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支付寶熱補丁技術——AndFix原理分析
本文由嵌入式企鵝圈原創團隊成員、阿裏資深工程師Hao分享。
上次我們介紹了用dexposed方案實施熱補丁的原理，它本質上就是hook要修改的函數，這樣一來在正式版本發布時就不能直接拿熱補丁的代碼集成進去了，因為熱補丁是按hook的思路，並且按照實現XC_MethodReplacement類的方式寫的，正式的補丁還需要重新包裝一邊。更重要的是dexposed對art的支持並不好，大大限製了它的使用範圍。
今天我們介紹的是AndFix方案：https://github.com/alibaba/AndFix。它按照正常修bug的思路寫補丁代碼，正式發布時直接集成補丁代碼即可，適用範圍廣，在dalvik和Art上都可以使用。它分為兩部分，一是生成補丁的工具，二是客戶端加載補丁的SDK。支付寶錢包使用的就是這個方案。
我們基於線上的最新版本修完bug後，會構建出一個apk，用AndFix提供的diff工具，找出已發布的線上的apk和修複後的apk中classes.dex之間的“差異”，也就是修複bug後發生變化的方法，再用工具生成一個apatch文件，跟apk一樣，它也是個壓縮包，裏麵包含CERT.RSA、CERT.SF、MANIFEST.MF、diff.dex和PATCH.MF這幾個文件。客戶端從服務端拉取該apatch文件後，解析diff.dex，找到要加載的類和要替換的方法methodReplaced，最後用hook的方式替換掉，這樣就完成了在線修複的工作。本篇我們隻介紹客戶端加載補丁的SDK的主要原理，不介紹生成補丁的工具，照例還是先不管ART，隻介紹dalvik下是怎樣運行的。
一、解析補丁的配置文件PATCH.MF
1.首先PatchManager的addPatch方法可以用來添加一個補丁，並執行替換操作。
可見，用生成的補丁文件File來構造一個Patch類，然後再執行loadPatch來加載補丁。
因為補丁文件apatch是一個jar包，所以用JarFile、Manifest等類來解析META-INF/PATCH.MF配置文件，找到要替換的類名，接下來loadPatch調用AndFixManager的fix方法，傳入補丁的File對象、當前Context的classLoader和從PATCH.MF解析出的要替換的補丁類名。
fix方法中用傳入的classLoader構造一個自定義的pathClassLoader，它的findClass方法用來找到要替換的類的Class對象。
這裏的dexFile直接由loadDex得到，這樣補丁文件中的dex文件就已經加載到應用中了。
2. 接下來依次把要修複的類加載進來，並調用fixClass方法開始替換工作。
二、找到要替換的類的方法，並把類成員的屬性改為public
這裏巧用了java的Annotation原理幫助我們在apk中找到要修複的方法。在apatch中補丁方法寫了注釋annotation，clazz和method表示要修複的類和方法。在AndFixManager的fixClass中會根據這個Annotation找出要修複的Method對象。遍曆類的全部Method，如果發現有MethodReplace的注釋就開始準備替換工作。method是原apk（有bug）的方法，meth是新修複的方法，接著調用replaceMethod。
replaceMethod裏先後調用了initTargetClass和addReplaceMethod，注意這裏的classLoader不是上麵提到的pathClassLoader而是原apk中要修複的類的classLoader。這樣原來有bug的class和補丁中的class都已經被加載進來了。
initTargetClass中主要調用native的方法setFieldFlag把class中的所有成員都設為public，
addReplaceMethod同樣也是調用native的方法replaceMethod。
三、替換原來的Method
替換原來方法的處理方式我們看起來會有點熟悉，一般的java hook差不多都是這樣的套路，在jni中找到要替換方法的Method對象，修改它的一些屬性，讓它指向新方法的Method對象。
這裏dvmDecodeIndirectRef_fnPtr和dvmThreadSelf_fnPtr都是在AndFix初始化時賦好值的函數指針，用來調dvm的dvmDecodeIndirectRef和dvmThreadSelf函數。
這裏apilevel > 10的意思是，在apilevel 10以前dvm是用c語言實現的，以後是用C++實現的。
以上所有的過程是在應用MainApplication的onCreate中被調用，所以當應用重啟後，原方法和補丁方法都被加載到內存中，並完成了替換，在後麵的運行中就會執行補丁中的方法了。
AndFix的優點是像正常修複bug那樣來生成補丁包，但可以看出無論是dexposed還是AndFix，都利用了java hook的技術來替換要修複的方法，這就需要我們理解dalvik虛擬機加載、運行java方法的機製，並要掌握libdvm中一些關鍵的數據結構和函數的使用。
最後更新：2017-10-08 04:25:42