安卓 App 热补丁动态修复技术介绍

作者:johncz

1.背景

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。

这时候就提出一个问题: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?

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: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。

2.实际案例

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,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。

3.解决方案

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

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?

让我们来看看类加载的代码:

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。

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:

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:

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。

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):

为什么会出现以上问题呢?

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:

  1. ModuleManager在classes.dex中
  2. QzoneActivityManager在patch.dex中

结果发生了错误。

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?

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:

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:

如果引用者(也就是ModuleManager)这个类被打上了CLASS_ISPREVERIFIED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?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:

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。

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?

此代码在DexVerify.cpp中,如下:

  1. 验证clazz->directMethods方法,directMethods包含了以下方法:
  2. static方法
    1. private方法
    2. 构造函数
  3. clazz->virtualMethods
  4. 虚函数=override方法?

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CLASS_ISPREVERIFIED:

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。

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:

System.out.println(AntilazyLoad.class);

}`

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。

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。

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)

其中:

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。

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。

隐患:

    虚拟机在安装期间为类打上CLASS_ISPREVERIFIED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。

如何打包补丁包:

  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。
  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。

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。

文章来源公众号:QQ空间终端开发团队(qzonemobiledev)

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