神奇的Hook机制，一文读懂AOP编程

Posted 2021-05-01 郭霖

今日科技快讯

2月26日，据CNBC报道，全球第二大移动运营商沃达丰（Vodafone）首席执行官尼克·里德（Nick Read）日前发出警告称，将华为排除在欧洲5G网络之外，可能会对该地区国家的基础设施和消费者造成“极大影响”。

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本篇来自 FeelsChaotic 的投稿文章，分享了AOP 方法探讨相关的内容，希望对大家有所帮助。

https://juejin.im/user/58130890bf22ec0068821df3

前前言

相信大家在入门 AOP 时，常常被繁多的术语、方法和框架绕晕。AOP 好像有点耳熟？Javaseopt 是个什么？Javassist 又是啥？Dexposed、APT 也是 AOP？本篇将辅助你快速理清概念，掌握 AOP 思想，找到最适合自己业务场景的 AOP 方法。

前言

不同的领域之间用最不具有侵害性的「方面」或「类方面」工具整合起来。

反思自己的项目，有很多模块没有做到恰当地切分关注面，往往在业务逻辑中耦合了业务埋点、权限申请、登陆状态的判断、对不可预知异常 try-catch 和一些持久化操作。

虽说保证代码最简单化和可运行化很有必要，但我们还是可以尝试小范围的重构。就如「代码整洁之道」中所说：通过方面式的手段切分关注面的威力不可低估，假如你能用 POJO 编写应用程序的领域逻辑，在代码层面与架构关注面分离开，就有可能真正地用测试来驱动架构。

这里的切分关注面的思想就是 AOP。

AOP即面向切向编程

AOP 是 Aspect Oriented Programming 的缩写，译为面向切向编程。用我们最常用的 OOP 来对比理解：

纵向关系 OOP，横向角度 AOP

举个小例子：

设计一个日志打印模块。按 OOP 思想，我们会设计一个打印日志 LogUtils 类，然后在需要打印的地方引用即可。

public class ClassA {
    private void initView() {
        LogUtils.d(TAG, "onInitView");
    }
}

public class ClassB {
    private void onDataComplete(Bean bean) {
        LogUtils.d(TAG, bean.attribute);
    }
}

public class ClassC {
    private void onError() {
        LogUtils.e(TAG, "onError");
    }
}

看起来没有任何问题是吧？

但是这个类是横跨并嵌入众多模块里的，在各个模块里分散得很厉害，到处都能见到。从对象组织角度来讲，我们一般采用的分类方法都是使用类似生物学分类的方法，以「继承」关系为主线，我们称之为纵向，也就是 OOP。设计时只使用 OOP思想可能会带来两个问题：

1. 对象设计的时候一般都是纵向思维，如果这个时候考虑这些不同类对象的共性，不仅会增加设计的难度和复杂性，还会造成类的接口过多而难以维护（共性越多，意味着接口契约越多）。

2. 需要对现有的对象 动态增加 某种行为或责任时非常困难。

而AOP就可以很好地解决以上的问题，怎么做到的？除了这种纵向分类之外，我们从横向的角度去观察这些对象，无需再去到处调用 LogUtils 了，声明哪些地方需要打印日志，这个地方就是一个切面，AOP 会在适当的时机为你把打印语句插进切面。

// 只需要声明哪些方法需要打印 log，打印什么内容
public class ClassA {
    @Log(msg = "onInitView")
    private void initView() {
    }
}

public class ClassB {
    @Log(msg = "bean.attribute")
    private void onDataComplete(Bean bean) {
    }
}

public class ClassC {
    @Log(msg = "onError")
    private void onError() {
    }
}

如果说 OOP 是把问题划分到单个模块的话，那么 AOP 就是把涉及到众多模块的某一类问题进行统一管理。AOP的目标是把这些功能集中起来，放到一个统一的地方来控制和管理。利用 AOP 思想，这样对业务逻辑的各个部分进行了隔离，从而降低业务逻辑各部分之间的耦合，提高程序的可重用性，提高开发效率。

OOP 与 AOP 的区别

1. 面向目标不同：简单来说 OOP 是面向名词领域，AOP 面向动词领域。

2. 思想结构不同：OOP 是纵向结构，AOP 是横向结构。

3. 注重方面不同：OOP 注重业务逻辑单元的划分，AOP 偏重业务处理过程中的某个步骤或阶段。

OOP 与 AOP 的联系

两者之间是一个相互补充和完善的关系。

应用场景

那AOP既然这么有用，除了上面提到的打印日志场景，还有没有其他用处呢？

当然有！

只要系统的业务模块都需要引用通用模块，就可以使用AOP。以下是一些常用的业务场景：

• 参数校验和判空

系统之间在进行接口调用时，往往是有入参传递的，入参是接口业务逻辑实现的先决条件，有时入参的缺失或错误会导致业务逻辑的异常，大量的异常捕获无疑增加了接口实现的复杂度，也让代码显得雍肿冗长，因此提前对入参进行验证是有必要的，可以提前处理入参数据的异常，并封装好异常转化成结果对象返回给调用方，也让业务逻辑解耦变得独立。

• android API23+的权限控制

避免到处都是申请权限和处理权限的代码

• 无痕埋点

• 安全控制

比如全局的登录状态流程控制。

• 日志记录

• 事件防抖

防止View被连续点击触发多次事件

• 性能统计

检测方法耗时其实已经有一些现成的工具，比如 trace view。痛点是这些工具使用起来都比较麻烦，效率低下，而且无法针对某一个块代码或者某个指定的sdk进行查看方法耗时。可以采用 AOP 思想对每个方法做一个切点，在执行之后打印方法耗时。

• 事务处理

声明方法，为特定方法加上事务，指定情况下（比如抛出异常）回滚事务

• 异常处理

替代防御性的 try-Catch。

• 缓存

缓存某方法的返回值，下次执行该方法时，直接从缓存里获取。

• 软件破解

使用 Hook 修改软件的验证类的判断逻辑。

• 热修复

AOP 可以让我们在执行一个方法的前插入另一个方法，运用这个思路，我们可以把有 bug 的方法替换成我们下发的新方法。

AOP方法

Android AOP 常用的方法有 JNI HOOK 和 静态织入。

动态织入 Hook 方式

在运行期，目标类加载后，为接口动态生成代理类，将切面植入到代理类中。相对于静态AOP更加灵活。但切入的关注点需要实现接口。对系统有一点性能影响。

1. Dexposed

2. Xposed

3. epic
   

在 native 层修改 java method 对应的 native 指针

动态字节码生成

• Cglib + Dexmaker

Cglib 是一个强大的,高性能的 Code 生成类库， 原理是在运行期间目标字节码加载后，通过字节码技术为一个类创建子类，并在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑。由于是通过子类来代理父类，因此不能代理被 final 字段修饰的方法。

但是 Cglib 有一个很致命的缺点：底层是采用著名的 ASM 字节码生成框架，使用字节码技术生成代理类，也就是通过操作字节码来生成的新的 .class 文件，而我们在 Android 中加载的是优化后的 .dex 文件，也就是说我们需要可以动态生成 .dex 文件代理类，因此 Cglib 不能在 Android 中直接使用。有大神根据 Dexmaker 框架（dex代码生成工具）来仿照 Cglib 库动态生成 .dex 文件，实现了类似于 Cglib 的 AOP 的功能。详细的用法可参考：将cglib动态代理思想带入Android开发

https://blog.csdn.net/zhangke3016/article/details/71437287

静态织入方式

• 在编译期织入，切面直接以字节码的形式编译到目标字节码文件中，，这要求使用特殊的 Java 编译器。

• 在类装载期织入，这要求使用特殊的类装载器。

静态织入对系统无性能影响。但灵活性不够。

1. APT

2. AspectJ

3. ASM

4. Javassist

5. DexMaker

6. ASMDEX

这么多方法？有什么区别？

方法作用期比对

一图胜千言

AOP 是思想，上面的方法其实都是工具，只不过是插入时机和方式不同。

同：都可以织入逻辑，都体现了 AOP 思想

异：作用的时机不一样，且适用的注解的类型不一样。

方法优缺点、难点比对

方法	作用时机	操作对象	优点	缺点	为了上手，我需要掌握什么？
APT	编译期：还未编译为 class 时	.java 文件	1. 可以织入所有类；2. 编译期代理，减少运行时消耗	1. 需要使用 apt 编译器编译；2. 需要手动拼接代理的代码（可以使用 Javapoet 弥补）；3. 生成大量代理类	设计模式和解耦思想的灵活应用
AspectJ	编译期、加载时	.java 文件	功能强大，除了 hook 之外，还可以为目标类添加变量，接口。也有抽象，继承等各种更高级的玩法。	1. 不够轻量级；2. 定义的切点依赖编程语言，无法兼容Lambda语法；3. 无法织入第三方库；4. 会有一些兼容性问题，如：D8、Gradle 4.x等	复杂的语法，但掌握几个简单的，就能实现绝大多数场景
Javassist	编译期：class 还未编译为 dex 时或运行时	class 字节码	1. 减少了生成子类的开销；2. 直接操作修改编译后的字节码，直接绕过了java编译器，所以可以做很多突破限制的事情，例如，跨 dex 引用，解决热修复中 CLASS_ISPREVERIFIED 问题。	运行时加入切面逻辑，产生性能开销。	1. 自定义 Gradle 插件；2. 掌握groovy 语言
ASM	编译期或运行期字节码注入	class 字节码	小巧轻便、性能好，效率比Javassist高	学习成本高	需要熟悉字节码语法，ASM 通过树这种数据结构来表示复杂的字节码结构，并利用 Push 模型来对树进行遍历，在遍历过程中对字节码进行修改。
ASMDEX	编译期和加载时：转化为 .dex 后	Dex 字节码，创建 class 文件	可以植入所有类	学习成本高	需要对 class 文件比较熟悉，编写过程复杂。
DexMaker	同ASMDEX	Dex 字节码，创建 dex 文件	同ASMDEX	同ASMDEX	同ASMDEX
Cglib	运行期生成子类拦截方法	字节码	没有接口也可以织入	1. 不能代理被final字段修饰的方法；2. 需要和 dexmaker 结合使用	--
xposed	运行期hook	--	能hook自己应用进程的方法，能hook其他应用的方法，能hook系统的方法	依赖三方包的支持，兼容性差，手机需要root	--
dexposed	运行期hook	--	只能hook自己应用进程的方法，但无需root	1. 依赖三方包的支持，兼容性差；2. 只能支持 Dalvik 虚拟机	--
epic	运行期hook	--	支持 Dalvik 和 Art 虚拟机	只适合在开发调试中使用，碎片化严重有兼容性问题	--

常用的 AOP 方法介绍

业务中常用的 AOP 方式为静态织入，接下来详细介绍静态织入中最常用的三种方式：APT、AspectJ、Javassist。

APT

APT （Annotation Processing Tool ）即注解处理器，是一种处理注解的工具，确切的说它是 javac 的一个工具，它用来在编译时扫描和处理注解。注解处理器以 Java 代码（ 或者编译过的字节码）作为输入，生成 .java 文件作为输出。简单来说就是在编译期，通过注解生成 .java 文件。使用的 Annotation 类型是 SOURCE。

代表框架：DataBinding、Dagger2、ButterKnife、EventBus3、DBFlow、AndroidAnnotation

• 为什么这些框架注解实现 AOP 要使用 APT？

目前 Android 注解解析框架主要有两种实现方法，一种是运行期通过反射去解析当前类，注入相应要运行的方法。另一种是在编译期生成类的代理类，在运行期直接调用代理类的代理方法，APT 指的是后者。

如果不使用APT基于注解动态生成 java 代码，那么就需要在运行时使用反射或者动态代理，比如大名鼎鼎的 butterknife 之前就是在运行时反射处理注解，为我们实例化控件并添加事件，然而这种方法很大的一个缺点就是用了反射，导致 app 性能下降。所以后面 butterknife 改为 apt 的方式，可以留意到，butterknife 会在编译期间生成一个 XXX_ViewBinding.java。虽然 APT 增加了代码量，但是不再需要用反射，也就无损性能。

• APT 的缺点改进

性能问题解决了，又带来新的问题了。我们在处理注解或元数据文件的时候，往往有自动生成源代码的需要。难道我们要手动拼接源代码吗？不不不，这不符合代码的优雅，JavaPoet 这个神器就是来解决这个问题的。

• JavaPoet

https://github.com/square/javapoet

JavaPoet 是 square 推出的开源 java 代码生成框架，提供 Java Api 生成 .java 源文件。这个框架功能非常有用，我们可以很方便的使用它根据注解、数据库模式、协议格式等来对应生成代码。通过这种自动化生成代码的方式，可以让我们用更加简洁优雅的方式要替代繁琐冗杂的重复工作。本质上就是用建造者模式来替代手工拼写源文件。

JavaPoet详细用法可参考：javapoet——让你从重复无聊的代码中解放出来

https://www.jianshu.com/p/95f12f72f69a

AspectJ

目前最好、最方便、最火的 AOP 实现方式当属 AspectJ，它是一种几乎和 Java 完全一样的语言，而且完全兼容 Java。

但是在 Android 上集成 AspectJ 是比较复杂的。

我们需要使用 andorid-library gradle 插件在编译时做一些 hook。使用 AspectJ 的编译器（ajc，一个java编译器的扩展）对所有受 aspect 影响的类进行织入。在 gradle 的编译 task 中增加一些额外配置，使之能正确编译运行。等等等等……

有很多库帮助我们完成这些工作，可以方便快捷接入 AspectJ。

• AspectJ 框架选型

库	大小	兼容性	缺点	备注
Hugo	131kb	--	不支持AAR或JAR切入	--
gradle-android-aspectj-plugin	--	--	无法兼容databinding，不支持AAR或JAR切入	该库已经弃用
AspectJx（推荐）	44kb	会和有transform功能的插件冲突，如：retroLambda	在前两者基础上扩展支持AAR, JAR及Kotlin的应用	仅支持annotation的方式，不支持 *.aj 文件的编译

• Javassist

代表框架：热修复框架HotFix 、Savior（InstantRun）

Javassist 是一个编辑字节码的框架，作用是修改编译后的 class 字节码，ASM也有这个功能，不过 Javassist 的 Java 风格 API 要比 ASM 更容易上手。

既然是修改编译后的 class 字节码，首先我们得知道什么时候编译完成，并且我们要在 .class文件被转为 .dex 文件之前去做修改。在 Gradle Transfrom 这个 api 出来之前，想要监听项目被打包成 .dex 的时机，就必须自定义一个 Gradle Task，插入到 predex 或者 dex 之前，在这个自定义的 Task 中使用 Javassist 或者 ASM 对 class 字节码进行操作。而 Transform 更为方便，我们不再需要插入到某个Task前面。Tranfrom 有自己的执行时机，一经注册便会自动添加到 Task 执行序列中，且正好是 class 被打包成dex之前。

总结

AOP 重在理解这种思想：

1. 先考虑要在什么期间插入代码，选用合适的 AOP 方法；

2. 找准切入点也就是代码可注入的点，比如一个方法的调用处或者方法内部；

3. 接着考虑怎么过滤方法，找到注入点的描述，比如注入到所有onClick方法：call(* view.onClick(..))；

4. 接着要考虑以怎样的方式处理代码，是在代码执行前？执行后？还是包裹代码？还是替换目标代码？

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