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#### 熱修復(fù)簡介
熱修復(fù):熱修復(fù)（也稱熱補(bǔ)丁、熱修復(fù)補(bǔ)丁，英語：hotfix）是一種包含信息的獨(dú)立的累積更新包，通常表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)文件。這被用來解決軟件產(chǎn)品的問題（例如一個(gè)程序錯(cuò)誤）。 —— 維基百科
#### 技術(shù)原理及特點(diǎn)
代碼修復(fù)主要有三個(gè)方案，分別是底層替換方案、類加載方案和Instant Run方案
- ##### 類加載方案
? 類加載方案基于Dex分包方案，什么是Dex分包方案呢？這個(gè)得先從65536限制和LinearAlloc限制說起。
**65536限制**
隨著應(yīng)用功能越來越復(fù)雜，代碼量不斷地增大，引入的庫也越來越多，可能會(huì)在編譯時(shí)提示如下異常：
```
com.android.dex.DexIndexOverflowException: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
```
這說明應(yīng)用中引用的方法數(shù)超過了最大數(shù)65536個(gè)。產(chǎn)生這一問題的原因就是系統(tǒng)的65536限制，65536限制的主要原因是DVM Bytecode的限制，DVM指令集的方法調(diào)用指令invoke-kind索引為16bits，最多能引用 65535個(gè)方法。
**LinearAlloc限制**
在安裝時(shí)可能會(huì)提示INSTALL_FAILED_DEXOPT。產(chǎn)生的原因就是LinearAlloc限制，DVM中的LinearAlloc是一個(gè)固定的緩存區(qū)，當(dāng)方法數(shù)過多超出了緩存區(qū)的大小時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。
為了解決65536限制和LinearAlloc限制，從而產(chǎn)生了Dex分包方案。Dex分包方案主要做的是在打包時(shí)將應(yīng)用代碼分成多個(gè)Dex，將應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)必須用到的類和這些類的直接引用類放到主Dex中，其他代碼放到次Dex中。當(dāng)應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)先加載主Dex，等到應(yīng)用啟動(dòng)后再動(dòng)態(tài)的加載次Dex，從而緩解了主Dex的65536限制和LinearAlloc限制。
Dex分包方案主要有兩種，分別是Google官方方案、Dex自動(dòng)拆包和動(dòng)態(tài)加載方案。因?yàn)镈ex分包方案不是本章的重點(diǎn)，這里就不再過多的介紹，我們接著來學(xué)習(xí)類加載方案。
ClassLoader的加載過程，其中一個(gè)環(huán)節(jié)就是調(diào)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內(nèi)部封裝了DexFile，DexFile用于加載dex文件，因此每個(gè)dex文件對(duì)應(yīng)一個(gè)Element。
多個(gè)Element組成了有序的Element數(shù)組dexElements。當(dāng)要查找類時(shí)，會(huì)在注釋1處遍歷Element數(shù)組dexElements（相當(dāng)于遍歷dex文件數(shù)組），注釋2處調(diào)用Element的findClass方法，其方法內(nèi)部會(huì)調(diào)用DexFile的loadClassBinaryName方法查找類。如果在Element中（dex文件）找到了該類就返回，如果沒有找到就接著在下一個(gè)Element中進(jìn)行查找。
根據(jù)上面的查找流程，我們將有bug的類Key.class進(jìn)行修改，再將Key.class打包成包含dex的補(bǔ)丁包Patch.jar，放在Element數(shù)組dexElements的第一個(gè)元素，這樣會(huì)首先找到Patch.dex中的Key.class去替換之前存在bug的Key.class，排在數(shù)組后面的dex文件中的存在bug的Key.class根據(jù)ClassLoader的雙親委托模式就不會(huì)被加載，這就是類加載方案，如下圖所示。
類加載方案需要重啟App后讓ClassLoader重新加載新的類，為什么需要重啟呢？這是因?yàn)轭愂菬o法被卸載的，因此要想重新加載新的類就需要重啟App，因此采用類加載方案的熱修復(fù)框架是不能即時(shí)生效的。
雖然很多熱修復(fù)框架采用了類加載方案，但具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和步驟還是有一些區(qū)別的，比如QQ空間的超級(jí)補(bǔ)丁和Nuwa是按照上面說得將補(bǔ)丁包放在Element數(shù)組的第一個(gè)元素得到優(yōu)先加載。微信Tinker將新舊apk做了diff，得到patch.dex，然后將patch.dex與手機(jī)中apk的classes.dex做合并，生成新的classes.dex，然后在運(yùn)行時(shí)通過反射將classes.dex放在Element數(shù)組的第一個(gè)元素。餓了么的Amigo則是將補(bǔ)丁包中每個(gè)dex 對(duì)應(yīng)的Element取出來，之后組成新的Element數(shù)組，在運(yùn)行時(shí)通過反射用新的Element數(shù)組替換掉現(xiàn)有的Element 數(shù)組。
采用類加載方案的主要是以騰訊系為主，包括微信的Tinker、QQ空間的超級(jí)補(bǔ)丁、手機(jī)QQ的QFix、餓了么的Amigo和Nuwa等等。
- ##### 底層替換方案
與類加載方案不同的是，底層替換方案不會(huì)再次加載新類，而是直接在Native層修改原有類，由于是在原有類進(jìn)行修改限制會(huì)比較多，不能夠增減原有類的方法和字段，如果我們?cè)黾恿朔椒〝?shù)，那么方法索引數(shù)也會(huì)增加，這樣訪問方法時(shí)會(huì)無法通過索引找到正確的方法，同樣的字段也是類似的情況。
底層替換方案和反射的原理有些關(guān)聯(lián)，就拿方法替換來說，方法反射我們可以調(diào)用java.lang.Class.getDeclaredMethod，假設(shè)我們要反射Key的show方法，會(huì)調(diào)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方法是個(gè)native方法，對(duì)應(yīng)Jni層的代碼為：
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函數(shù)中又調(diào)用了InvokeMethod函數(shù)：
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
...
}
```
注釋1處獲取傳入的javaMethod（Key的show方法）在ART虛擬機(jī)中對(duì)應(yīng)的一個(gè)ArtMethod指針，ArtMethod結(jié)構(gòu)體中包含了Java方法的所有信息，包括執(zhí)行入口、訪問權(quán)限、所屬類和代碼執(zhí)行地址等等，ArtMethod結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)中比較重要的字段是注釋1處的dex_cache_resolved_methods_和注釋2處的entry_point_from_quick_compiled_code_，它們是方法的執(zhí)行入口，當(dāng)我們調(diào)用某一個(gè)方法時(shí)（比如Key的show方法），就會(huì)取得show方法的執(zhí)行入口，通過執(zhí)行入口就可以跳過去執(zhí)行show方法。
替換ArtMethod結(jié)構(gòu)體中的字段或者替換整個(gè)ArtMethod結(jié)構(gòu)體，這就是底層替換方案。
AndFix采用的是替換ArtMethod結(jié)構(gòu)體中的字段，這樣會(huì)有兼容問題，因?yàn)閺S商可能會(huì)修改ArtMethod結(jié)構(gòu)體，導(dǎo)致方法替換失敗。Sophix采用的是替換整個(gè)ArtMethod結(jié)構(gòu)體，這樣不會(huì)存在兼容問題。
底層替換方案直接替換了方法，可以立即生效不需要重啟。采用底層替換方案主要是阿里系為主，包括AndFix、Dexposed、阿里百川、Sophix。
- ##### Instant Run方案
除了資源修復(fù)，代碼修復(fù)同樣也可以借鑒Instant Run的原理， 可以說Instant Run的出現(xiàn)推動(dòng)了熱修復(fù)框架的發(fā)展。
Instant Run在第一次構(gòu)建apk時(shí)，使用ASM在每一個(gè)方法中注入了類似如下的代碼：
```
IncrementalChange localIncrementalChange = $change;//1
if (localIncrementalChange != null) {//2
localIncrementalChange.access$dispatch(
"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V", new Object[] { this,
paramBundle });
return;
}
```
其中注釋1處是一個(gè)成員變量localIncrementalChange ，它的值為$change，$change實(shí)現(xiàn)了IncrementalChange這個(gè)抽象接口。當(dāng)我們點(diǎn)擊InstantRun時(shí)，如果方法沒有變化則$change為null，就調(diào)用return，不做任何處理。如果方法有變化，就生成替換類，這里我們假設(shè)MainActivity的onCreate方法做了修改，就會(huì)生成替換類MainActivity$override，這個(gè)類實(shí)現(xiàn)了IncrementalChange接口，同時(shí)也會(huì)生成一個(gè)AppPatchesLoaderImpl類，這個(gè)類的getPatchedClasses方法會(huì)返回被修改的類的列表（里面包含了MainActivity），根據(jù)列表會(huì)將MainActivity的$change設(shè)置為MainActivity$override，因此滿足了注釋2的條件，會(huì)執(zhí)行MainActivity$override的access$dispatch方法，accessdispatch方法中會(huì)根據(jù)參數(shù)"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V"執(zhí)行‘MainActivity dispatch方法中會(huì)根據(jù)參數(shù)"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V"執(zhí)行`MainActivitydispatch方法中會(huì)根據(jù)參數(shù)"onCreate.(Landroid/os/Bundle;)V"執(zhí)行‘MainActivityoverride`的onCreate方法，從而實(shí)現(xiàn)了onCreate方法的修改。
借鑒Instant Run的原理的熱修復(fù)框架有Robust和Aceso。
---------------------
#### 熱修復(fù)框架分類
| 類別? | 成員 |
|-------|:---:|
| 阿里系? | AndFix、Dexposed、阿里百川、Sophix |
| 騰訊系 | 微信的Tinker、QQ空間的超級(jí)補(bǔ)丁、手機(jī)QQ的QFix? |
| 其他? | 美團(tuán)的Robust、餓了么的Amigo、美麗說蘑菇街的Aceso等等? |
---------------------
#### 熱修復(fù)框架對(duì)比
| 特性? | AndFix | Tinker? ? | QQ空間? |Robust/Aceso|
|-------|:---:|:------:|:------:| :-------: |
| 即時(shí)生效? |? ✓ |? ✕? |? ✕? ? |? ✓? |
| 方法替換? | ✓ | ✓? ? | ✓ |? ✓? |
| 類替換 |? ✕ | ✓? ? ? | ✓? |? ✕ |
| 類結(jié)構(gòu)修改? |? ? ✕ |? ✓ |? ? ✕? |? ✕? |
| 資源替換? |? ? ✕ |? ✓? |? ✓? |? ✕ |
| so替換? |? ✕? |? ✓? |? ? ✕? |? ? ✕ |
| 支持gralde? |? ✕? |? ✓? |? ? ✕? |? ? ✕ |
---------------------
- #### Tinker框架解析
?
https://github.com/xiaolongwuhpu/TestBugly
#### 增量更新
- ##### 準(zhǔn)備
? * **工具**?
? apk文件的差分、合成，可以通過 開源的二進(jìn)制比較工具 bsdiff 來實(shí)現(xiàn)，又因?yàn)閎sdiff依賴bzip2，所以我們還需要用到 bzip2
? bsdiff中，bsdiff.c 用于生成差分包，bspatch.c 用于合成文件。?
[bsdiff官網(wǎng)下載地址](http://www.daemonology.net/bsdiff/)?
? ? [bzip2-1.0.6下載地址](http://www.bzip.org/downloads.html)
? * **增量更新三部曲**
? 1. 生成兩個(gè)版本apk的差分包;?
? 2. 在手機(jī)客戶端，使用已安裝的apk與這個(gè)差分包進(jìn)行合成，得到新版的apk;?
? 3. 校驗(yàn)新合成的apk文件是否完整，MD5或SHA1是否正確，如正確，則引導(dǎo)用戶安裝;
? *? **環(huán)境配置**?
創(chuàng)建一個(gè)工程，勾選Include C++ Support，Android Studio會(huì)在main目錄創(chuàng)建cpp文件夾，里邊有個(gè)native-lib.cpp的C++文件；在app目錄還有個(gè)CMakeLists.txt文件；在module的build.gradle中標(biāo)示了采用CMake構(gòu)建方式，并設(shè)置CMakeLists.txt路徑。
*? **過程分析**?
這一步需要在服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，一般來說，每當(dāng)apk有新版本需要提示用戶升級(jí)，都需要運(yùn)營人員在后臺(tái)管理端上傳新apk，上傳時(shí)就應(yīng)該由程序生成與之前所有舊版本們與最新版的差分包。
例如： 你的apk已經(jīng)發(fā)布了3個(gè)版，V1.0、V2.0、V3.0，這時(shí)候你要在后臺(tái)發(fā)布V4.0，那么，當(dāng)你在服務(wù)器上傳最新的V4.0包時(shí)，服務(wù)器端就應(yīng)該立即生成以下差分包：
V1.0 ——> V4.0的差分包；?
V2.0 ——> V4.0的差分包；?
V3.0 ——> V4.0的差分包；?
生成patch包直接略過...
* **合成新的APK步驟**?
根據(jù)cpp/bspatch.c文件定義的JNI
創(chuàng)建BsPatchJNI.java，用來合成增量文件
public class BsPatchJNI {
? ? static {
? ? ? ? System.loadLibrary("bspatch");
? ? }
? ? /**
? ? * 將增量文件合成為新的Apk
? ? * @param oldApkPath 當(dāng)前Apk路徑
? ? * @param newApkPath 合成后的Apk保存路徑
? ? * @param patchPath 增量文件路徑
? ? * @return
? ? */
? ? public static native int patch(String oldApkPath, String newApkPath, String patchPath);
}
在MainActivity中使用：
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
? ? public static final String SDCARD_PATH = Environment.getExternalStorageDirectory() + File.separator;
? ? public static final String PATCH_FILE = "old-to-new.patch";
? ? public static final String NEW_APK_FILE = "new.apk";
? ? @Override
? ? protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
? ? ? ? super.onCreate(savedInstanceState);
? ? ? ? setContentView(R.layout.activity_main);
? ? ? ? findViewById(R.id.btn_main).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
? ? ? ? ? ? @Override
? ? ? ? ? ? public void onClick(View v) {
? ? ? ? ? ? ? ? //并行任務(wù)
? ? ? ? ? ? ? ? new ApkUpdateTask().executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? });
? ? }
? ? /**
? ? * 合并增量文件任務(wù)
? ? */
? ? private class ApkUpdateTask extends AsyncTask<Void, Void, Boolean> {
? ? ? ? @Override
? ? ? ? protected Boolean doInBackground(Void... params) {
? ? ? ? ? ? String oldApkPath = ApkUtils.getCurApkPath(MainActivity.this);
? ? ? ? ? ? File oldApkFile = new File(oldApkPath);
? ? ? ? ? ? File patchFile = new File(getPatchFilePath());
? ? ? ? ? ? if(oldApkFile.exists() && patchFile.exists()) {
? ? ? ? ? ? ? ? Log("正在合并增量文件...");
? ? ? ? ? ? ? ? String newApkPath = getNewApkFilePath();
? ? ? ? ? ? ? ? BsPatchJNI.patch(oldApkPath, newApkPath, getPatchFilePath());
//? ? ? ? ? ? ? ? //檢驗(yàn)文件MD5值
//? ? ? ? ? ? ? ? return Signtils.checkMd5(oldApkFile, MD5);
? ? ? ? ? ? ? ? Log("增量文件的MD5值為：" + SignUtils.getMd5ByFile(patchFile));
? ? ? ? ? ? ? ? Log("新文件的MD5值為：" + SignUtils.getMd5ByFile(new File(newApkPath)));
? ? ? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? return false;
? ? ? ? }
? ? ? ? @Override
? ? ? ? protected void onPostExecute(Boolean result) {
? ? ? ? ? ? super.onPostExecute(result);
? ? ? ? ? ? if(result) {
? ? ? ? ? ? ? ? Log("合并成功，開始安裝");
? ? ? ? ? ? ? ? ApkUtils.installApk(MainActivity.this, getNewApkFilePath());
? ? ? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? ? ? Log("合并失敗");
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? }
? ? private String getPatchFilePath() {
? ? ? ? return SDCARD_PATH + PATCH_FILE;
? ? }
? ? private String getNewApkFilePath() {
? ? ? ? return SDCARD_PATH + NEW_APK_FILE;
? ? }
? ? /**
? ? * 打印日志
? ? * @param log
? ? */
? ? private void Log(String log) {
? ? ? ? Log.e("MainActivity", log);
? ? }
}
創(chuàng)建ApkUtils.java，用來獲取當(dāng)前Apk路徑和安裝新的Apk文件
public class ApkUtils {
? ? /**
? ? * 獲取當(dāng)前應(yīng)用的Apk路徑
? ? * @param context 上下文
? ? * @return
? ? */
? ? public static String getCurApkPath(Context context) {
? ? ? ? context = context.getApplicationContext();
? ? ? ? ApplicationInfo applicationInfo = context.getApplicationInfo();
? ? ? ? String apkPath = applicationInfo.sourceDir;
? ? ? ? return apkPath;
? ? }
? ? /**
? ? * 安裝Apk
? ? * @param context 上下文
? ? * @param apkPath Apk路徑
? ? */
? ? public static void installApk(Context context, String apkPath) {
? ? ? ? File file = new File(apkPath);
? ? ? ? if(file.exists()) {
? ? ? ? ? ? Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_VIEW);
? ? ? ? ? ? intent.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
? ? ? ? ? ? intent.setDataAndType(Uri.fromFile(file), "application/vnd.android.package-archive");
? ? ? ? ? ? context.startActivity(intent);
? ? ? ? }
? ? }
}
創(chuàng)建SignUtils.java，用來校驗(yàn)增量文件和合成的新Apk文件MD5值是否與服務(wù)器給的值相同
public class SignUtils {
? ? /**
? ? * 判斷文件的MD5值是否為指定值
? ? * @param file1
? ? * @param md5
? ? * @return
? ? */
? ? public static boolean checkMd5(File file1, String md5) {
? ? ? ? if(TextUtils.isEmpty(md5)) {
? ? ? ? ? ? throw new RuntimeException("md5 cannot be empty");
? ? ? ? }
? ? ? ? if(file1 != null && file1.exists()) {
? ? ? ? ? ? String file1Md5 = getMd5ByFile(file1);
? ? ? ? ? ? return file1Md5.equals(md5);
? ? ? ? }
? ? ? ? return false;
? ? }
? ? /**
? ? * 獲取文件的MD5值
? ? * @param file
? ? * @return
? ? */
? ? public static String getMd5ByFile(File file) {
? ? ? ? String value = null;
? ? ? ? FileInputStream in = null;
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? in = new FileInputStream(file);
? ? ? ? ? ? MessageDigest digester = MessageDigest.getInstance("MD5");
? ? ? ? ? ? byte[] bytes = new byte[8192];
? ? ? ? ? ? int byteCount;
? ? ? ? ? ? while ((byteCount = in.read(bytes)) > 0) {
? ? ? ? ? ? ? ? digester.update(bytes, 0, byteCount);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? value = bytes2Hex(digester.digest());
? ? ? ? } catch (Exception e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? } finally {
? ? ? ? ? ? if (null != in) {
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? in.close();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (IOException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? ? ? return value;
? ? }
? ? private static String bytes2Hex(byte[] src) {
? ? ? ? char[] res = new char[src.length * 2];
? ? ? ? final char hexDigits[] = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'};
? ? ? ? for (int i = 0, j = 0; i < src.length; i++) {
? ? ? ? ? ? res[j++] = hexDigits[src[i] >>> 4 & 0x0f];
? ? ? ? ? ? res[j++] = hexDigits[src[i] & 0x0f];
? ? ? ? }
? ? ? ? return new String(res);
? ? }
}
