簡述

• JAndFix是一種基于Java實現的Android實時熱修復方案，它并不需要重新啟動就能生效。JAndFix是在AndFix的基礎上改進實現，AndFix主要是通過jni實現對method（ArtMethod）結構題內容的替換。JAndFix是通過Unsafe對象直接操作Java虛擬機內存來實現替換。

原理

• 為何JAndfix能夠做到即時生效呢？ 原因是這樣的，在app運行到一半的時候，所有需要發生變更的Class已經被加載過了，在Android上是無法對一個Class進行卸載的。而騰訊系的方案，都是讓Classloader去加載新的類。如果不重啟，原來的類還在虛擬機中，就無法加載新類。因此，只有在下次重啟的時候，在還沒走到業務邏輯之前搶先加載補丁中的新類，這樣后續訪問這個類時，就會Resolve為新的類。從而達到熱修復的目的。JAndfix采用的方法是，在已經加載了的類中直接拿到Method（ArtMethod）在JVM的地址，通過Unsafe直接修改Method（ArtMethod）地址的內容，是在原來類的基礎上進行修改的。我們這就來看一下JAndfix的具體實現。

虛擬機調用方法的原理

為什么這樣替換完就可以實現熱修復呢？這需要從虛擬機調用方法的原理說起。在Android 6.0，art虛擬機中ArtMethod的結構是這個樣子的：

@art/runtime/art_method.hclass ArtMethod FINAL {... ...protected:// Field order required by test "ValidateFieldOrderOfJavaCppUnionClasses".// The class we are a part of.GcRoot<mirror::Class> declaring_class_;// Short cuts to declaring_class_->dex_cache_ member for fast compiled code access.GcRoot<mirror::PointerArray> dex_cache_resolved_methods_;// Short cuts to declaring_class_->dex_cache_ member for fast compiled code access.GcRoot<mirror::ObjectArray<mirror::Class>> dex_cache_resolved_types_;// Access flags; low 16 bits are defined by spec.uint32_t access_flags_;/* Dex file fields. The defining dex file is available via declaring_class_->dex_cache_ */// Offset to the CodeItem.uint32_t dex_code_item_offset_;// Index into method_ids of the dex file associated with this method.uint32_t dex_method_index_;/* End of dex file fields. */// Entry within a dispatch table for this method. For static/direct methods the index is into// the declaringClass.directMethods, for virtual methods the vtable and for interface methods the// ifTable.uint32_t method_index_;// Fake padding field gets inserted here.// Must be the last fields in the method.// PACKED(4) is necessary for the correctness of// RoundUp(OFFSETOF_MEMBER(ArtMethod, ptr_sized_fields_), pointer_size).struct PACKED(4) PtrSizedFields {// Method dispatch from the interpreter invokes this pointer which may cause a bridge into// compiled code.void* entry_point_from_interpreter_;// Pointer to JNI function registered to this method, or a function to resolve the JNI function.void* entry_point_from_jni_;// Method dispatch from quick compiled code invokes this pointer which may cause bridging into// the interpreter.void* entry_point_from_quick_compiled_code_;} ptr_sized_fields_;... ... }

這其中最重要的字段就是entry_point_from_interprete_和entry_point_from_quick_compiled_code_了，從名字可以看出來，他們就是方法的執行入口。我們知道，Java代碼在Android中會被編譯為Dex Code。 art中可以采用解釋模式或者AOT機器碼模式執行。

解釋模式，就是取出Dex Code，逐條解釋執行就行了。如果方法的調用者是以解釋模式運行的，在調用這個方法時，就會取得這個方法的entry_point_from_interpreter_，然后跳轉過去執行。

而如果是AOT的方式，就會先預編譯好Dex Code對應的機器碼，然后運行期直接執行機器碼就行了，不需要一條條地解釋執行Dex Code。如果方法的調用者是以AOT機器碼方式執行的，在調用這個方法時，就是跳轉到entry_point_from_quick_compiled_code_執行。

AndFix的方法替換其本質是ArtMethod指針所指內容的替換。?

變成了這樣的整體替換?

由Unsafe來實現相當于:

//src means source ArtMethod Address,dest mean destinction ArtMethod Addressprivate void replaceReal(long src, long dest) throws Exception {int methodSize = MethodSizeUtils.methodSize();int methodIndexOffset = MethodSizeUtils.methodIndexOffset();//methodIndex need not replace,becase the process of finding method in vtable need methodIndexint methodIndexOffsetIndex = methodIndexOffset / 4;//why 1? index 0 is declaring_class, declaring_class need not replace.for (int i = 1, size = methodSize / 4; i < size; i++) {if (i != methodIndexOffsetIndex) {int value = UnsafeProxy.getIntVolatile(dest + i * 4);UnsafeProxy.putIntVolatile(src + i * 4, value);}}}

so easy,JAndFix就這樣完成了方法替換。值得一提的是，由于忽略了底層ArtMethod結構的差異，對于所有的Android版本都不再需要區分，而統一以Unsafe實現即可，代碼量大大減少。即使以后的Android版本不斷修改ArtMethod的成員，只要保證ArtMethod數組仍是以線性結構排列，就能直接適用于將來的Android 8.0、9.0等新版本，無需再針對新的系統版本進行適配了。事實也證明確實如此，當我們拿到Google剛發不久的Android O(8.0)開發者預覽版的系統時。

對比方案

名字公司實現語言及時生效方法替換方法的增加減少Android版本機型性能損耗補丁大小回滾易用性

JAndFix	阿里天貓	JAVA	支持	支持	不支持	4.0+	ALL	小	小	支持	好
AndFix	阿里支付寶	C	支持	支持	不支持	4.0+	極少部分不支持	小	小	支持	好
Tinker	騰訊	JAVA	不支持	支持	支持	ALL	ALL	小	小	不支持	好
Robust	美團	JAVA	支持	不支持	不支持	ALL	ALL	大	小	支持	差（需要反射調用,需要打包插件支持）
Dexposed	個人	C	支持	支持	不支持	4.0+	部分不支持	小	小	支持	差（需要反射調用）

如何使用

try {Method method1 = Test1.class.getDeclaredMethod("string");Method method2 = Test2.class.getDeclaredMethod("string");MethodReplaceProxy.instance().replace(method1, method2);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}

Running DEMO

• 把整個項目放入你的IDE即可（Android Studio）

注意

Proguard

-keep class com.tmall.wireless.jandfix.MethodSizeCase { *;}

解釋實現

• 我以Android Art 6.0的實現來解釋為什么這樣實現就可實現方法替換

package com.tmall.wireless.jandfix;import java.lang.reflect.Field; import java.lang.reflect.Method;/*** Created by jingchaoqinjc on 17/5/15.*/public class MethodReplace6_0 implements IMethodReplace {static Field artMethodField;static {try {Class absMethodClass = Class.forName("java.lang.reflect.AbstractMethod");artMethodField = absMethodClass.getDeclaredField("artMethod");artMethodField.setAccessible(true);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void replace(Method src, Method dest) {try {long artMethodSrc = (long) artMethodField.get(src);long artMethodDest = (long) artMethodField.get(dest);replaceReal(artMethodSrc, artMethodDest);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}private void replaceReal(long src, long dest) throws Exception {// ArtMethod struct sizeint methodSize = MethodSizeUtils.methodSize();int methodIndexOffset = MethodSizeUtils.methodIndexOffset();//methodIndex need not replace,becase the process of finding method in vtableint methodIndexOffsetIndex = methodIndexOffset / 4;//why 1? index 0 is declaring_class, declaring_class need not replace.for (int i = 1, size = methodSize / 4; i < size; i++) {if (i != methodIndexOffsetIndex) {int value = UnsafeProxy.getIntVolatile(dest + i * 4);UnsafeProxy.putIntVolatile(src + i * 4, value);}}} }

1.declaring_class不能替換，為什么不能替換，是因為JVM去調用方式時很多地方都要對declaring_class進行檢查。替換declaring_class會導致未知的錯誤。 2.methodIndex 不能替換，因為public proected等簡介尋址的訪問權限，本質在尋找方法的時候會查找virtual_methods_，而virtual_methods_是個ArtMethod數組對象，需要通過methodIndex來查找，如果你的methodIndex不對會導致方法尋址出錯。 3.為什么AbstractMethod類中對應的artMethod屬性的值可以作為c層ArtMethod的地址直接使用？看源碼：

@@art/mirror/abstract_method.cc ArtMethod* AbstractMethod::GetArtMethod() {return reinterpret_cast<ArtMethod*>(GetField64(ArtMethodOffset())); }@@art/mirror/abstract_method.h static MemberOffset ArtMethodOffset() {return MemberOffset(OFFSETOF_MEMBER(AbstractMethod, art_method_));}

從源碼可以看出C層在獲取ArtMethod的地址，實際上就是把AbstractMethod的artMethod強制轉換成了ArtMethod*指針，及我們在Java拿到的artMethod就是c層ArtMethod的實際地址。是不是很簡單。

參考

• Unsafe
• AndFix

原文地址：　https://github.com/cmzy/JAndFix

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JAndFix: 基于Java实现的Android实时热修复方案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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