专栏首页Android技术干货Android避坑指南,Gson与Kotlin碰撞出一个不安全的操作

Android避坑指南,Gson与Kotlin碰撞出一个不安全的操作

先看一个问题

来一起看一段代码:

public class Student  {
    private Student() {
        throw new IllegalArgumentException("can not create.");
    }
    public String name;
}

我们如何通过Java代码创建一个Student对象?

我们先想下通过Java创建对象大概有哪些方式:

  1. new Student() // 私有
  2. 反射调用构造方法 //throw ex
  3. 反序列化 // 需要实现相关序列化接口
  4. clone // 需要实现clone相关接口

好了,已经超出我的知识点范畴了。

不免心中嘀咕:

这题目太偏了,毫无意义,而且文章标题是 Android 避坑指南,看起来毫无关系

是的,确实很偏,跳过这个问题,我们往下看,看看是怎么在Android开发过程中遇到的,而且看完后,这个问题就迎刃而解了。

问题的来源

上周一个群有个小伙伴,遇到了一个Kotlin写的Bean,在做Gson将字符串转化成具体的Bean对象时,发生了一个不符合预期的问题。

因为是他们项目的代码,我就不贴了,我写了个类似的小例子来替代。

对于Java Bean,kotlin可以用data class,网上也有很多博客表示:

在 Kotlin 中,不需要自己动手去写一个 JavaBean,可以直接使用 DataClass,使用 DataClass 编译器会默默地帮我们生成一些函数。

我们先写个Bean:

data class Person(var name: String, var age: Int)

这个Bean是用于接收服务器数据,通过Gson转化为对象的。

简化一下代码为:

val gson = Gson()
val person = gson.fromJson<Person>("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java)

我们传递了一个json字符串,但是没有包含key为name的值,并且注意:

在Person中name的类型是String,也就是说是不允许name=null的

那么上面的代码,我运行起来结果是什么呢?

  1. 报错,毕竟没有传name的值;
  2. 不报错,name 默认值为"";
  3. 不报错,name=null;

感觉1最合理,也符合Kotlin的空安全检查。

验证一下,修改一下代码,看一下输出:

val gson = Gson()
val person = gson.fromJson<Person>("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java)
println(person.name )

输出结果:

null

是不是有些奇怪,感觉意外绕过了Kotlin的空类型检查。

所以那位出问题的同学,在这里之后数据就出了问题,导致一直排查困难。

我们再改一下代码:

data class Person(var name: String, var age: Int): People()

我们让Person继承自People类:

public class People {

    public People(){
        System.out.println("people cons");
    }

}

在People类的构造方法中打印日志。

我们都清楚,正常情况下,一般构造子类对象,必然会先执行父类的构造方法。

运行一下:

没有执行父类构造方法,但对象构造出来了

这里可以猜到,Person对象的构建,并不是常规的构建对象,没有走构造方法。

那么它是怎么做到的呢?

那只能去Gson的源码中取找答案了。

找到其怎么做的,其实就相当于解答了我们文首的问题。

追查原因

Gson这样构造出一个对象,但是没有走父类构造这种,如果真是的这样,那么是极其危险的。

会让程序完全不符合运行预期,少了一些必要逻辑。

所以我们提前说一下,大家不用太惊慌,并不是Gson很容易出现这样的情况,而是恰好上例的写法碰上了,我们一会会说清楚。

首先我们把Person这个kotlin的类,转成Java,避免背后藏了一些东西:

# 反编译之后的显示
public final class Person extends People {
   @NotNull
   private String name;
   private int age;

   @NotNull
   public final String getName() {
      return this.name;
   }

   public final void setName(@NotNull String var1) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(var1, "<set-?>");
      this.name = var1;
   }

   public final int getAge() {
      return this.age;
   }

   public final void setAge(int var1) {
      this.age = var1;
   }

   public Person(@NotNull String name, int age) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(name, "name");
      super();
      this.name = name;
      this.age = age;
   }

   // 省略了一些方法。
}

可以看到Person有一个包含两参的构造方法,并且这个构造方法中有name的空安全检查。

也就是说,正常通过这个构造方法构建一个Person对象,是不会出现空安全问题的。

那么只能去看看Gson的源码了:

Gson的逻辑,一般都是根据读取到的类型,然后找对应的TypeAdapter去处理,本例为Person对象,所以会最终走到ReflectiveTypeAdapterFactory.create然后返回一个TypeAdapter。

我们看一眼其内部代码:

# ReflectiveTypeAdapterFactory.create
@Override 
public <T> TypeAdapter<T> create(Gson gson, final TypeToken<T> type) {
	Class<? super T> raw = type.getRawType();
	
	if (!Object.class.isAssignableFrom(raw)) {
	  return null; // it's a primitive!
	}
	
	ObjectConstructor<T> constructor = constructorConstructor.get(type);
	return new Adapter<T>(constructor, getBoundFields(gson, type, raw));
}

重点看constructor这个对象的赋值,它一眼就知道跟构造对象相关。

# ConstructorConstructor.get
public <T> ObjectConstructor<T> get(TypeToken<T> typeToken) {
    final Type type = typeToken.getType();
    final Class<? super T> rawType = typeToken.getRawType();
	
	// ...省略一些缓存容器相关代码

    ObjectConstructor<T> defaultConstructor = newDefaultConstructor(rawType);
    if (defaultConstructor != null) {
      return defaultConstructor;
    }

    ObjectConstructor<T> defaultImplementation = newDefaultImplementationConstructor(type, rawType);
    if (defaultImplementation != null) {
      return defaultImplementation;
    }

    // finally try unsafe
    return newUnsafeAllocator(type, rawType);
  }

可以看到该方法的返回值有3个流程:

  1. newDefaultConstructor
  2. newDefaultImplementationConstructor
  3. newUnsafeAllocator

我们先看第一个newDefaultConstructor

private <T> ObjectConstructor<T> newDefaultConstructor(Class<? super T> rawType) {
    try {
      final Constructor<? super T> constructor = rawType.getDeclaredConstructor();
      if (!constructor.isAccessible()) {
        constructor.setAccessible(true);
      }
      return new ObjectConstructor<T>() {
        @SuppressWarnings("unchecked") // T is the same raw type as is requested
        @Override public T construct() {
            Object[] args = null;
            return (T) constructor.newInstance(args);
            
            // 省略了一些异常处理
      };
    } catch (NoSuchMethodException e) {
      return null;
    }
  }

可以看到,很简单,尝试获取了无参的构造函数,如果能够找到,则通过newInstance反射的方式构建对象。

追随到我们的Person的代码,其实该类中只有一个两参的构造函数,并没有无参构造,从而会命中NoSuchMethodException,返回null。

返回null会走newDefaultImplementationConstructor,这个方法里面都是一些集合类相关对象的逻辑,直接跳过。

那么,最后只能走:**newUnsafeAllocator ** 方法了。

从命名上面就能看出来,这是个不安全的操作。

newUnsafeAllocator最终是怎么不安全的构建出一个对象呢?

往下看,最终执行的是:

public static UnsafeAllocator create() {
// try JVM
// public class Unsafe {
//   public Object allocateInstance(Class<?> type);
// }
try {
  Class<?> unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe");
  Field f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe");
  f.setAccessible(true);
  final Object unsafe = f.get(null);
  final Method allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class.class);
  return new UnsafeAllocator() {
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T newInstance(Class<T> c) throws Exception {
      assertInstantiable(c);
      return (T) allocateInstance.invoke(unsafe, c);
    }
  };
} catch (Exception ignored) {
}
  
// try dalvikvm, post-gingerbread use ObjectStreamClass
// try dalvikvm, pre-gingerbread , ObjectInputStream

}

可以看到Gson在没有找到无参的构造方法后,通过sun.misc.Unsafe构造了一个对象。

注意:Unsafe该类并不是所有的Android 版本中都包含,不过目前新版本都包含,所以Gson这个方法中有3段逻辑都是用来生成对象的,你可以认为3重保险,针对不同平台。 本文测试设备:Android 29模拟器

我们这里暂时只讨论sun.misc.Unsafe,其他的其实一个意思。

sun.misc.Unsafe和许API?

Unsafe是位于sun.misc包下的一个类,主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法,如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等,这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe类使Java语言拥有了类似C语言指针一样操作内存空间的能力,这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe类会使得程序出错的概率变大,使得Java这种安全的语言变得不再“安全”,因此对Unsafe的使用一定要慎重。 https://tech.meituan.com/2019/02/14/talk-about-java-magic-class-unsafe.html

具体可以参考美团的这篇文章。

好了,到这里就真相大白了。

原因是我们Person没有提供默认的构造方法,Gson在没有找到默认构造方法时,它就直接通过Unsafe的方法,绕过了构造方法,直接构建了一个对象。

到这里,我们收获了:

  1. Gson是如何构建对象的?
  2. 我们在写需要Gson转化为对象的类的时候,一定要记得有默认的构造方法,否则虽然不报错,但是很不安全!
  3. 我们了解到了还有这种Unsafe黑科技的方式构造对象。

回到文章开始的问题

Java中咋么构造一个下面的Student对象呢?

public class Student  {
    private Student() {
        throw new IllegalArgumentException("can not create.");
    }
    public String name;
}

我们模仿Gson的代码,编写如下:

try {
    val unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe")
    val f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe")
    f.isAccessible = true
    val unsafe = f.get(null)
    val allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class::class.java)
    val student = allocateInstance.invoke(unsafe, Student::class.java)
    (student as Student).apply {
        name = "zhy"
    }
    println(student.name)
} catch (ignored: Exception) {
    ignored.printStackTrace()
}

输出:

zhy

成功构建。

Unsafe 一点用没有?

看到这里,大家可能最大的收获就是了解Gson构建对象流程,以及以后写Bean的时候会注意提供默认的无参构造方法,尤其在使用Kotlin data class的时候。

那么刚才我们所说的Unsafe方法就没有其他实际用处吗?

这个类,提供了类似C语言指针一样操作内存空间的能力。

大家都知道在Android P上面,Google限制了app对hidden API的访问。

但是,Google不能限制自己对hidden API访问对吧,所以它自己的相关类,是允许访问hidden API的。

那么Google是如何区分是我们app调用,还是它自己调用呢?

通过ClassLoader,系统认为如果ClassLoader为BootStrapClassLoader则就认为是系统类,则放行。

那么,我们突破P访问限制,其中一个思路就是,搞一个类,把它的ClassLoader换成BootStrapClassLoader,从而可以反射任何hidden api。

怎么换呢?

只要把这个类的classLoader成员变量设置为null就可以了。

参考代码:

private void testJavaPojie() {
	try {
	  Class reflectionHelperClz = Class.forName("com.example.support_p.ReflectionHelper");
	  Class classClz = Class.class;
	  Field classLoaderField = classClz.getDeclaredField("classLoader");
	  classLoaderField.setAccessible(true);
	  classLoaderField.set(reflectionHelperClz, null);
	} catch (Exception e) {
		  e.printStackTrace();
	}
}

但是这样有个问题,上面的代码用到了反射修改一个类的classLoader成员,假设google有一天把反射设置classLoader也完全限制掉,就不行了。

那么怎么办?原理还是换ClassLoader,但是我们不走Java反射的方式了,而是用Unsafe:

@Keep
public class ReflectWrapper {
 
    //just for finding the java.lang.Class classLoader field's offset
    @Keep
    private Object classLoaderOffsetHelper;
 
    static {
        try {
            Class<?> VersionClass = Class.forName("android.os.Build$VERSION");
            Field sdkIntField = VersionClass.getDeclaredField("SDK_INT");
            sdkIntField.setAccessible(true);
            int sdkInt = sdkIntField.getInt(null);
            if (sdkInt >= 28) {
                Field classLoader = ReflectWrapper.class.getDeclaredField("classLoaderOffsetHelper");
                long classLoaderOffset = UnSafeWrapper.getUnSafe().objectFieldOffset(classLoader);
                if (UnSafeWrapper.getUnSafe().getObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset) instanceof ClassLoader) {
                    Object originalClassLoader = UnSafeWrapper.getUnSafe().getAndSetObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset, null);
                } else {
                    throw new RuntimeException("not support");
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

Unsafe赋予了我们操作内存的能力,也就能完成一些平时只能依赖C++完成的代码。

好了,从一位朋友遇到的问题,由此引发了一整篇文章的讨论,希望你能有所收获。

原文链接:https://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/106631386

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