推广 | 阿里HotFix2.0升级详解——技术小二畅谈热修复领域那些事

Posted 2021-04-30 51CTO技术栈

摘要

热修复领域充斥着各大流派，如阿里AndFix、美团Robust、QQ空间、微信Tinker等，每种方法各有优劣。本文所介绍的阿里Hotfix 2.x是在1.x版本进行了优化和创新，不仅支持灵活切换热部署和冷部署的方案；同时，实现了资源、SO文件、类修复的实时生效；整体接入过程采用傻瓜式方法，完全不侵入打包过程，为用户提供了可视化的UI界面。

在阿里HotFix2.0升级详解直播中，阿里HotFix核心开发工程师悟二从热修复背景、常见的热修复方案、阿里HotFix历程及2.0的突破与创新三个方面展开了详细的演讲。分享中，他重点介绍了阿里Hotfix2.X 类、SO文件、资源文件修复方案以及管理后台服务，并对阿里Hotfix 2.X将来需要新增的功能也做了展望。

热修复背景

正常Bug修复流畅包括版本上线、用户安装、发现Bug、紧急修复、重新发版、用户安装六步。该流程中存在着明显的不足，首先重新发布版本代价太大，由于APK是通过多渠道发布的，重新发版时，需要再次对每个渠道推送新的APK包；其次，用户下载安装成本也随之增高；此外，由于需要重新发版、安装，导致Bug修复不及时，用户体验较差。

热修复流程的前四步同正常修复流程相同，但在热修复中，不再进行重新发版，取而代之的是生成上传补丁；此后，SDK拉取加载补丁，完成Bug修复。在热修复过程中，无需重新发版，能够实时高效热修复；同时实现了用户无感知修复，无需下载新的应用，代价小。相比于正常修复过程，热修复的成功率更高，将损失降到了最低。

热修复的几大流派

常见的热修复流派包括阿里AndFix、美团Robust、QQ空间、微信Tinker等，下面来一一介绍。

阿里AndFix

阿里andfix 热修复方案通过Hook本地方法. 并没有整体替换class，整体流程如下：第一步，打开链接库得到操作句柄, 获取native层内部函数, 得到classobject对象；第二步，修复访问权限属性为Public ；第三步，得到新旧方法的指针，新方法指向目标方法，实现方法的替换。

整个过程中不侵入打包，性能无损耗；同时可以即时生效。其缺点同样明显：兼容性方面很不稳定，需要针对Dalvik虚拟机和Art虚拟机做适配；不支持新增类方法/字段，以及修改<init>方法，也不支持对资源的替换；运行时方法被Patch，有Crash风险。

美团Robust

美团热修复方案Robust 的原理类似Instant Run，每个产品代码的每个函数都在编译打包阶段自动的插入了一段代码。客户端拿到Patch.Dex后，用DexClassLoader加载Patch.Dex。其中的changeQuickRedirect字段赋值为用Patch.Dex中的StatePatch.java这个Class New出来的对象。

在整个打Patch过程中，该方案正常的使用DexClassLoader，兼容性高；未反射注入，能够实时生效。该方案的缺点在于：因为在每端函数前插入代码，需要侵入打包过程；原来能被ProGuard内联的函数不能被内联了，所以可能导致方法数的增加，可能会超过65536限制，同时也会导致APK体积增大；该方案不支持SO文件和资源文件的修复。

手机QQ空间

手机QQ空间热修复方案可以用注入和插桩概括。其大致过程是：把Bug方法修复之后，放到一个单独的DEX内，插入到Dex Elements数组的最前面，让虚拟机去加载修复完后的方法。   

该方案类似谷歌的Multidex ，在保障稳定性的前提下兼容性很高。缺点是:不支持实时生效；在Davilk下，类加载存在性能问题；Art下，补丁包涵有类、父类以及引用该类的所有类，因此补丁包较大；由于原DEX中的类需要引用额外的DEX类，需要侵入式打包。

微信Tinker

微信Tinker为了解决QQ空间补丁技术由于插桩带来的效率问题，引入DEX差量包。其主要的原理与QQ空间超级补丁技术基本相同，最大区别在于：不再将Patch.dex增加到Elements数组中，而是差量的方式给出Patch.Dex；然后将Patch.Dex与应用的Classes.Dex合并，然后整体替换掉旧的DEX，达到修复的目的。

该方案中通过自研DexDiff算法，深度利用Dex的格式来减少差异的大小，从而做到补丁包足够小。其缺点在于：不支持实时生效；由于补丁DEX需要和原DEX合并，需要占用额外内存和磁盘空间，并且很容易因为内存消耗等原因合并失败；与QQ空间补丁技术相同，同样需要侵入式打包。

上图是阿里Hotfix和主流的热修复方案的效果对比。可以看出，在即时生效、性能消耗、Rom体积、接入复杂度、补丁包大小、类替换、SO文件替换、资源方案等方面，百川Hotfix都具有相对的优势。

阿里Hotfix 1.x版本

阿里Hotfix 1.x在AndFix的基础上，增加了补丁管理后台；同时基于手淘的实践，针对AndFix做了大量优化， 性能上提高了兼容和稳定性；功能上支持新增类并提供了更小的补丁包（这是因为基于类方法作为粒度）。

从图中可以看到阿里Hotfix 1.x服务后台功能，用户可以新建应用版本，然后根据版本号上传补丁；此外，还提供了补丁控制功能，比如停止发布、继续发布、灰度/全量发布等功能。 

但阿里Hotfix 1.x仍存在很多限制：

• 不支持资源、So文件修复；不支持新增类方法/类字段，这是因为Hotfix 1.x本质上是Hook一个已存在的的方法；

• 参数包括Long、Double、Float基本类型的方法不能被Patch，同时参数超过8的方法不能被Patch；

• 被反射调用的方法不能被Patch，具体来说是非静态方法的反射调用会提示IllegalArgumentException 异常，当静态方法被反射调用，如果反射调用不涉及类对象，则可以被Patch；

• 构造方法不能被Patch，实际上不允许修改一个类字段（包括静态的和非静态的）；

• 正在运行的方法不能被Patch，也就是说如果一个方法正在运行，然后方法的在Native层的结构被替换, 那么就很可能导致Crash。

阿里Hotfix2.0方案

相比于1.X版本，阿里Hotfix 2.x版本将上面的限制完全取消，不仅仅只基于AndFix，而是灵活切换热部署和冷部署的方案；实现了资源、SO文件、类修复的实时生效，同时采用了傻瓜式接入方案，完全不侵入打包过程，对用户提供了可视化的UI界面打补丁。

阿里Hotfix 2.x版本预计在明年一月中旬正式上线，实际上目前已经完成了90%开发工作。 但是由于相比于1.x版本，变更很大,，因此需要预先做大规模的集成测试才会正式上线。

阿里Hotfix2.X 类修复方案

Hotfix2.X在热修复过程中是不侵入打包过程的，而是通过补丁工具生成补丁。由于热部署Andfix修复正在运行的方法有Crash的风险, 所以补丁工具提供参数由业务方来决定是否尝试走热部署；如果用户Patch的方法没有被高频调用同时又有实时生效的需求，那么可以优先选择走热部署方案；但这并非绝对，当代码变更导致热部署不支持时，还是会转向冷部署。

热部署

热部署就是AndFix支持的代码变更，此时走优化后的AndFix方案，也就是Hotfix1.X方案。

冷部署

冷部署就是AndFix不支持的代码变更。冷部署针对Davilk和Art分别做了不同的处理：

• Davilk下，注入追加到PathClassLoader的dexElements，但无需不插桩，通过Hack本地方法从而绕过dvmresolveclass；

• Art下直接合成一个完整dex，采用手淘目前成熟的art动态部署方案，最后替换PathClassLoader的dexElements即可。

阿里Hotfix2.X SO文件修复方案

Davilk和ART下SO文件加载的方式不一样，导致了需要区分Art和Davilk做不同的处理：

• ART下预Load原来的SO文件，再加载补丁SO文件；

• Davilk下预Load补丁SO文件，再加载原来的SO文件。

这里的关键是：综合机型支持的Abis和补丁包中的Abis共同决定补丁SO的新LibPath。这两种加载方式都需要对加载两次SO文件，势必会增加一次本地内存的消耗，因此为了达到更好的性能，在百川Hotfix2.X中提供了下面两个接口替换掉系统加载SO文件的接口：

• SOPatchManager.load(String libPath) 代替 System.load(String pathName)
  

• SOPatchManager.loadLibrary(String libName)代替 System.loadLibrary(String libName)

阿里Hotfix2.X 资源文件修复方案

在资源文件中，资源ID编码于Resources.arsc文件中，排布紧密，并按照排布顺序进行自动编号；RES目录保存所有带ID的资源文件。布局文件为二进制形式的XML文件，XML以资源ID的方式引用其他资源；Assets目录存放所有原始文件，不带ID；Aapt进行资源的构造，包括自动分配资源ID与R文件的生成，默认情况下，每次编译不保证和之前包中的ID一致。

目前市面上普遍采用的三种资源修复方案：

• 差量合成完整的资源包，运行时完整加载资源；这种方案的缺点是：合成资源占用时间和内存，容易引起卡顿。

• 修改aapt，对以后可能新增的资源提前留空，运行时Patch包中新增资源ID对应留出的位置；该方案的缺点是：需改变打包流程，修改代码并编译替换SDK中的Aapt；打包侵入太强，且留空占用一定磁盘空间。留空多少是预先定好的，无法改变。

• 插件化，组件化资源；这种方式的缺点是：资源需要划分模块，提前规划。

百川资源文件修复方案直接基于新旧两个APK来构造补丁包，不需要改造AAPT，对编译过程无要求；同时，精确比较各个资源ID的使用情况，最大程度利用原先基线包资源，补丁包中只包含新增和修改的资源；在运行时无需合成操作，快速应用生效，不影响性能。

百川资源文件修复方案不仅仅是简单修复，对于任意程度、乃至天翻地覆的修改都能适用，但补丁文件会比较大，该方案兼容android所有机型，只需选取新旧两个APK，一键快捷生成补丁，并且稳定性较好； 配合类修复方案，能够做到资源修复的实时生效。在使用百川资源文件修复方案，需要注意以下地方：

1. 如果事先自己做了资源混淆，需要保证新旧包混淆的关系保持一致，否则打补丁时会找不到原来基线包中资源，而将非新增资源视为新增资源，导致补丁包变大。
   

2. 建议每次打包时设置去除无用的资源。这样即可以减小包大小，同时也保证补丁包中新增资源都是有用的。

3. AndroidManifest中引用的资源无法改变。有些资源如icon是安装时固定的，目前所有补丁方案都无法进行改变。而另一些资源，如Theme，我们可以提取AndroidManifest中的资源信息，通过代码的方式进行设置。

阿里Hotfix管理后台服务

阿里Hotfix后台目前提供的服务主要有：补丁灰度发布/正式发布、补丁回滚和补丁安全。

• 补丁灰度发布/正式发布，在发布前可以通过本地或扫码两种方式验证之后再发布上线； 本地补丁模式是指补丁可以放到任何一个指定的目录下即可；扫码模式是扫描二维码生成一个下载URL，然后直接下载，此时不需同服务器验证身份；灰度发布指定具体的用户数然后随机推送。

• 补丁回滚是指发生错误时可以回滚到目标补丁版本，同时该应用版本下的所有设备都会回滚到目标补丁的版本。

• 补丁安全方面，百川HotFix后台托管了RSA密钥，同在在补丁加载时需要进行安全签名校验。

在不远的将来未来，将在阿里HotFix平台上推出以下服务：

• 补丁自定义平台无关AES秘钥。在打补丁时，用户可以自定义AES密码，然后在SDK初始化时填入这个秘钥即可。阿里百川平台对该秘钥完全无感知，做到补丁在后台的绝对安全。

• 补丁条件下发，支持分系统版本、分渠道以及自定义TAG的方式下发补丁到目标位置。 

• 实时显示补丁加载成功率等数据，后续可能会上报补丁加载失败详情， 方便排查问题。

• 一键清除补丁，使用回滚功能必需要具备两个条件：①当前的版本已停止发布；②该版本之前存在至少一个历史版本。所以如果第一个补丁就下发错误的话，补丁回滚就无能为力了， 所以需要提供一键清除补丁的功能。

在Swift Hot Patch上的进展

在Swift 3推出之后，也是有越来越多的项目转向了Swift。那么，在业界技术分享言必称Swift的时代，Hot Patch对Swift的支持情况又是怎样呢？

目前业界已有两种成熟的产品：WAX和JSPatch。前者是基于Lua语言的Patch方案；后者是基于javascript语言的Patch方案。两者都依托于Objective-C的Runtime，通过Method Swizzling将待Patch方法的实现替换为_objc_msgForward/_objc_msgForward_stret，再替换forwardInvocation:为特定语言的桥接方法来调用补丁实现。

由于两者都强依赖Objective-C的Runtime和NSObject的forward机制，它们在支持Swift Hot Patch时就会受到相应约束。

相比于WAX和JSPatch，Rollout.io是更面向Swift的Hot Patch方案。它在编译器swiftc前增加了代码注入逻辑，修改swift相关的代码。这样，swiftc在编译时使用的就是经过注入的代码了。这里以viewDidLoad方法为例，说明代码的注入：首先，根据方法ID取出Patch所需的数据；接着，判断是否应该Patch；如果应该Patch，则以Patch数据、target、方法入参和方法调用closure为参数执行Patch。经过注入，Patch就可以替代任何方法的原始实现。

然而，Rollout.io的实现有很多问题：它支持的Patch非常受限，只能patch class instance function；此外，它并不支持在Patch中调用Swift方法，调用Objective-C方法时，它的语法也非常繁琐。

HotFix的Swift Hot Patch融合了WAX/JSPatch和Rollout.io的优长，并补足了Rollout.io在Patch方面的短板。具体来说，除了在class function patch时没有WAX/JSPatch和Rollout.io的诸多限制外，也同时支持global function、struct function和enum function的Patch。在调用Objective-C方法时，维持了简短的语法；同时，也正在研究动态调用Swift方法的方式。

Steve McConnell在《Code Complete》中曾说过“Program into your language, not in it”。希望阿里百川提供的Swift Hot Patch工具能够帮助更多的开发者深入Swift，自由地使用语言去表达自己的思想，而不只是停留在语法层面。