Android上的热修复框架 AndFix 想必已经是耳熟能详,它的原理实际上很简单:方法替换——Java层的每一个方法在虚拟机实现里面都对应着一个ArtMethod的结构体,只要把原方法的结构体内容替换成新的结构体的内容,在调用原方法的时候,真正执行的指令会是新方法的指令;这样就能实现热修复,详细代码见 AndFix

为什么可以这么做呢?那得从 Android 虚拟机的方法调用过程说起。作为一个系列的开篇,本文不打算展开讲虚拟机原理等内容,首先给大家一道开胃菜;后续我们再深入探索ART。

众所周知,AndFix是一种 native 的hotfix方案,它的替换过程是用 c 在 native层完成的,但其实,我们也可以用纯Java实现它!而且,代码还非常精简,且看——

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半年前写了一篇文章,介绍 如何调试Android Framework,但是只提到了Framework中Java代码的调试办法,但实际上有很多代码都是用C++实现的;无奈当时并并没有趁手的native调试工具,无法做到像Java调试那样简单直观(gdb+eclipse/ida之流虽然可以但是不完美),于是就搁置下了。

Android Studio 2.2版本带来了全新的对Android Native代码的开发以及调试支持,另外LLDB的Android调试插件也日渐成熟,我终于可以把这篇文章继续下去了!本文将带来Android Framework中native代码的调试方法。

在正式介绍如何调试之前,必须先说明一些基本的概念。调试器在调试一个可执行文件的时候,必须知道一些调试信息才能进行调试,这个调试信息可多可少(也可以没有)。最直观的比如行号信息,如果调试器知道行号信息,那么在进行调试的时候就能知道当前执行到了源代码的哪一行,如果调试器还知道对应代码的源文件在哪,那么现代IDE的调试器一般就能顺着源码带你飞了,这就是所谓的源码调试。相反,如果没有行号和源码信息,那么只能进行更低级别的调试了,调试器只能告诉你一些寄存器的值;而当前运行的代码也只是PC寄存器所指向的二进制数据,这些数据要么是虚拟机指令,要么是汇编指令;这就是所谓的无源码调试。显然无源码调试相比源码级别的调试要麻烦的多;接下来将围绕这两个方面分别介绍。

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有史以来,Android源码编译环境的搭建始终是一件麻烦事儿。网上有数不清的文章介绍如何编译Android源代码,但是他们要么方法复杂、步骤太多;要么自称解决了一些编译问题(需要修改头文件,系统配置等),让人对其可信度产生质疑。有的童鞋硬着头皮照做了,但是由于伟大的GFW,大部分都死在了第一步——repo脚本都下载不下来,就算下载过了过不了gerrit那一关。另外,就算你具备科学上网的能力,下载时间又成为了拦路虎;普通的VPN通常需要下载七八个小时,简直就是痛不欲生。久而久之,很多人对下载编译Android源码望而却步。

今天,我给大家提供一个极其简单、稳定的方案,来解决Android源码的下载编译问题。

首先,下载问题可以通过镜像解决;清华镜像科大镜像 都是非常不错的选择,正常情况下一到两个小时即可下载完一个Android源码分支。

然后就是编译环境问题。由于Android源码庞大,依赖复杂;一旦使用的编译工具链有细微的不同就可能引发编译失败。官方文档 推荐使用Ubuntu 14.04进行编译。如果我们用Windows或者Mac系统,传统方式是使用虚拟机;但是在今天,我们完全可以使用 Docker 替代!!借助Docker,我们可以不用担心编译环境问题;不论我们的开发机是什么系统,可以使用Docker创建Ubuntu Image,并且直接在这个Ubuntu系统环境中创建编译所需要的工具链(JDK,ubuntu系统的依赖库等等);而且,Docker运行的Ubuntu的系统开销比虚拟机低得多,这样下载以及编译速度就有了质的提升。更重要的是,这个环境可以作为一个Image打包发布!这样,你在不同的开发机,还有你与你的同事之间有了同一套编译环境,这会省去很多不必要的麻烦。关于Docker的更多内容,见 Docker官网

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介绍完 深入学习Android:虚拟机&运行时 之后,很多小伙伴问我,你描述的这些知识结构看起来艰深晦涩高大上,实际工作中能有多大用途呢?今天我就简单举个例子。

众所周知,我们的Android App运行在Java虚拟机之上,而Java是一门带GC的语言。在虚拟机进行垃圾回收的时候,要做一件很形象的事叫做STW(stop the world);也就是说,为了回收那些不再使用的对象,虚拟机必须要停止所有的线程来进行必要的工作。虽说这一点在ART运行时上得到了很大的改善,但是GC的存在对App运行时的性能始终有着微妙的影响。如果你观察过手机输入的日志,一定会看到类似如下的内容:

12-23 18:46:07.300 28643-28658/? I/art: Background sticky concurrent mark sweep GC freed 15442(1400KB) AllocSpace objects, 8(128KB) LOS objects, 4% free, 32MB/33MB, paused 10.356ms total 53.023ms at GCDaemon thread CareAboutPauseTimes 1
12-23 18:46:12.250 28643-28658/? I/art: Background partial concurrent mark sweep GC freed 28723(1856KB) AllocSpace objects, 6(92KB) LOS objects, 11% free, 31MB/35MB, paused 2.380ms total 108.502ms at GCDaemon thread CareAboutPauseTimes 1

上面的日志反映一个事实:GC是有代价的。有很多有关性能优化的文章提到GC,会花长篇大论讲述垃圾回收的过程以及原理,但所做的策略无非就是「不要创建不必要的对象」,「避免内存泄漏」最终就提到MAT,LeakCanary等工具的使用上去了;我只能说这很苍白无力——写出这样的代码、学会使用工具应该是基本要求。

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SharedPreference是Android上一种非常易用的轻量级存储方式,由于其API及其友好,得到了很多很多开发者的青睐。但是,SharedPreference并不是万能的,如果把它用在不合适的使用场景,那么将会带来灾难性的后果;本文将讲述一些SharedPreference的使用误区。

存储超大的value

第一次看到下面这个sp的时候,我的内心是崩溃的:

一个默认的sp有90K,当我打开它的时候,我都快哭了:除了零零星星的几个很小的key之外,存储了一个炒鸡大的key,这一个key至少占了其中的89K。知道这是什么概念吗?

在小米1S这种手机上,就算获取这个sp里面一个很小的key,会花费120+ms!!那个毫不相干的key拖慢了其他所有key的读取速度!当然,在性能稍好的手机上,这个问题不是特别严重。但是要知道,120ms这个是完全不能忍的!

之所以说SharedPreference(下文简称sp)是一种轻量级的存储方式,是它的设计所决定的:sp在创建的时候会把整个文件全部加载进内存,如果你的sp文件比较大,那么会带来两个严重问题:

  1. 第一次从sp中获取值的时候,有可能阻塞主线程,使界面卡顿、掉帧。
  2. 解析sp的时候会产生大量的临时对象,导致频繁GC,引起界面卡顿。
  3. 这些key和value会永远存在于内存之中,占用大量内存。
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目前为止我们已经完成了Android四大组件中Activity,Service以及BroadcastReceiver的插件化,这几个组件各不相同,我们根据它们的特点定制了不同的插件化方案;那么对于ContentProvider,它又有什么特点?应该如何实现它的插件化?

与Activity,BroadcastReceiver等频繁被使用的组件不同,我们接触和使用ContentProvider的机会要少得多;但是,ContentProvider这个组件对于Android系统有着特别重要的作用——作为一种极其方便的数据共享的手段,ContentProvider使得广大第三方App能够在壁垒森严的系统中自由呼吸。

在Android系统中,每一个应用程序都有自己的用户ID,而每一个应用程序所创建的文件的读写权限都是只赋予给自己所属的用户,这就限制了应用程序之间相互读写数据的操作。应用程序之间如果希望能够进行交互,只能采取跨进程通信的方式;Binder机制能够满足一般的IPC需求,但是如果应用程序之间需要共享大量数据,单纯使用Binder是很难办到的——我相信大家对于Binder 1M缓冲区以及TransactionTooLargeException一定不陌生;ContentProvider使用了匿名共享内存(Ashmem)机制完成数据共享,因此它可以很方便地完成大量数据的传输。Android系统的短信,联系人,相册,媒体库等等一系列的基础功能都依赖与ContentProvider,它的重要性可见一斑。

既然ContentProvider的核心特性是数据共享,那么要实现它的插件化,必须能让插件能够把它的ContentProvider共享给系统——如果不能「provide content」那还叫什么ContentProvider?

但是,如果回想一下Activity等组件的插件化方式,在涉及到「共享」这个问题上,一直没有较好的解决方案:

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Linus有一句名言广为人知:Read the fucking source code. 但其实,要深入理解某个软件、框架或者系统的工作原理,仅仅「看」代码是远远不够的。就拿Android Framework来说,整个代码量非常大不说,那些个动辄几万行的类如何去理解?所以我今天要说的就是:

Debug the fucking source code!!

之前分享过一个答案:大家遇到过什么 Android 兼容性问题?,这里面的有一些非常诡异的问题,我相信光靠看代码你是永远定位不出来的。还有我写的一系列Android插件框架原理的文章,这里面涉及到大量Android Framework层的知识,有小伙伴会问,这些Framework层的原理,你是如何学习的呢,有诀窍吗?有!那就是调试。

Debug是一项非常非常重要的技能,毋庸多言。今天我就给大家分享一下「调试Android Framework」的经验,一旦掌握这项技能,那么Java层的任何问题都拦不住你了。

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Activity生命周期管理 以及 广播的管理 中我们详细探讨了Android系统中的Activity、BroadcastReceiver组件的工作原理以及它们的插件化方案,相信读者已经对Android Framework和插件化技术有了一定的了解;本文将探讨Android四大组件之一——Service组件的插件化方式。

与Activity, BroadcastReceiver相比,Service组件的不同点在哪里呢?我们能否用与之相同的方式实现Service的插件化?如果不行,它们的差别在哪里,应该如何实现Service的插件化?

我们接下来将围绕这几个问题展开,最终给出Service组件的插件化方式;阅读本文之前,可以先clone一份 understand-plugin-framework,参考此项目的 service-management 模块。另外,插件框架原理解析系列文章见索引

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Activity生命周期管理 以及 插件加载机制 中我们详细讲述了插件化过程中对于Activity组件的处理方式,为了实现Activity的插件化我们付出了相当多的努力;那么Android系统的其他组件,比如BroadcastReceiver,Service还有ContentProvider,它们又该如何处理呢?

相比Activity,BroadcastReceiver要简单很多——广播的生命周期相当简单;如果希望插件能够支持广播,这意味着什么?

回想一下我们日常开发的时候是如何使用BroadcastReceiver的:注册, 发送接收;因此,要实现BroadcastReceiver的插件化就这三种操作提供支持;接下来我们将一步步完成这个过程。

阅读本文之前,可以先clone一份 understand-plugin-framework,参考此项目的receiver-management 模块。另外,插件框架原理解析系列文章见索引

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上文 Activity生命周期管理 中我们地完成了『启动没有在AndroidManifest.xml中显式声明的Activity』的任务;通过Hook AMS和拦截ActivityThread中H类对于组件调度我们成功地绕过了AndroidMAnifest.xml的限制。

但是我们启动的『没有在AndroidManifet.xml中显式声明』的Activity和宿主程序存在于同一个Apk中;通常情况下,插件均以独立的文件存在甚至通过网络获取,这时候插件中的Activity能否成功启动呢?

要启动Activity组件肯定先要创建对应的Activity类的对象,从上文 Activity生命周期管理 知道,创建Activity类对象的过程如下:

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java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();
activity = mInstrumentation.newActivity(
cl, component.getClassName(), r.intent);
StrictMode.incrementExpectedActivityCount(activity.getClass());
r.intent.setExtrasClassLoader(cl);

也就是说,系统通过ClassLoader加载了需要的Activity类并通过反射调用构造函数创建出了Activity对象。如果Activity组件存在于独立于宿主程序的文件之中,系统的ClassLoader怎么知道去哪里加载呢?因此,如果不做额外的处理,插件中的Activity对象甚至都没有办法创建出来,谈何启动?

因此,要使存在于独立文件或者网络中的插件被成功启动,首先就需要解决这个插件类加载的问题。
下文将围绕此问题展开,完成『启动没有在AndroidManifest.xml中显示声明,并且存在于外部插件中的Activity』的任务。

阅读本文之前,可以先clone一份 understand-plugin-framework,参考此项目的classloader-hook 模块。另外,插件框架原理解析系列文章见索引

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