Android 热更新的前因后果
Posted 清风Coolbreeze
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Android 热更新的前因后果相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
首先，我们需要持有以下几个问题:
- 什么是热修复？它可以帮我解决什么问题？
- 热修复的产生背景？
- 热修复的基本原理是什么？
- 如何选择热修复框架？
- 热修复的注意事项
- 热修复与多渠道？
- 自动化构建与热修复？
上面一共有7个问题，如果是新同学的话，后面两条可能不会很了解，建议自行补课学习。于是最基本的5个问题，我们必须明白，这是我们每个开发者学习一个新知识的基本需要做到的。
什么是热修复？它可以帮我解决什么问题？
其实简单来说，热修复就是一种动态加载技术，比如你线上某个产品此时出现了bug：
传统流程：debug->测试->发布新版 ->用户安装(各平台审核时间不一，而且用户需要手动下载或者更新)
集成热修复情况下：dubug->测试->推送补丁->自动下载补丁修复 (用户不知情况，自动下载补丁并修复)
对比下来，我们不难发现，传统流程存在这几大弊端：
- 发版代价大
- 用户下载安装的成本过高
- bug修复不及时，取决于各平台的审核时间等等
热修复产生背景？
- app发版成本高
- 用H5集成某些经常变动的业务逻辑，但这种方案需要学习成本，而且对于无法转为H5形式的代码仍旧是无法修复；
- Instant Run
上面三个原因中，我们主要来谈一下 Instant Run:
android Studio2.0时，新增了一个 Instant Run的功能，而各大厂的热修复方案，在代码，资源等方面的实现都是很大程度上参考了Instant Run的代码。所以可以说 Instant Run 是推进Android 热修复的主因。
那 Instant Run内部是如何做到这一点呢？
- 构建一个新的 AssetManager(资源管理框架),并通过反射调用这个 addAssetPath，把这个完整的新资源加入到 AssetManager中，这样就得到了一个含有所有新资源的 AssetManager.
- 找到所有之前引用到原有AssetManager的地方，通过反射，把引用出替换为新的AssetManager.
参考自 <深入探索Android热修复技术原理>
热修复的原理是什么？
我们都知道热修复都相当于动态加载，那么动态加载到底动态在哪里了呢。
说到这个就躲不过一个关键点 ClassLoader(类加载器) ,所以我们先从Java开始。
我们都知道Java的类加载器有四种，分别为：
- Bootstarp ClassLoader
- Extension ClassLoader
- App ClassLoader 加载应用ClassLoader
- Custom ClassLoader 加载自己的class文件
类加载过程如下：
过程： 加载-连接(验证-准备-解析)-初始化
加载
将类的信息(字节码)从文件中获取并载入到JVM的内存中
连接
验证：检查读入的结构是否符合JVM规范
准备：分配一个结构来存储类的信息
解析：将类的常量池中的所有引用改变成直接引用
初始化
执行静态初始化程序,把静态变量初始化成指定的值
其中用到的三个主要机制：
- 双亲委托机制
- 全盘负责机制
- 缓存机制
其实后面的两个机制都是主要从双亲委托机制延续而来。
在说明了Java 的ClassLoader之后，我们接下来开始Android的ClassLoader，不同于Java的是，Java中的ClassLoader可以加载 jar 文件和 Class文件，而Android中加载的是Dex文件，这就需要重新设计相关的ClassLoader类。所以Android 的ClassLoader 我们会说的详细一点
源码解析
在这里，顺便提一下，这里贴的代码版本是Android 9.0,在8.0以后，PathClassLoader和DexClassLoader并没有什么区别，因为唯一的一个区别参数 optimizedDirectory已经被废弃。
首先是 loadClass，也就是我们类加载的核心方法方法：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
//查找当前类是否被加载过
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
//查看父加载器是否加载过
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//如果没有加载过，调用根加载器加载，双亲委托模式的实现
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
//找到根加载器依然为null,只能自己加载了
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
c = findClass(name);
}
}
return c;
}这里有个问题，JVM双亲委托机制可以被打破吗？先保留疑问。
我们主要去看他的 findClass方法
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}这个方法是一个null实现，也就是需要我们开发者自己去做。
从上面基础我们知道，在Android中，是有 PathClassLoader和 DexClassLoader，而它们又都继承与 BaseDexClassLoader,而这个BaseDexClassLoader又继承与 ClassLoader，并将findClass方法交给子类自己实现，所以我们从它的两个子类 PathClassLoader和 DexClassLoader入手，看看它们是怎么处理的。
这里碍于Android Studio无法查看相关具体实现源码，所以我们从源码网站上查询：
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
// dexPath: 需要加载的文件列表，文件可以是包含了 classes.dex 的 JAR/APK/ZIP，也可以直接使用 classes.dex 文件，多个文件用 “:” 分割
// librarySearchPath: 存放需要加载的 native 库的目录
// parent: 父 ClassLoader
public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
}由注释看可以发现PathClassLoader被用来加载本地文件系统上的文件或目录，因为它调用的 BaseDexClassLoader的第二个参数为null，即未传入优化后的Dex文件。
注意：Android 8.0之后，BaseClassLoader第二个参数为(optimizedDirectory)为null,所以DexClassLoader与PathClassLoader并无区别
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
// dexPath: 需要加载的文件列表，文件可以是包含了 classes.dex 的 JAR/APK/ZIP，也可以直接使用 classes.dex 文件，多个文件用 “:” 分割
// optimizedDirectory: 存放优化后的 dex，可以为空
// librarySearchPath: 存放需要加载的 native 库的目录
// parent: 父 ClassLoader
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
}DexClassLoader用来加载jar、apk，其实还包括zip文件或者直接加载dex文件，它可以被用来执行未安装的代码或者未被应用加载过的代码，也就是我们修复过的代码。
注意：Android 8.0之后，BaseClassLoader第二个参数为(optimizedDirectory)为null,所以DexClassLoader与PathClassLoader并无区别
从上面我们可以看到，它们都继承于BaseDexClassLoader，并且它们真正的实现行为都是调用的父类方法，所以我们来看一下BaseDexClassLoader.
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
private static volatile Reporter reporter = null;
//核心关注点
private final DexPathList pathList;
BaseDexClassLoader 构造函数有四个参数，含义如下：
// dexPath: 需要加载的文件列表，文件可以是包含了 classes.dex 的 JAR/APK/ZIP，也可以直接使用 classes.dex 文件，多个文件用 “:” 分割
// optimizedDirectory: 存放优化后的 dex，可以为空
// librarySearchPath: 存放需要加载的 native 库的目录
// parent: 父 ClassLoader
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
//classloader,dex路径,目录列表，内部文件夹
this(dexPath, optimizedDirectory, librarySearchPath, parent, false);
}
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent, boolean isTrusted) {
super(parent);
this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null, isTrusted);
if (reporter != null) {
reportClassLoaderChain();
}
}
...
public BaseDexClassLoader(ByteBuffer[] dexFiles, ClassLoader parent) {
// TODO We should support giving this a library search path maybe.
super(parent);
this.pathList = new DexPathList(this, dexFiles);
}
//核心方法
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
//异常处理
List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
//这里也只是一个中转,关注点在 DexPathList
Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
if (c == null) {
ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
"Didn't find class \\"" + name + "\\" on path: " + pathList);
for (Throwable t : suppressedExceptions) {
cnfe.addSuppressed(t);
}
throw cnfe;
}
return c;
}
...
}
从上面我们可以发现，BaseDexClassLoader其实也不是主要处理的类，所以我们继续去查找 DexPathList.
final class DexPathList {
//文件后缀
private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
private static final String zipSeparator = "!/";
** class definition context */
private final ClassLoader definingContext;
//内部类 Element
private Element[] dexElements;
public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {
this(definingContext, dexPath, librarySearchPath, optimizedDirectory, false);
}
DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
String librarySearchPath, File optimizedDirectory, boolean isTrusted) {
if (definingContext == null) {
throw new NullPointerException("definingContext == null");
}
if (dexPath == null) {
throw new NullPointerException("dexPath == null");
}
if (optimizedDirectory != null) {
if (!optimizedDirectory.exists()) {
throw new IllegalArgumentException(
"optimizedDirectory doesn't exist: "
+ optimizedDirectory);
}
if (!(optimizedDirectory.canRead()
&& optimizedDirectory.canWrite())) {
throw new IllegalArgumentException(
"optimizedDirectory not readable/writable: "
+ optimizedDirectory);
}
}
this.definingContext = definingContext;
ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();
// save dexPath for BaseDexClassLoader
//我们关注这个 makeDexElements 方法
this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
suppressedExceptions, definingContext, isTrusted);
this.nativeLibraryDirectories = splitPaths(librarySearchPath, false);
this.systemNativeLibraryDirectories =
splitPaths(System.getProperty("java.library.path"), true);
List<File> allNativeLibraryDirectories = new ArrayList<>(nativeLibraryDirectories);
allNativeLibraryDirectories.addAll(systemNativeLibraryDirectories);
this.nativeLibraryPathElements = makePathElements(allNativeLibraryDirectories);
if (suppressedExceptions.size() > 0) {
this.dexElementsSuppressedExceptions =
suppressedExceptions.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);
} else {
dexElementsSuppressedExceptions = null;
}
}
static class Element {
//dex文件为null时表示 jar/dex.jar文件
private final File path;
//android虚拟机文件在Android中的一个具体实现
private final DexFile dexFile;
private ClassPathURLStreamHandler urlHandler;
private boolean initialized;
/**
* Element encapsulates a dex file. This may be a plain dex file (in which case dexZipPath
* should be null), or a jar (in which case dexZipPath should denote the zip file).
*/
public Element(DexFile dexFile, File dexZipPath) {
this.dexFile = dexFile;
this.path = dexZipPath;
}
public Element(DexFile dexFile) {
this.dexFile = dexFile;
this.path = null;
}
public Element(File path) {
this.path = path;
this.dexFile = null;
}
public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
List<Throwable> suppressed) {
//核心点，DexFile
return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
: null;
}
/**
* Constructor for a bit of backwards compatibility. Some apps use reflection into
* internal APIs. Warn, and emulate old behavior if we can. See b/33399341.
*
* @deprecated The Element class has been split. Use new Element constructors for
* classes and resources, and NativeLibraryElement for the library
* search path.
*/
@Deprecated
public Element(File dir, boolean isDirectory, File zip, DexFile dexFile) {
System.err.println("Warning: Using deprecated Element constructor. Do not use internal"
+ " APIs, this constructor will be removed in the future.");
if (dir != null && (zip != null || dexFile != null)) {
throw new IllegalArgumentException("Using dir and zip|dexFile no longer"
+ " supported.");
}
if (isDirectory && (zip != null || dexFile != null)) {
throw new IllegalArgumentException("Unsupported argument combination.");
}
if (dir != null) {
this.path = dir;
this.dexFile = null;
} else {
this.path = zip;
this.dexFile = dexFile;
}
}
...
}
...
//主要作用就是将 我们指定路径中所有文件转化为DexFile，同时存到Eelement数组中
//为什么要这样做？目的就是为了让findClass去实现
private static Element[] makeDexElements(List<File> files, File optimizedDirectory,
List<IOException> suppressedExceptions, ClassLoader loader, boolean isTrusted) {
Element[] elements = new Element[files.size()];
int elementsPos = 0;
//遍历所有文件
for (File file : files) {
if (file.isDirectory()) {
//如果存在文件夹，查找文件夹内部查询
elements[elementsPos++] = new Element(file);
//如果是文件
} else if (file.isFile()) {
String name = file.getName();
DexFile dex = null;
//判断是否是dex文件
if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
// Raw dex file (not inside a zip/jar).
try {
//创建一个DexFile
dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory, loader, elements);
if (dex != null) {
elements[elementsPos++] = new Element(dex, null);
}
} catch (IOException suppressed) {
System.logE("Unable to load dex file: " + file, suppressed);
suppressedExceptions.add(suppressed);
}
} else {
try {
dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory, loader, elements);
} catch (IOException suppressed) {
/*
* IOException might get thrown "legitimately" by the DexFile constructor if
* the zip file turns out to be resource-only (that is, no classes.dex file
* in it).
* Let dex == null and hang on to the exception to add to the tea-leaves for
* when findClass returns null.
*/
suppressedExceptions.add(suppressed);
}
if (dex == null) {
elements[elementsPos++] = new Element(file);
} else {
elements[elementsPos++] = new Element(dex, file);
}
}
if (dex != null && isTrusted) {
dex.setTrusted();
}
} else {
System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
}
}
if (elementsPos != elements.length) {
elements = Arrays.copyOf(elements, elementsPos);
}
return elements;
}
---
private static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory, ClassLoader loader,
Element[] elements)throws IOException {
//判断可复制文件夹是否为null
if (optimizedDirectory == null) {
return new DexFile(file, loader, elements);
} else {
//如果不为null，则进行解压后再创建
String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory);
return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0, loader, elements);
}
}
-----
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
//遍历初始化好的DexFile数组,并由Element调用 findClass方法去生成
for (Element element : dexElements) {
//
Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}上面的代码有点复杂，我摘取了其中一部分我们需要关注的点，便于我们进行分析：
在BaseDexClassLoader中，我们发现最终加载类的是由 DexPathList 来进行的，所以我们进入了 DexPathList 这个类中，我们可以发现 在初始化的时候，有一个关键方法需要我们注意 makeDexElements。而这个方法的主要作用就是将 我们指定路径中所有文件转化为 DexFile ，同时存到 Eelement 数组中。
而最开始调用的 DexPathList中的findClass() 反而是由Element 调用的 findClass方法，而Emement的findClass方法中实际上又是 DexFile 调用的 loadClassBinaryName 方法，所以带着这个疑问，我们进入 DexFile这个类一查究竟。
public final class DexFile {
*
If close is called, mCookie becomes null but the internal cookie is preserved if the close
failed so that we can free resources in the finalizer.
/
@ReachabilitySensitive
private Object mCookie;
private Object mInternalCookie;
private final String mFileName;
...
DxFile(String fileName, ClassLoader loader, DexPathList.Element[] elements) throws IOException {
mCookie = openDexFile(fileName, null, 0, loader, elements);
mInternalCookie = mCookie;
mFileName = fileName;
//System.out.println("DEX FILE cookie is " + mCookie + " fileName=" + fileName);
}
//关注点在这里
public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List<Throwable> suppressed) {
return defineClass(name, loader, mCookie, this, suppressed);
}
//
private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
DexFile dexFile, List<Throwable> suppressed) {
Class result = null;
try {
//这里调用了一个 JNI层方法
result = defineClassNative(name, loader, cookie, dexFile);
} catch (NoClassDefFoundError e) {
if (suppressed != null) {
suppressed.add(e);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
if (suppressed != null) {
suppressed.add(e);
}
}
return result;
}
private static native Class defineClassNative(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
DexFile dexFile)
throws ClassNotFoundException, NoClassDefFoundError;我们从 loadClassBinaryName 方法中发现，调用了 defineClass 方法，最终又调用了 defineClassNative 方法，而 defineClassNative 方法是一个JNI层的方法，所以我们无法得知具体如何。但是我们思考一下，从开始的 BaseDexClassLoader一直到现在的 DexFile,我们一直从入口找到了最底下，不难猜测，这个 defineClassNative 方法内部就是 C/C++帮助我们以字节码或者别的生成我们需要的 dex文件，这也是最难的地方所在。
最后我们再用一张图来总结一下Android 中类加载的过程。
在了解完上面的知识之后，我们来总结一下，Android中热修复的原理？
Android中既然已经有了DexClassLoader和 PathClassLoader，那么我在加载过程中直接替换我自己的Dex文件不就可以了，也就是先加载我自己的Dex文件不就行了,这样不就实现了热修复。
真的这么简单吗？热修复的难点是什么？
- 资源修复
- 代码修复
- so库修复
抱着这个问题，如何选用一个最合适的框架，是我们Android开发者必须要考虑的，下面我们就分析一下各方案的差别。
如何选择热修复框架？
目前市场上的热修复框架很多，从阿里热修复网站找了一个图来对比一下：
| 平台 | Sophix | AndFix | Tinker | Qzone | Robust |
|---|---|---|---|---|---|
| 即时生效 | yes | yes | no | no | yes |
| 性能损耗 | 较小 | 较小 | 较大 | 较大 | 较小 |
| 侵入式打包 | 无侵入式打包 | 无侵入式打包 | 依赖侵入式打包 | 依赖侵入式打包 | 依赖侵入式打包 |
| Rom体积 | 较小 | 较小 | 较大 | 较小 | 较小 |
| 接入复杂度 | 傻瓜式接入 | 比较简单 | 复杂 | 比较简单 | 复杂 |
| 补丁包大小 | 较小 | 较小 | 较小 | 较大 | 一般 |
| 全平台支持 | yes | yes | yes | yes | yes |
| 类替换 | yes | yes | yes | yes | no |
| so替换 | yes | no | yes | no | no |
| 资源替换 | yes | no | yes | yes | no |
简单划分就是3大巨头，阿里，腾讯，美团。并不是谁支持的功能多就用谁，在接入方面我们需要综合考虑。
详细的技术对比请参考 Android热修复技术选型——三大流派解析
以我个人的体验来说吧：目前体验了Tinker和 Sophix
Tinker
Tinker的集成有点麻烦，我个人觉得挺简单，而且补丁管理系统 TinkerPatch是收费的(有免费额度)，补丁下发慢,大概需要5分钟的等待时间。
Tinker有一个免费版后台,Bugly,补丁管理是免费的，热修复用的Tinker，集成很那啥。。。em，建议多读官网教程看视频，因为有补丁上传监测，下发一个补丁需要5-10分钟等待生效，撤回补丁需要10分钟左右生效，而且一次可能不会生效，后台观察日志需要多次才可以实现补丁撤回。(测试设备：小米5s Plus，Android 8.0)
最后总结：
优点：免费，简单
缺点：集成麻烦，出现问题无法第一时间得到解决方案，毕竟免费的理解一下
性能方法：需要冷启动之后才会生效
Sophix
官网教程详细，完全傻瓜式，响应快，出现问题，解决效率高，毕竟花了钱的。
性能方面：冷启动+即时响应(有条件)，
有点：功能最多，支持版本最多，解决问题快
缺点：付费
别的框架没有体验，也就不妄自评价了。关于以上方案的实现原理，大家可以点击Android热修复技术选型——三大流派解析，或者百度搜索。简单了解并不困难。
热修复的注意事项
有了热修复，我们就可以为所欲为了吗？
开始讲骚话：
并不是，热修复受限于各种机型设备，而且也有失败的可能性，所以我们开发者，对于补丁包同样也要抱有敬畏之心。
对于热修复同样也由于严格的过程，但是我们日常开发至少要保证以下几点：
debug-> 打补丁包->开发设备测试->灰度下发(条件下发)->全量下发
下面针对我开发中遇到的问题，给出解决方案。
热修复与多渠道
多渠道打包使用 美团 的一键打包方案。补丁包的话，其实并不会影响，因为补丁包一般改动的代码相同，但前提是需要保证我们每个渠道基准包没问题。如果改动代码有区别，那就需要针对这个渠道单独打补了。
自动化构建与热修复
Android开发一般集成了 Jenkins 或者别的自动化打包工具，我们一般基准包都在 app/build/bakApk目录下，所以我们可以通过编写 shell 命令，在jenkins中打包时，将生成的基准包移动到一个特定的文件夹即可。tinker,Sophix都是支持服务器后台的，所以我们也可以通过自动化构建工具上传补丁包，如果相应的热修复框架不支持服务器管理的话，那么可以将补丁包上传的指定的文件夹，然后我们app打开时，访问我们的服务器接口下拉最新的补丁包，然后在service中合成。不过 **Tinker(bugly) **, Sophix 都是支持后台管理，所以具体使用那种方案我们自行选择。
关于热修复的到这里就基本写完了，散散落落居然写了这么多，其实难的不是热修复，而是Android中类加载的过程及一些基础相关知识，理解了这些，我们才能真正明白那些优秀的框架到底是怎样去修复的。
如果本文有帮到你的地方，不胜荣幸。如果有什么地方有错误或者疑问，也欢迎大家提出
以上是关于Android 热更新的前因后果的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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