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[操作系统]阿里资深工程师分享支付宝热补丁技术—— AndFix原理

  本文由嵌入式企鹅圈原创团队成员、阿里资深工程师Hao分享。

  上次我们介绍了用dexposed方案实施热补丁的原理,它本质上就是hook要修改的函数,这样一来在正式版本发布时就不能直接拿热补丁的代码集成进去了,因为热补丁是按hook的思路,并且按照实现XC_MethodReplacement类的方式写的,正式的补丁还需要重新包装一边。更重要的是dexposed对art的支持并不好,大大限制了它的使用范围。

   今天我们介绍的是AndFix方案:https://github.com/alibaba/AndFix。它按照正常修bug的思路写补丁代码,正式发布时直接集成补丁代码即可,适用范围广,在dalvik和Art上都可以使用。它分为两部分,一是生成补丁的工具,二是客户端加载补丁的SDK。支付宝钱包使用的就是这个方案。

   我们基于线上的最新版本修完bug后,会构建出一个apk,用AndFix提供的diff工具,找出已发布的线上的apk和修复后的apk中classes.dex之间的“差异”,也就是修复bug后发生变化的方法,再用工具生成一个apatch文件,跟apk一样,它也是个压缩包,里面包含CERT.RSA、CERT.SF、MANIFEST.MF、diff.dex和PATCH.MF这几个文件。客户端从服务端拉取该apatch文件后,解析diff.dex,找到要加载的类和要替换的方法methodReplaced,最后用hook的方式替换掉,这样就完成了在线修复的工作。本篇我们只介绍客户端加载补丁的SDK的主要原理,不介绍生成补丁的工具,照例还是先不管ART,只介绍dalvik下是怎样运行的。 

一、解析补丁的配置文件PATCH.MF

1.首先PatchManager的addPatch方法可以用来添加一个补丁,并执行替换操作。 



 

  可见,用生成的补丁文件File来构造一个Patch类,然后再执行loadPatch来加载补丁。 



  因为补丁文件apatch是一个jar包,所以用JarFile、Manifest等类来解析META-INF/PATCH.MF配置文件,找到要替换的类名,接下来loadPatch调用AndFixManager的fix方法,传入补丁的File对象、当前Context的classLoader和从PATCH.MF解析出的要替换的补丁类名。 


  fix方法中用传入的classLoader构造一个自定义的pathClassLoader,它的findClass方法用来找到要替换的类的Class对象。


  这里的dexFile直接由loadDex得到,这样补丁文件中的dex文件就已经加载到应用中了。


2. 接下来依次把要修复的类加载进来,并调用fixClass方法开始替换工作。

 

 

二、找到要替换的类的方法,并把类成员的属性改为public 



  这里巧用了java的Annotation原理帮助我们在apk中找到要修复的方法。在apatch中补丁方法写了注释annotation,clazz和method表示要修复的类和方法。在AndFixManager的fixClass中会根据这个Annotation找出要修复的Method对象。遍历类的全部Method,如果发现有MethodReplace的注释就开始准备替换工作。method是原apk(有bug)的方法,meth是新修复的方法,接着调用replaceMethod。


replaceMethod里先后调用了initTargetClass和addReplaceMethod,注意这里的classLoader不是上面提到的pathClassLoader而是原apk中要修复的类的classLoader。这样原来有bug的class和补丁中的class都已经被加载进来了。


  initTargetClass中主要调用native的方法setFieldFlag把class中的所有成员都设为public, 

  addReplaceMethod同样也是调用native的方法replaceMethod。 

三、替换原来的Method

  替换原来方法的处理方式我们看起来会有点熟悉,一般的java hook差不多都是这样的套路,在jni中找到要替换方法的Method对象,修改它的一些属性,让它指向新方法的Method对象。

 

  这里dvmDecodeIndirectRef_fnPtr和dvmThreadSelf_fnPtr都是在AndFix初始化时赋好值的函数指针,用来调dvm的dvmDecodeIndirectRef和dvmThreadSelf函数。

  这里apilevel > 10的意思是,在apilevel 10以前dvm是用c语言实现的,以后是用C++实现的。

以上所有的过程是在应用MainApplication的onCreate中被调用,所以当应用重启后,原方法和补丁方法都被加载到内存中,并完成了替换,在后面的运行中就会执行补丁中的方法了。 

  AndFix的优点是像正常修复bug那样来生成补丁包,但可以看出无论是dexposed还是AndFix,都利用了java hook的技术来替换要修复的方法,这就需要我们理解dalvik虚拟机加载、运行java方法的机制,并要掌握libdvm中一些关键的数据结构和函数的使用。

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