Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍

   <h2><strong>1.背景</strong></h2>    <p>当一个App发布之后，突然发现了一个严重bug需要进行紧急修复，这时候公司各方就会忙得焦头烂额：重新打包App、测试、向各个应用市场和渠道换包、提示用户升级、用户下载、覆盖安装。有时候仅仅是为了修改了一行代码，也要付出巨大的成本进行换包和重新发布。</p>    <p>这时候就提出一个问题：<strong>有没有办法以补丁的方式动态修复紧急Bug，不再需要重新发布App，不再需要用户重新下载，覆盖安装？</strong></p>    <p>虽然Android系统并没有提供这个技术，但是很幸运的告诉大家，答案是：<strong>可以，我们QQ空间提出了热补丁动态修复技术来解决以上这些问题。</strong></p>    <h2><strong>2.实际案例</strong></h2>    <p>空间Android独立版5.2发布后，收到用户反馈，结合版无法跳转到独立版的访客界面，每天都较大的反馈。在以前只能紧急换包，重新发布。成本非常高，也影响用户的口碑。最终决定使用热补丁动态修复技术，<strong>向用户下发Patch，在用户无感知的情况下，修复了外网问题，取得非常好的效果。</strong></p>    <h2><strong>3.解决方案</strong></h2>    <p>该方案基于的是android dex分包方案的，关于dex分包方案，网上有几篇解释了，所以这里就不再赘述，具体可以看这里<a href="/misc/goto?guid=4959672699723549436" rel="nofollow noreferrer">Android dex分包方案</a>。</p>    <p>简单的概括一下，就是把多个dex文件塞入到app的classloader之中，但是android dex拆包方案中的类是没有重复的，如果classes.dex和classes1.dex中有重复的类，当用到这个重复的类的时候，系统会选择哪个类进行加载呢？</p>    <p>让我们来看看类加载的代码：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9659eb93961087448471d43cc6c2b14b.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="653"></p>    <p>一个ClassLoader可以包含多个dex文件，每个dex文件是一个Element，多个dex文件排列成一个有序的数组dexElements，当找类的时候，会按顺序遍历dex文件，然后从当前遍历的dex文件中找类，如果找类则返回，如果找不到从下一个dex文件继续查找。</p>    <p>理论上，如果在不同的dex中有相同的类存在，那么会优先选择排在前面的dex文件的类，如下图：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c3d8d50bdf89d50bf5254387ae761ccc.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="1190" height="523">在此基础上，我们构想了热补丁的方案，把有问题的类打包到一个dex（patch.dex）中去，然后把这个dex插入到Elements的最前面，如下图：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/eb9ff37ffbd163b9b0572b10c9882f7c.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="258"></p>    <p>好，该方案基于第二个拆分dex的方案，方案实现如果懂拆分dex的原理的话，大家应该很快就会实现该方案，如果没有拆分dex的项目的话，可以参考一下谷歌的multidex方案实现。然后在插入数组的时候，把补丁包插入到最前面去。</p>    <p>好，看似问题很简单，轻松的搞定了，让我们来试验一下，修改某个类，然后打包成dex，插入到classloader，当加载类的时候出现了（本例中是QzoneActivityManager要被替换）：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/113c874447f2123284bf1e8c0cd1308d.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="264"></p>    <p><strong>为什么会出现以上问题呢？</strong></p>    <p><strong>从log的意思上来讲，ModuleManager引用了QzoneActivityManager，但是发现这这两个类所在的dex不在一起，其中：</strong></p>    <p><strong>1. ModuleManager在classes.dex中</strong></p>    <p><strong>2. QzoneActivityManager在patch.dex中</strong></p>    <p><strong>结果发生了错误。</strong></p>    <p><strong>这里有个问题,拆分dex的很多类都不是在同一个dex内的,怎么没有问题?</strong></p>    <p><strong>让我们搜索一下抛出错误的代码所在，嘿咻嘿咻，找到了一下代码：</strong></p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/fcdd165de5baf1c89529e0f8fb4c6dbe.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="1453"> 从代码上来看，如果两个相关联的类在不同的dex中就会报错，但是拆分dex没有报错这是为什么，原来这个校验的前提是：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/86850d57484a295d4d57ccefa340c2c9.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="105"></p>    <p>如果引用者（也就是ModuleManager）这个类被打上了<strong>CLASS_ISPREVERIF</strong><strong>IED</strong>标志，那么就会进行dex的校验。那么这个标志是什么时候被打上去的？</p>    <p><strong>让我们在继续搜索一下代码，嘿咻嘿咻~~，在DexPrepare.cpp找到了一下代码：</strong></p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/40844c7ed286c9ad27af5ce9fe7d7c21.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="447"></p>    <p>这段代码是dex转化成odex(dexopt)的代码中的一段，我们知道当一个apk在安装的时候，apk中的classes.dex会被虚拟机(dexopt)优化成odex文件，然后才会拿去执行。</p>    <p>虚拟机在启动的时候，会有许多的启动参数，其中一项就是verify选项，当verify选项被打开的时候，上面doVerify变量为true，那么就会执行dvmVerifyClass进行类的校验，如果dvmVerifyClass校验类成功，那么这个类会被打上CLASS_ISPREVERIFIED的标志，那么具体的校验过程是什么样子的呢？</p>    <p>此代码在DexVerify.cpp中，如下：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/dac944806231cf3429fd23336a826882.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="305"></p>    <p>1. 验证clazz->directMethods方法，directMethods包含了以下方法：</p>    <p>1. static方法</p>    <p>2. private方法</p>    <p>3. 构造函数</p>    <p>2. clazz->virtualMethods</p>    <p>1. 虚函数=override方法?</p>    <p>概括一下就是如果以上方法中直接引用到的类（第一层级关系，不会进行递归搜索）和clazz都在同一个dex中的话，那么这个类就会被打上<strong>CLASS_ISPREVERIFIED</strong>：</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/44413e32306cca91766ecfd90fffa983.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="609"></p>    <p><strong>所以为了实现补丁方案，所以必须从这些方法中入手，防止类被打上CLASS_ISPREVERIFIED标志。</strong></p>    <p><strong>最终空间的方案是往所有类的构造函数里面插入了一段代码，代码如下：</strong></p>    <p>if (ClassVerifier.PREVENT_VERIFY) {</p>    <p>System.out.println(AntilazyLoad.class);</p>    <p>}</p>    <p><strong>其中AntilazyLoad类会被打包成单独的hack.dex，这样当安装apk的时候，classes.dex内的类都会引用一个在不相同dex中的AntilazyLoad类，这样就防止了类被打上CLASS_ISPREVERIFIED的标志了，只要没被打上这个标志的类都可以进行打补丁操作。</strong></p>    <p><strong>然后在应用启动的时候加载进来.AntilazyLoad类所在的dex包必须被先加载进来,不然AntilazyLoad类会被标记为不存在，即使后续加载了hack.dex包，那么他也是不存在的，这样屏幕就会出现茫茫多的类AntilazyLoad找不到的log。</strong></p>    <p><strong>所以Application作为应用的入口不能插入这段代码。（因为载入hack.dex的代码是在Application中onCreate中执行的，如果在Application的构造函数里面插入了这段代码，那么就是在hack.dex加载之前就使用该类，该类一次找不到，会被永远的打上找不到的标志)</strong></p>    <p>其中:</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/33c99036035dac28e70bb392b1f30c05.jpg" alt="Android(安卓)App热补丁动态修复技术介绍" width="600" height="114"></p>    <p>之所以选择构造函数是因为他不增加方法数，一个类即使没有显式的构造函数，也会有一个隐式的默认构造函数。</p>    <p>空间使用的是在字节码插入代码,而不是源代码插入，使用的是javaassist库来进行字节码插入的。</p>    <h2>隐患:</h2>    <p>虚拟机在安装期间为类打上<strong>CLASS_ISPREVERIFIED</strong>标志是为了提高性能的，我们强制防止类被打上标志是否会影响性能？这里我们会做一下更加详细的性能测试．但是在大项目中拆分dex的问题已经比较严重，很多类都没有被打上这个标志。</p>    <p>如何打包补丁包：</p>    <p>１. 空间在正式版本发布的时候，会生成一份缓存文件，里面记录了所有class文件的md5，还有一份mapping混淆文件。</p>    <p>２. 在后续的版本中使用-applymapping选项，应用正式版本的mapping文件，然后计算编译完成后的class文件的md5和正式版本进行比较，把不相同的class文件打包成补丁包。</p>    <p><strong>备注:该方案现在也应用到我们的编译过程当中,编译不需要重新打包dex,只需要把修改过的类的class文件打包成patch dex,然后放到sdcard下,那么就会让改变的代码生效。</strong></p>    <p><strong>来自：</strong><strong>https://zhuanlan.zhihu.com/p/20308548</strong></p>