安卓App熱補丁動態修復技術介紹

來自qq空間團隊：微信號qzonemobiledev
QQ空間終端開發團隊

1.背景

當一個App發布之后，突然發現了一個嚴重bug需要進行緊急修復，這時候公司各方就會忙得焦頭爛額：重新打包App、測試、向各個應用市場和渠道換包、提示用戶升級、用戶下載、覆蓋安裝。有時候僅僅是為了修改了一行代碼，也要付出巨大的成本進行換包和重新發布。

這時候就提出一個問題：有沒有辦法以補丁的方式動態修復緊急Bug，不再需要重新發布App，不再需要用戶重新下載，覆蓋安裝？

雖然Android系統并沒有提供這個技術，但是很幸運的告訴大家，答案是：可以，我們QQ空間提出了熱補丁動態修復技術來解決以上這些問題。

2.實際案例

空間Android獨立版5.2發布后，收到用戶反饋，結合版無法跳轉到獨立版的訪客界面，每天都較大的反饋。在以前只能緊急換包，重新發布。成本非常高，也影響用戶的口碑。最終決定使用熱補丁動態修復技術，向用戶下發Patch，在用戶無感知的情況下，修復了外網問題，取得非常好的效果。

3.解決方案

該方案基于的是android dex分包方案的，關于dex分包方案，網上有幾篇解釋了，所以這里就不再贅述，具體可以看這里https://m.oschina.net/blog/308583。

簡單的概括一下，就是把多個dex文件塞入到app的classloader之中，但是android dex拆包方案中的類是沒有重復的，如果classes.dex和classes1.dex中有重復的類，當用到這個重復的類的時候，系統會選擇哪個類進行加載呢？

讓我們來看看類加載的代碼：

一個ClassLoader可以包含多個dex文件，每個dex文件是一個Element，多個dex文件排列成一個有序的數組dexElements，當找類的時候，會按順序遍歷dex文件，然后從當前遍歷的dex文件中找類，如果找類則返回，如果找不到從下一個dex文件繼續查找。

理論上，如果在不同的dex中有相同的類存在，那么會優先選擇排在前面的dex文件的類，如下圖：

在此基礎上，我們構想了熱補丁的方案，把有問題的類打包到一個dex（patch.dex）中去，然后把這個dex插入到Elements的最前面，如下圖：

好，該方案基于第二個拆分dex的方案，方案實現如果懂拆分dex的原理的話，大家應該很快就會實現該方案，如果沒有拆分dex的項目的話，可以參考一下谷歌的multidex方案實現。然后在插入數組的時候，把補丁包插入到最前面去。

好，看似問題很簡單，輕松的搞定了，讓我們來試驗一下，修改某個類，然后打包成dex，插入到classloader，當加載類的時候出現了（本例中是QzoneActivityManager要被替換）：

為什么會出現以上問題呢？

從log的意思上來講，ModuleManager引用了QzoneActivityManager，但是發現這這兩個類所在的dex不在一起，其中：

1. ModuleManager在classes.dex中

2. QzoneActivityManager在patch.dex中

結果發生了錯誤。

這里有個問題,拆分dex的很多類都不是在同一個dex內的,怎么沒有問題?

讓我們搜索一下拋出錯誤的代碼所在，嘿咻嘿咻，找到了一下代碼：

從代碼上來看，如果兩個相關聯的類在不同的dex中就會報錯，但是拆分dex沒有報錯這是為什么，原來這個校驗的前提是：

如果引用者（也就是ModuleManager）這個類被打上了CLASS_ISPREVERIFIED標志，那么就會進行dex的校驗。那么這個標志是什么時候被打上去的？讓我們在繼續搜索一下代碼，嘿咻嘿咻~~，在DexPrepare.cpp找到了一下代碼：

這段代碼是dex轉化成odex(dexopt)的代碼中的一段，我們知道當一個apk在安裝的時候，apk中的classes.dex會被虛擬機(dexopt)優化成odex文件，然后才會拿去執行。
虛擬機在啟動的時候，會有許多的啟動參數，其中一項就是verify選項，當verify選項被打開的時候，上面doVerify變量為true，那么就會執行dvmVerifyClass進行類的校驗，如果dvmVerifyClass校驗類成功，那么這個類會被打上CLASS_ISPREVERIFIED的標志，那么具體的校驗過程是什么樣子的呢？

此代碼在DexVerify.cpp中，如下：

1. 驗證clazz->directMethods方法，directMethods包含了以下方法：

1. static方法

2. private方法

3. 構造函數

2. clazz->virtualMethods

1. 虛函數=override方法?

概括一下就是如果以上方法中直接引用到的類（第一層級關系，不會進行遞歸搜索）和clazz都在同一個dex中的話，那么這個類就會被打上CLASS_ISPREVERIFIED：

所以為了實現補丁方案，所以必須從這些方法中入手，防止類被打上CLASS_ISPREVERIFIED標志。

最終空間的方案是往所有類的構造函數里面插入了一段代碼，代碼如下：

if (ClassVerifier.PREVENT_VERIFY) {

System.out.println(AntilazyLoad.class);

}

其中AntilazyLoad類會被打包成單獨的hack.dex，這樣當安裝apk的時候，classes.dex內的類都會引用一個在不相同dex中的AntilazyLoad類，這樣就防止了類被打上CLASS_ISPREVERIFIED的標志了，只要沒被打上這個標志的類都可以進行打補丁操作。

然后在應用啟動的時候加載進來.AntilazyLoad類所在的dex包必須被先加載進來,不然AntilazyLoad類會被標記為不存在，即使后續加載了hack.dex包，那么他也是不存在的，這樣屏幕就會出現茫茫多的類AntilazyLoad找不到的log。

所以Application作為應用的入口不能插入這段代碼。（因為載入hack.dex的代碼是在Application中onCreate中執行的，如果在Application的構造函數里面插入了這段代碼，那么就是在hack.dex加載之前就使用該類，該類一次找不到，會被永遠的打上找不到的標志)

其中:

之所以選擇構造函數是因為他不增加方法數，一個類即使沒有顯式的構造函數，也會有一個隱式的默認構造函數。

空間使用的是在字節碼插入代碼,而不是源代碼插入，使用的是javaassist庫來進行字節碼插入的。

隱患:

虛擬機在安裝期間為類打上CLASS_ISPREVERIFIED標志是為了提高性能的，我們強制防止類被打上標志是否會影響性能？這里我們會做一下更加詳細的性能測試．但是在大項目中拆分dex的問題已經比較嚴重，很多類都沒有被打上這個標志。

如何打包補丁包：

１. 空間在正式版本發布的時候，會生成一份緩存文件，里面記錄了所有class文件的md5，還有一份mapping混淆文件。

２. 在后續的版本中使用-applymapping選項，應用正式版本的mapping文件，然后計算編譯完成后的class文件的md5和正式版本進行比較，把不相同的class文件打包成補丁包。

備注:該方案現在也應用到我們的編譯過程當中,編譯不需要重新打包dex,只需要把修改過的類的class文件打包成patch dex,然后放到sdcard下,那么就會讓改變的代碼生效。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的App热补丁动态修复技术介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。