Tinker热修复实现原理

bobby_developer
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2. Tinkder热修复原理

2.1 热修复原理讲解

Android里面加载类主要用到了两个类加载器，一个是PathClassLoader，另一个是DexClassLoader，应用程序中的类一般都是通过PathClassLoader来加载类的，不信你在Activity里面调用getClassLoader()方法，然后看得到的ClassLoader对象的类型是不是PathClassLoader类型，答案是肯定的。

  • PathClassLoader类的源码：

image.png

这是Android 6.0源码里面的PathClassLoader类，注意看类开头的注释：“Android uses this class for its system class loader and for its application class loader”，看到这我们应该明白这个类是干嘛的了吧，意思就是Android将此类用于其系统类加载器及其应用程序类加载器。也就是说，我们的Android应用程序，无论是系统的java类或是你自己写的类，都是通过PathClassLoader来加载的。

  • DexClassLoader

    DexClassLoader是干嘛的呢？我们看下DexClassLoader的源码中对它的介绍：

image.png

看标注1处“A class loader that loads classes from {@code .jar} and {@code .apk} files containing a {@code classes.dex} entry. This can be used to execute code not installed as part of an application.”，这说明这个类主要用于加载包含在dex和apk文件中的类，这可用于执行未作为应用程序的一部分安装的代码。也就是说，它可以加载那些未被系统安装的类。

  • 重点知识

    我们Android为什么要再实现两个类加载器而不是用java里面已经实现好的类加载器呢？原因是Android中对虚拟机做了很多优化，传统java的ClassLoader可以加载Class文件，而在Android中并不是这样，无论是dalvik还是art，它们加载的不再是class文件，而是dex文件。大家都知道，我们生成的apk文件解压后会发现里面有classes.dex文件，如果你引入了multidex，解压出的安装包里面会有多个dex文件，而我们今天要讲的tinker热修复原理，就是在这些dex中做文章。

image.png

Android在加载一个类的时候，会去众多的dex文件里面有顺序的找，比如要找一个Man.class类，先会从classes.dex里面找，如果没找到，会继续去第二个classes2.dex文件里面找，如果找不到，依次往下一个dex包里面找，如果所有的dex里面都没有，就会抛出异常。

  • PathClassLoader源码追踪

    PathClassLoader ->BaseDexClassLoader -> DexPathList->findClass

    重点来了，我们看DexPathList的findClass方法，它会从内部的dexElements数组里面遍历Element去寻找这个类文件。那么这个dexElements是从哪里来的呢？它是从DexPathList的构造方法里面创建的，根据构造方法传入的dexpath按一定的规则拿到路径下的所有dex包，然后封装成Element对象。那么这个findClass方法就很好理解了，它会去遍历dexElements，一个一个的找是否有要寻找的class，如果有就返回，没有就继续往下一个dex里面找，如果所有的dex都没找到这个类，就抛出异常。

  • 热修复核心加载原理

    首先我们需要在代码里把这个类的bug给修复，然后打出修复后的apk包，并把这个类放入修复后的apk的特定dex里(注：把class放入特定的dex并做出这个拆分包是一项略微麻烦的操作，这里我们只需要知道要把这个dex拿到去替换就行，同时tinker也给我们提供了工具),这样我们就能拿到修复好的含有Test类的dex了，接着就是如何把修复好的dex包放到用户手机上，让classloader去加载修复好的dex了。把dex放入用户手机这一步肯定需要一个放dex的服务器，然后app启动的时候根据版本去服务器请求是否有dex，如果有就下载下来放入特定的目录，然后apk下次启动的时候就可以把修复好的dex插入dexElements数组的前面，这样应用程序通过PathClassLoader去加载类就会优先找到修复好的dex里面的Test类，这样bug就被修复了。

  • 加载Dex文件

    //dex表示已经拿到修复好的dex文件 File dex = context.getDir("dexpath", Context.MODE_PRIVATE); String optimizeDir = dex.getAbsolutePath() + File.separator + "opt_dex"; File fopt = new File(optimizeDir); //创建一个DexClassLoader去加载这个dex DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(dex.getAbsolutePath(), fopt.getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());

    然后我们还需要拿到系统的classLoader，通过反射获取到它的dexElements，然后把dexClassLoader的dexElements插入系统classLoader的dexElements前面，这样我们的系统再去找这个Test类，就会优先找到我们修复包里面的Test类，便达到修复bug的目的。

  • 热修复核心代码

    public void loadDex(Context context) {
    
    //dex表示已经拿到修复好的dex文件
    File dex = context.getDir("dexpath", Context.MODE_PRIVATE);
    String optimizeDir = dex.getAbsolutePath() + File.separator + "opt_dex";
    File fopt = new File(optimizeDir);
    //创建一个DexClassLoader去加载这个dex
    DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(dex.getAbsolutePath(), fopt.getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());
    
    //系统的classLoader
    PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
try {
    //1.先获取到dexClassLoader里面的DexPathList类型的pathList
    Class myDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
    Field  myPathListFiled=myDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
    myPathListFiled.setAccessible(true);
    Object myPathListObject =myPathListFiled.get(dexClassLoader);
    
    //2.通过DexPathList拿到dexElements对象
    Class  myPathClazz=myPathListObject.getClass();
    Field  myElementsField = myPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
    myElementsField.setAccessible(true);
    Object myElements=myElementsField.get(myPathListObject);
​
    //3.拿到应用程序使用的类加载器的pathList
    Class baseDexClazzLoader=Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
    Field  pathListFiled=baseDexClazzLoader.getDeclaredField("pathList");
    pathListFiled.setAccessible(true);
    Object pathListObject = pathListFiled.get(pathClassLoader);
    
    //4.获取到系统的dexElements对象
    Class  systemPathClazz=pathListObject.getClass();
    Field  systemElementsField = systemPathClazz.getDeclaredField("dexElements");
    systemElementsField.setAccessible(true);
    Object systemElements=systemElementsField.get(pathListObject);
    
    //5.新建一个Element[]类型的dexElements实例
    Class<?> sigleElementClazz = systemElements.getClass().getComponentType();
    int systemLength = Array.getLength(systemElements);
    int myLength = Array.getLength(myElements);
    int newSystenLength = systemLength + myLength;
    Object newElementsArray = Array.newInstance(sigleElementClazz, newSystenLength);
    
    //6.按着先加入dex包里面elment的规律依次加入所有的element，这样就可以保证classLoader先拿到的是修复包里面的Test类。
    for (int i = 0; i < newSystenLength; i++) {
        if (i < myLength) {
            Array.set(newElementsArray, i, Array.get(myElements, i));
        }else {
            Array.set(newElementsArray, i, Array.get(systemElements, i - myLength));
        }
    }
    
    //7.将新的dexElements数组放入系统的classLoader里面。
    Field  elementsField=pathListObject.getClass().getDeclaredField("dexElements");
    elementsField.setAccessible(true);
    elementsField.set(pathListObject,newElementsArray);
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (NoSuchFieldException e) {
    e.printStackTrace();
}
}

反射获取类的变量相信大家如果有反射的知识，一定可以看懂了吧。根据注释里面的7个步骤，我们就可以完成把修复包里面的Test类加载到dexElements的最前面。然后我们只需要在应用程序的进程启动的时候调用这个方法，就可以实现加载Test类的时候加载的是修复包里面的。代码如下：

public class MyAplication extends Application {

@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
    MultiDex.install(base);
    loadDex(base);
    super.attachBaseContext(base);
}
​
//...

}

分析到这里我们应该都明白tinker热修复的原理了！它的核心思想就是根据classLoader的加载机制在应用程序启动的时候把修复好的dex包加在有bug的dex包的前面实现对有bug的类的替换。

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