Android Xposed热修复原理简析

简单介绍下热修复，基于Xposed中的思想，通过修改c层的Method实例描述，来实现更改与之对应的java方法的行为，从而达到修复的目的。

Xposed：

诞生于XDA论坛，类似一个应用平台，不同的是其提供诸多系统级的应用。可实现许多神奇的功能。Xposed需要以越狱为前提，像是iOS中的cydia。Xposed可以修改任何程序的任何java方法（需root），github上提供了XposedInstaller，是一个android app。提供很多framework层，应用层级的程序。开发者可以为其开发一些系统或应用方面的插件，自定义android系统，它甚至可以做动态权限管理（XposedMods）。

Android系统启动与应用启动

Zygote进程是Android手机系统启动后，常驻的一个名为‘受精卵’的进程。

zygote的启动实现脚本在/init.rc文件中
启动过程中执行的二进制文件在/system/bin/app_process

任何应用程序启动时，会从zygote进程fork出一个新的进程。并装载一些必要的class，invoke一些初始化方法。这其中包括像：

ActivityThread
ServiceThread
ApplicationPackageManager

应用启动中必要的类，触发必要的方法，比如：handleBindApplication，将此进程与对应的应用绑定的初始化方法；同时，会将zygote进程中的dalvik虚拟机实例复制一份，因此每个应用程序进程都有自己的dalvik虚拟机实例；会将已有Java运行时加载到进程中；会注册一些android核心类的jni方法到虚拟机中，支撑从c到java的启动过程。

Xposed做了手脚

Xposed在这个过程改写了app_process(源码在Xposed : a modified app_process binary)，替换/system/bin/app_process这个二进制文件。然后做了两个事：

通过Xposed的hook技术，在上述过程中，对上面提到的那些加载的类的方法hook。
加载XposedBridge.jar

这时hook必要的方法是为了方便开发者为它开发插件，加载XposedBridge.jar是为动态hook提供了基础。在这个时候加载它意味着，所有的程序在启动时，都可以加载这个jar（因为上面提到的fork过程）。结合hook技术，从而达到了控制所有程序的所有方法。为获得/system/bin/目录的读写权限，因而需要以root为前提。

Xposed的hook思想

那么Xposed是怎么hook java方法的呢？要从XposedBridge看起，重点在XposedBridge.hookmethod(原方法的Member对象，含有新方法的XC_MethodHook对象)；，这里会调到

private native synchronized static void hookMethodNative(Member method, Class<?> declaringClass, int slot, Object additionalInfo);

这个native的方法，通过这个方法，可以让所hook的方法，转向native层的一个c方法。如何做到？

When a transmit from java to native occurs, dvm sets up a native stack.
In dvmCallJNIMethod(), dvmPlatformInvoke is used to call the native method(signature in Method.insns).

在jni这个中间世界里，类型数据由jni表来沟通java和c的世界；方法由c++指针结合DVM*系(如dvmSlotToMethod,dvmDecodeIndirectRef等方法)的api方法，操作虚拟机，从而实现java方法与c方法的世界。那么hook的过程是这样：首先通过dexclassload来load所要hook的方法，分析类后，进c层，见代码XposedBridge_hookMethodNative方法，拿到要hook的Method类，然后通过dvmslotTomethod方法获取Method*指针，

Method* method = dvmSlotToMethod(declaredClass, slot);

declaredClass就是所hook方法所在的类，对应的jobject。slot是Method类中，描述此java对象在vm中的索引；那么通过这个方法，我们就获取了c层的Method指针,通过

SET_METHOD_FLAG(method, ACC_NATIVE);

将该方法标记为一个native方法，然后通过

method->nativeFunc = &hookedMethodCallback;

定向c层方法到hookedMethodCallback，这样当被hook的java方法执行时，就会调到c层的hookedMethodCallback方法。

通过meth->nativeFunc重定向MethodCallBridge到hookedMethodCallback这个方法上，控制这个c++指针是无视java的private的。另外，在method结构体中有

method->insns = (const u2*) hookInfo;

用insns指向替换成为的方法，以便hookedMethodCallback可以获取真正期望执行的java方法。现在所有被hook的方法，都指向了hookedMethodCallbackc方法中，然后在此方法中实现调用替换成为的java方法。

总结

回顾Xposed，以root为必要条件，在app_process加载XposedBidge.jar，从而实现有hook所有应用的所有方法的能力；而后续动态hook应用内的方法，其实只是load了从zypote进程复制出来的运行时的这个XposedBidge.jar，然后hook而已。因此，若在一个应用范围内的hook，root不是必须的，只是单纯的加载hook的实现方法，即可修改本应用的方法。

业界内也不乏通过「修改BaseDexClassLoader中的pathList，来动态加载dex」方式实现热修复。后者纯java实现，但需要hack类的优化流程，将打CLASS_ISPREVERIFIED标签的类，去除此标签，以解决类与类引用不在一个dex中的异常问题。这会放弃dex optimize对启动运行速度的优化。原则上，这对于方法数没有大到需要multidex的应用，损失更明显。而前者不触犯原有的优化流程，只检查需要hook的方法，更为纯粹、有效。

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