深入探索Android热修复技术原理读书笔记 —— 热修复技术介绍

1.1 什么是热修复

对于广大的移动开发者而言,发版更新是最为寻常不过的事了。然而,如果你 发现刚发出去的包有紧急的BUG需要修复,那你就必须需要经过下面这样的流程:

 

这就是传统的更新流程,步骤十分繁琐。总的来说,传统流程存在这几大弊端:

  • 重新发布版本代价太大

  • 用户下载安装成本太高

  • BUG 修复不及时,用户体验太差

相应的,许多开发者找到了比较合适的解决办法。

  1. Hybrid 方案。也就是把需要经常变更的业务逻辑以 H5 的方式独立出来。而这种方案, 需要传统的 java 开发者学习前端语言,不仅增加了学习成本,而且还要对原先的逻辑 进行合适的抽象和转换。并且,对于无法转为 H5 形式的代码仍旧是无法修复的。

  2. 使用插件化方案来解决问题,像 Atlas 或者 DroidPlugin 方案。 而这类方式,移植成本非常高,还要学习整套插件化工具,对原先老代码的改造。

于是,热修复技术应运而生了。

1.2 技术沉淀

阿里系:

  • Dexposed:基于Xposed改进,针对Android Dalvik虚拟机运行的Java Method Hook技术,但无法兼容Android5.0以后的虚拟机

  • Andfix:也是一种底层替换的方案,做到了 Dalvik 和 ART 的兼容

  • Hotfix:结合实际工程中的使用Andfix的经验,推出阿里百川Hotfix,但只提供了代码层面的修复,对于资源和so的修复还未实现

  • Sophix:2017年6月推出Sophix,打破了各家纷争的局面,在代码修复,资源修复,so修复方面,都做到了业界领先

其他著名的热修复,但是各自有各自的局限性,补丁过大,效率低下,不够稳定,用起来繁琐:

  • 腾讯 QQ 空间的超级补丁

  • 微信的 Tinker

  • 饿了么的 Amigo

  • 美团的 Robust

1.3 详细比较

Sophix和Tinker与Amigo的比较:

各项指标都占优,唯一不支持的就是四大组件的修复

1.4 技术概览

1.4.1 设计理念

Sophix 的设计理念,就是非侵入性

  • 最终的实现只有两个生成的新旧 apk,唯一要做的就是初始化和请求补丁两行代码

  • 不会侵入 apk 的 build 流程中

  • 不改变任何打包组件

  • 不插入任何 AOP 代码

1.4.2 代码修复

代码修复有两大主要方案,一种是阿里系的底层替换方案,另一种是腾讯系的类加载方案。

两种方案各有优劣:

  • 底层替换方案限制颇多,但时效性最好,加载轻快,立即见效。

  • 类加载方案时效性差,需要重新冷启动才能见效,但修复范围广,限制少。

底层替换方案

底层替换方案是在已经加载了的类中直接替换掉原有方法,是在原来类的基础上进行修改的。因而无法实现对与原有类进行方法和字段的增减,因为这样将破坏原有类的结构。

一旦补丁类中出现了方法的增加和减少,就会导致这个类以及整个 Dex 的方法数的变化。方法数的变化伴随着方法索引的变化,这样在访问方法时就无法正常地索引到正确的方法了。如果字段发生了增加和减少,和方法变化的情况一样,所有字段 的索引都会发生变化。并且更严重的问题是,如果在程序运行中间某个类突然增加了 —个字段,那么对于原先已经产生的这个类的实例,它们还是原来的结构,这是无法改变的。而新方法使用到这些老的实例对象时,访问新增字段就会产生不可预期 的结果。

这是这类方案的固有限制,而底层替换方案最为人诟病的地方,在于底层替换的不稳定性。

通过对代码的底层替换原理重新进行了深入思考,从克服其限制和兼容性入 手,以一种更加优雅的替换思路,实现了即时生效的代码热修复。

采用一种无视底层具体结构的替换方式,这种方式不仅解决了兼容性问题,并且由于忽略了底层ArtMethod结构的差异,对于所有的Android版本都不 再需要区分,代码量大大减少。即使以后的Android版本不断修改ArtMethod 成员,只要保证ArtMethod数组仍是以线性结构排列,就能直接适用于将来的 Android 8.0、9.0等新版本,无需再针对新的系统版本进行适配了。

类加载方案

类加载方案的原理是在 app 重新启动后让 Classloader 去加载新的类。因为在 app运行到一半的时候,所有需要发生变更的类已经被加载过了,在 Android 上无法对一个类进行卸载的。如果不重启,原来的类还在虚拟机中,就无法加载新类。 因此,只有在下次重启的时候,在还没走到业务逻辑之前抢先加载补丁中的新类,这样后续访问这个类时,就会Resolve为新类。从而达到热修复的目的。

再来看看腾讯系三大类加载方案的实现原理。

  1. QQ 空间方案会侵入打包流程,并 且为了 hack 添加一些无用的信息,实现起来很不优雅。

  2. QFix 的方案,需要获取 底层虚拟机的函数,不够稳定可靠,并且有个比较大的问题是无法新增public函数。

  3. 微信的 Tinker 方案是完整的全量 dex 加载,并且可谓是将补丁合成做到了极致。Tinker 的合成方案,是从 dex 的方法和指令维度进行全量合成,整个过程都是自己研发的。虽然可以很大地节省空间,但由于对dex内容的比较粒度过细,实现较为复杂,性能消耗比较严重。实际 上,dex 的大小占整个apk的比例是比较低的,一个 app 里面的dex文件大小并不 是主要部分,而占空间大的主要还是资源文件。因此,Tinker 方案的时空代价转换的性价比不高。

dex 比较的最佳粒度,应该是在类的维度。它既不像方法和指令维度那样的细微,也不像 bsbiff 比较那般的粗糙。在类的维度,可以达到时间和空间平衡的最 佳效果。基于这个准则,另辟蹊径,实现了一种完全不同的全量dex替换方案。

  • 直接利用 Android 原先的类查找和合成机制,快速合成新的全量 dex。么一来,既不需要处理合成时方法数超过的情况,对于 dex 的结构也不用进行破坏性重构。

  • 重新编排了包中dex的顺序。虚拟机查找类的时候,会优先找到 classes.dex 中的类,然后才是 classes2.dex、classes3.dex,也可以看做是 dex 文件级别的类插桩方案。这个方式对旧包与补丁包中 classes.dex 的顺 序进行了打破与重组,最终使得系统可以自然地识别到这个顺序,以实现类覆盖的目 的。大大减少合成补丁的开销。

双剑合璧

既然底层替换方案和类加载方案各有其优点,把他们联合起来不是最好的选择吗?

Sophix的代码修复体系正是同时涵盖了这两种方案。两种方案的结合,可以实现优势互补,完全兼顾的作用,可以灵活地根据实际情况自动切换。

在补丁生成阶段,补丁工具会根据实际代码变动情况进行自动选择,

  • 针对小修改,在底层替换方案限制范围内的,就直接采用底层替换修复吗,这样可以做到代码修复即时生效。

  • 对于代码修改超出底层替换限制的,会使用类加载替换,这样虽然及时性没那么好,但总归可以达到热修复的目的。

  • 运行时阶段,Sophix 还会再判断所运行的机型是否支持热修复,这样即使补丁支持热修复,但由于机型底层虚拟机构造不支持,还是会走类加载修复,从而达到最好的兼容性。

1.4.3 资源修复

目前市面上的很多资源热修复方案基本上都是参考了 Instant Run 的实现。实际 上,Instant Run 的推出正是推动这次热修复浪潮的主因,各家热修复方案,在代码、 资源等方面的实现,很大程度上地参考了 Instant Run的代码,而资源修复方案正是 被拿来用到最多的地方。

简要说来,Instant Run 中的资源热修复分为两步:

  1. 构造一个新的AssetManager,并通过反射调用 addAssetPath,把这个完 整的新资源包加入到 AssetManager 中。这样就得到了一个含有所有新资源 AssetManager。

  2. 找到所有之前引用到原有AssetManager的地方,通过反射,把引用处替换 AssetManager 。

新的实现方式:构造了一个 package id 为 0x66 的资源包,这个包里只包含改变了的资源项,然后直接在原有 AssetManager 中 addAssetPath 这个包就可以了。由于补丁包的 package id 为 0x66,不与目前已经加载的 0x7f 冲突,因此直接加入到已有的 AssetManager 中就可以直接使用了。

补丁包里面的资源,只包含原有包里面没有而新的包里面有的新增资源,以及原有内容发生了改变的资源。并且,我们采用了更加优雅的替换方式,直接在原有的 AssetManager 对象上进行析构和重构,这样所有原先对 AssetManager对象的引用是没有发生改变的,所以就不需要像Instant Run 那样 进行繁琐的修改了。

可以说,我们的资源修复方案,优越性超过了 Google官方的Instant Run 案。整个资源替换的方案优势在于:

  • 不修改 AssetManager 的引用处,替换更快更完全。(对比 Instanat Run  及所有 copycat 的实现)

  • 不必下发完整包,补丁包中只包含有变动的资源。(对比 Instanat Runs Amigo 等方式的实现)

  • 不需要在运行时合成完整包。不占用运行时计算和内存资源。(对比 Tinker 实现)

1.4.4 SO库修复

SO 库的修复本质上是对 native 方法的修复和替换。

我们采用的是类似类修复反射注入方式。把补丁 so 库的路径插入到 nativeLi- braryDirectories 数组的最前面,就能够达到加载 so 库的时候是补丁 so 库,而不是原来 so 库的目录,从而达到修复的目的。

采用这种方案,完全由 Sophix 在启动期间反射注入 patch 中的 so 库。对开发者依然是透明的。不用像某些其他方案需要手动替换系统的 System.load 来实现替 换目的。

1.5 本章小结

本章介绍了热修复技术的主要使用场景和为业界带来的变化。详细说明了阿里巴巴推出的热修复解决方案 Sophix 的由来,同时与其他各大主流方案进行了比较。另外,粗略介绍了热修复所涉及的各个方面,并引导概述后续各个章节。

  

参考文章

深入探索Android热修复技术原理读书笔记——第一章:热修复技术介绍

深入探索Android热修复技术原理[book]

 

posted @ 2021-05-06 16:05  huansky  阅读(571)  评论(0编辑  收藏  举报