基于cydia Hook在线热修复补丁方案

最近的在线热补丁修复的讨论相当激烈，从Xopsed到Dexposed，再到AndFix，再到QQ空间团队的Class补丁。可谓是各有特色。本文讨论的是基于Cydia Hook实现的在线Class热补丁。相对于Xopsed、Dexposed、AndFix这三种都是替换Java方法，和QQ空间class替换而言，优势明显。前者是替换方法，但是如果所替换的方法中遇到calss中的成员变量，就要通过反射得到，实现补丁方案。这相对于Class补丁来说解决性能问题，但是使用起来比较麻烦。而QQ空间团队使用的是替换整个Class，这就没有成员变量的问题。但是QQ空间的方案却牺牲了性能，主要是通过防止class打上CLASS_ISPREVERIFIED。本文所讨论的方案是基于两者实现的，没有成员变量反射得到麻烦，也没有防止class打上CLASS_ISPREVERIFIED牺牲性能的问题。那这是怎么实现的呢？请看下文：

我采用的是MultiDex方案实现的，这部分和QQ空间类似就是讲补丁dex文件，放在其他dex（包括主dex），这是因为一个ClassLoader可以包含多个dex文件，每个dex文件是一个Element，多个dex文件排列成一个有序的数组dexElements，当找类的时候，会按顺序遍历dex文件，然后从当前遍历的dex文件中找类，如果找类则返回，如果找不到从下一个dex文件继续查找。具体代码：

public Class findClass(String name, List<Throwable>suppressed){
    for (Elementelement : dexElements) {  //每个Element就是一个dex文件
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) {
            Class clazz=dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz!= null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions!= null){
       suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

我的方案中采用的是MultiDex，对其进行一部分改造，具体代码：

1、添加dex文件，并执行install

/**
* 添加apk包外的dex文件
* 自动执行install
* @param dexFile
*/
public static void addDexFileAutoInstall(Context context, List<File> dexFile,File optimizedDirectory) {
if (dexFile != null && !dexFile.isEmpty() &&!dexFiles.contains(dexFile)) {
dexFiles.addAll(dexFile);
LogUtil.d(TAG, "add other dexfile");
installDexFile(context,optimizedDirectory);
}
}

2、installDexFile直接调用MultiDex 的installSecondaryDexes方法。

/**
* 添加apk包外的dex文件，
* @param context
*/
publicstatic void installDexFile(Context context, File optimizedDirectory){
    if (checkValidZipFiles(dexFiles)) {
        try {
            installSecondaryDexes(context.getClassLoader(), optimizedDirectory, dexFiles);
        } catch (IllegalAccessExceptione){
           e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldExceptione) {
           e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetExceptione){
           e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodExceptione) {
           e.printStackTrace();
        } catch (IOExceptione) {
           e.printStackTrace();
        }
    }
}

3、将patch.dex放在所有dex最前面。

private static voidexpandFieldArray(Object instance, String fieldName, Object[]extraElements) throws NoSuchFieldException, IllegalArgumentException,
IllegalAccessException {
  Field jlrField = findField(instance, fieldName);
Object[]original = (Object[]) jlrField.get(instance);
Object[]combined = (Object[]) Array.newInstance(original.getClass().getComponentType(),original.length + extraElements.length);
// 将后来的dex放在前面，主dex放在最后。
  System.arraycopy(extraElements, 0, combined, 0, extraElements.length);
  System.arraycopy(original, 0, combined, extraElements.length,original.length);
// 原始的dex合并，是将主dex放在前面，其他的dex依次放在后面。
//System.arraycopy(original, 0, combined, 0, original.length);
//System.arraycopy(extraElements, 0, combined, original.length,extraElements.length);
  jlrField.set(instance, combined);
}
到此将patch.dex放进了Element，接下来的问题就是加载Class，当加载patch.dex中类的时候，会遇到一个问题，这个问题就是QQ空间团队遇到,Classd的CLASS_ISPREVERIFIED。具体原因是dvmResolveClass这个方法对Class进行了校验。判断这个要Resolve的class是否和其引用来自一个dex。如果不是，就会遇到问题。

当引用这和被引用者不在同一个dex中就会抛出异常，导致Resolve失败。QQ空间团队的方案是阻止所有的Class类打上CLASS_ISPREVERIFIED来逃过校验，这种方式其实是影响性能。

我们的方案是和QQ团队的类似，但是和QQ空间不同的是，我们将fromUnverifiedConstant设置为true，来逃过校验，达到补丁的路径。具体怎么实现呢？

要引用Cydia Hook技术来hook Native dalvik中dvmResolveClass这个方法。有关Cydia Hook技术请参考：

官网地址：http://www.cydiasubstrate.com/

官方教程：http://www.cydiasubstrate.com/id/38be592b-bda7-4dd2-b049-cec44ef7a73b

SDK下载地址：http://asdk.cydiasubstrate.com/zips/cydia_substrate-r2.zip

具体代码如下。

//指明要hook的lib ：
MSConfig(MSFilterLibrary,"/system/lib/libdvm.so")

// 在初始化的时候进行hook

MSInitialize {
    LOGD("Cydia Init");
    MSImageRef image;
    //载入lib
    image = MSGetImageByName("/system/lib/libdvm.so");
    if (image != NULL) {
        LOGD("image is not null");
        void *dexload=MSFindSymbol(image,"dvmResolveClass");
        if(dexload != NULL) {
            LOGD("dexloadis not null");
            MSHookFunction(dexload, (void*)proxyDvmResolveClass, (void**)&dvmResolveClass_Proxy);
        } else{
            LOGD("errorfind dvmResolveClass");
        }
    }
}

// 在初始化的时候进行hook//保留原来的地址
ClassObject* (*dvmResolveClass_Proxy)(ClassObject* referrer, u4 classIdx, boolfromUnverifiedConstant);
// 新方法地址
static ClassObject* proxyDvmResolveClass(ClassObject* referrer, u4 classIdx,bool fromUnverifiedConstant) {
return dvmResolveClass_Proxy(referrer, classIdx,true);
}

有人可能会担心cydia Hook性能，稳定性问题，但是据我所知，目前有些公司已经用它来实现apk加壳和脱壳防止反编译技术方案。具体可以参考http://www.gitzx.com/android-cydiasubstrate/

到这里为止在线热补丁修补方案就完了，由于本人技术原因，可能有些东西没有讲清楚，或者有什么纰漏，请告知。最后，这个方案我近期会整理一下开源出来。

github代码：https://github.com/Jarlene/ClassPatch.git

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