化里面的知识,如果 大家觉得有问题,可以和我交流~

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